Forhindringer, der skal overvindes, før driften af ​​flåder af droner bliver til virkelighed

Eftersøgnings- og redningsmandskab bruger allerede droner til at lokalisere forsvundne vandrere. Landmænd flyver dem over marker for at undersøge afgrøder. Og leveringsfirmaer vil snart bruge droner til at aflevere pakker ved dit dørtrin.

Med så mange applikationer til teknologien, en forsker fra Iowa State University siger, at næste skridt er at udvide kapaciteten ved at indsætte flåder af droner. Men at få det til at ske er ikke så nemt som at opsende flere fly på én gang. Borzoo Bonakdarpour, en adjunkt i datalogi, siger i modsætning til at styre en enkelt drone med fjernbetjening, drift af en flåde kræver et automatiseret system til at koordinere opgaven, men tillader droner at reagere uafhængigt på vejret, et nedbrud eller uventede hændelser.

"Operativsystemet skal være pålideligt og sikkert. Dronerne skal tale med hinanden uden en central kommando, der fortæller hver enhed, hvor de skal hen, og hvad de skal gøre, når forholdene ændrer sig, " sagde Bonakdarpour. "Vi ønsker også at optimere tiden og energien til at fuldføre opgaven, fordi drone-batterier kun holder omkring 15 eller 20 minutter."

For at løse dette problem, Bonakdarpour og hans kolleger udviklede en matematisk model til at beregne omkostningerne - tid og energi - for at udføre en opgave baseret på antallet af tilgængelige droner og ladestationer. Modellen overvejer den energi, der kræves for, at hver drone kan fuldføre sin del af opgaven og flyve til en ladestation efter behov.

På papiret er løsningen forholdsvis enkel for et team af dataloger, men Bonakdarpour siger, at det ikke er så let at flytte fra teori til implementering. "Når vi arbejder på et problem, vi finder faktisk nye problemer, vi skal løse. Det er udfordrende, men det er også det, der gør det spændende, " han sagde.

For eksempel, hvis et batteri holder 15 minutter i laboratoriet, det kan falde til 10 minutter på en varm eller kold dag udenfor. Lokalisering af ladestationer er et andet problem. Den optimale placering kan være midt i en sø og utilgængelig i virkeligheden.

Håndtering af afvejning mellem energi og sikkerhed

Baseret på deres model, Bonakdarpour, Anh-Duy Vu med McMaster University, Canada; og Ramy Medhat med Google i Waterloo, Canada, udviklet fire betjeningsmetoder - tre offline optimeringsteknikker og en online algoritme. Mens en offline teknik er begrænset, fordi de forudprogrammerede flyveveje ikke tillader droner at reagere på uventede hændelser eller skiftende forhold, Bonakdarpour siger, at det giver grundlaget for, at online-algoritmen kan fungere.

Forskerne gennemførte en række simuleringer (se video) ved hjælp af fire droner til at teste effektivitet og sikkerhed. De fandt ud af, at online-algoritmen med succes klarede afvejningen mellem sikkerhed og energi inden for dronernes energigrænser. Flåden gennemførte alle tildelte opgaver og mere end halvdelen af ​​autentificeringskontrollerne. Forskerne præsenterede for nylig resultaterne på den internationale konference om cyber-fysiske systemer i Canada.

Forsvar mod hackere, useriøse droner

Betjening af en automatiseret flåde af droner indebærer sikkerhedsrisici, der er mindre bekymrende, når man fjernstyrer en enkelt drone. Bonakdarpour siger med automatisering, at droner ofte skal modtage GPS-signal og position. Hvis signalet falder, eller dronerne flyver ind i et område, der er GPS-nægtet, det kan hurtigt blive et problem.

"Hvis du kører din bil og mister GPS, dine køreevner afhænger ikke af det signal. Du kan gå glip af en udgang, men tab af signal i et minut er normalt ikke en big deal. Imidlertid, med droner er et par sekunder ikke acceptabelt, " sagde Bonakdarpour.

Softwarefejl eller -fejl kan få en drone til at flyve ud af kurs og ikke følge retningen for at fuldføre missionen. Bonakdarpour siger, at hackere også kan sende det forkerte signal eller betjene en drone for at efterligne flåden. Selvom det vil tage tid at finde løsninger, Bonakdarpour siger, at teknologien eksisterer for at få det til at ske. Imidlertid, det vil også kræve industristøtte til at bygge infrastruktur og ladestationer samt lovgivningsmæssige ændringer for at tillade driften af ​​en flåde af droner.