Molto probabilmente hai visto sciami di droni in azione poiché sono stati utilizzati in diversi eventi come le Olimpiadi, il Super Bowl e così via. In tutti questi eventi, sciami di droni hanno fornito intrattenimento colorato che ha ipnotizzato la folla. Se sei curioso di conoscere gli sciami di droni e vuoi sapere come funzionano, sei nel posto giusto.
Gli sciami di droni sono prodotti da algoritmi complessi e incorporando telecamere a bordo e sensori di prossimità su singoli droni. È ancora un lavoro in corso, ma puoi aspettarti di ottenere droni che funzionino come uno sciame fuori dagli schemi in un futuro non troppo lontano.
Gli sciami di droni sono stati utilizzati in tutto il mondo per l'intrattenimento. Forse ricordi le centinaia di droni che sono stati sorvolati nel cielo notturno a Disney World nel 2016 e sono stati coreografati sulla musica cantata durante uno spettacolo chiamato "Starbright Holidays". Nel 2017, sciami di droni sono apparsi come parte dell'esibizione dal vivo di Lady Gaga al Super Bowl.
I cinesi, per non essere lasciati indietro, hanno usato uno sciame di droni per festeggiare il loro capodanno non molto tempo fa. E la Warner Bros ha recentemente utilizzato sciami di droni per promuovere il loro film "Wonder Woman". Sono stati persino prodotti spettacoli di droni per applaudire gli sforzi degli operatori sanitari durante il pieno della pandemia di covid-19.
In questo articolo parlerò di come vengono prodotti gli sciami di droni e spero di darti un maggiore apprezzamento del dispiegamento di sciami di droni in tutti questi eventi.
Come funzionano gli sciami di droni?
Il concetto di sciami di droni è stato ispirato dall'osservazione di sciami naturali di insetti come le api. Ricercatori e ingegneri hanno immaginato il futuro della replicazione del comportamento degli sciami nel mondo della robotica e non riescono a vedere alcun limite a ciò che può essere ottenuto con questo. Ma vedi, replicare il comportamento degli sciami nella robotica e, di conseguenza, nei droni è molto difficile. Per uno, è richiesta molta potenza di elaborazione. Anche la potenza di elaborazione richiesta per far eseguire a una dozzina di droni un semplice volo sincronizzato autonomo è enorme. Ora pensa alla potenza di elaborazione che sarà richiesta per centinaia o migliaia di droni. È molto, vero?
Grazie ai progressi tecnologici, è possibile pilotare centinaia di droni in modo autonomo. Altrimenti, gli spettacoli di droni di cui abbiamo parlato all'inizio di questo articolo non avrebbero potuto aver luogo. Quegli spettacoli di droni sarebbero stati impossibili alcuni anni fa, ma i rapidi progressi tecnologici hanno reso tutto possibile.
Quindi gli sciami di droni sono possibili soprattutto grazie all'incorporazione di videocamere di bordo e sensori di prossimità sui droni. I sensori di prossimità sono particolarmente importanti affinché i droni rilevino la presenza l'uno dell'altro ed evitino la collisione. Immagina gli sciami di droni al Super Bowl o alle Olimpiadi che si scontrano tra loro e addirittura cadono dal cielo. Il titolo sarebbe qualcosa del tipo "Epic fail mentre gli sciami di droni vanno male!", Haha. Ma per fortuna i sensori di prossimità consentono ai droni di mantenere una distanza di sicurezza l'uno dall'altro in volo.
Come comunicano gli sciami di droni?
Mentre le telecamere di bordo e i sensori di prossimità sono fondamentali per produrre sciami di droni, un altro importante passo avanti verso i droni che eseguono diverse azioni da soli è il decentramento dei comandi. Gli sciami di droni iniziali avevano un drone nello sciame come una sorta di "drone principale" che fornisce informazioni/comandi a tutti gli altri droni nello sciame. Tali comandi includono l'intera mappa dell'area o gli ostacoli che lo sciame dovrebbe evitare.
Tuttavia, c'è un grosso problema con questo sistema di controllo centralizzato. Questo perché molte informazioni verranno passate dal drone principale all'altro drone nello sciame e di solito si verificano ritardi a causa dei limiti di larghezza di banda. Inoltre, se il robot principale viene danneggiato o riscontra un problema tecnico, l'intero sciame sarà interessato poiché dipende dal drone principale per informazioni.
Il concetto di decentramento dei comandi è quello di evitare i problemi del sistema centralizzato e far comportare i droni come un vero e proprio sciame. Nel sistema di decentramento, ogni singolo drone comunica/condivide i dati con i suoi vicini che sono droni nelle immediate vicinanze.
C'è il vantaggio di far passare i dati lungo tutta la lunghezza dello sciame e questo dà luogo a un'operazione più dinamica. Paragona questo a te stesso mentre ti muovi in mezzo alla folla. Non ti concentrerai su ogni singola persona nella folla, ma concentrati invece sulle persone più vicine a te in modo da evitare di imbatterti in loro.
Inoltre, non vedrai necessariamente tutti sul tuo cammino o intorno a te, ma mentre si avvicinano a te, il tuo "sensore di prossimità", che sono i tuoi occhi, in questo caso, ti dice quando muoverti o girarti in modo da evitare di scontrarti con altre persone . Un sistema decentralizzato di droni funziona in questo modo.
Un altro modo per vedere come funziona il comando decentralizzato dei droni è paragonarli a dire a 15 alunni di prima elementare a cui è stato detto di fare un cerchio stando distanti l'uno dall'altro alla larghezza di un braccio. Puoi aspettarti che gli alunni di prima elementare formino intuitivamente il cerchio senza sapere davvero dove sarà ogni persona e ogni singola persona comunicherà con la persona a loro più vicina.
Conoscere la forma prevista e comunicare con i vicini è sufficiente per formare questa forma e se qualcuno dovesse essere aggiunto o sottratto, il cerchio si regolerà senza dover dire ai bambini le dimensioni esatte che devono compensare.
Naturalmente, questo è un modo semplice per vedere come comunicano i droni. In realtà, è un processo molto complesso con i processori dei computer di bordo dei droni che funzionano come i loro cervelli ed eseguono centinaia di calcoli al secondo. I limiti nella potenza di elaborazione sono ancora uno dei maggiori ostacoli da superare, soprattutto se si considera il numero di droni che possono essere pilotati in sicurezza. Ma puoi aspettarti che questo si risolva nel prossimo futuro poiché sembrano esserci progressi esponenziali nella tecnologia ogni anno che passa.
I droni sciamanti di Intel
Intel ha fatto scalpore negli ultimi due anni per il suo contributo agli sciami di droni. I loro sforzi per sciamare di droni sono così significativi che vorremmo parlare un po' dei loro sciami di droni. Intel in collaborazione con Ars Electronica Futurelab ha riunito un talentuoso team di ingegneri nel 2015.
Il team ha compiuto un'impresa significativa producendo uno sciame di 100 droni in grado di volare autonomamente su un aeroporto in Germania. Lo spettacolo di droni è stato reso ancora più interessante dall'aggiunta di una colonna sonora adeguata da parte di un'orchestra. Il volo autonomo di 100 droni ha portato la squadra a battere il Guinness World Record.
Il team di Intel e Ars Electronica Futurelab ha eseguito nuovamente la propria magia facendo volare altri 100 droni sul deserto a Palm Springs, in California. L'obiettivo del team qui era quello di dimostrare alla FAA la sicurezza dei loro sciami di droni. Successivamente sarebbe stato nel porto di Sydney, in Australia, che si sarebbe verificata la prima esposizione pubblica di droni sciame. Che cos'è uno spettacolo di droni senza un po' di musica? La Sydney Youth Orchestra ha fornito un po' di musica in sottofondo durante lo spettacolo di droni.
Se pensi che pilotare automaticamente 100 droni sia un'impresa, il team combinato di Intel e Ars Electronica Futurelab ha battuto il proprio record pilotando 500 droni in meno di un anno dopo averne pilotati 100. La differenza negli sforzi necessari per pilotare 100 e 500 droni è significativa e che il team abbia raggiunto questo obiettivo meno di un anno dopo aver volato 100 è un grosso problema.
Hardware e algoritmi migliorati sono stati fondamentali per aumentare il numero di droni a 500. Ogni drone nello sciame è costituito da un quadrirotore che Intel ha soprannominato una "stella cadente". Ogni stella cadente è realizzata con materiali morbidi ed è resistente agli agenti atmosferici. Intel ha anche utilizzato eliche a gabbia per garantire la sicurezza nelle esposizioni pubbliche.
Come faccio a creare uno sciame di droni?
A meno che tu non sia un ingegnere o un ricercatore in robotica e altri campi correlati, creare il tuo sciame di droni è fuori dalla portata di un Joe di tutti i giorni. Il processo di creazione di sciami di droni è complesso ed è ben lungi dall'essere perfezionato dopo anni di ricerca e test.
Tuttavia, ogni anno vengono apportati miglioramenti significativi agli sciami di droni e puoi aspettarti di ottenere droni che funzionano come uno sciame fuori dagli schemi in futuro.
Possibilità per sciami di droni
Le possibilità degli sciami di droni sono praticamente infinite. Di seguito sono elencate le aree in cui possono essere applicati sciami di droni.
Diversità
Puoi aspettarti di vedere uno sciame di droni composto da diversi tipi e dimensioni di droni in futuro. C'è la possibilità di una maggiore efficienza ed efficacia se i membri dei droni hanno diversi tipi di droni con capacità diverse.
Gli sciami di droni disponibili oggi sono costituiti da droni piccoli e identici. Tuttavia, c'è stato successo nella creazione di sciami di droni con diversi tipi di droni. Ed è per questo che dovresti aspettarti droni multidominio più complessi in futuro.
Personalizzazione
Il vantaggio principale di avere sciami di droni personalizzabili è la flessibilità. Immagina quanto sarebbe conveniente per i comandanti aggiungere o rimuovere semplicemente i droni come desiderano. Naturalmente, per aggiungere nuovi droni a uno sciame esistente, ci sarà bisogno di comunicazioni tra i droni poiché lo sciame deve essere in grado di comunicare con il nuovo drone. Inoltre, lo sciame di droni esistente dovrebbe avere la capacità di adattarsi alla rimozione e all'aggiunta di droni.
La personalizzazione consentirebbe ai comandanti, e di conseguenza agli sciami di droni, di adattarsi alle esigenze dello sciame. La ricerca è ancora in corso sulla personalizzazione dei droni ma i dati ottenuti finora mostrano che questo concetto potrebbe essere ancora possibile.
Indurimento
Alla fine ci sarebbe la necessità di produrre droni resistenti al jamming. Poiché gli sciami di droni si basano sulla comunicazione tra loro per funzionare, un modo per contrastare uno sciame di droni sarebbe il jamming che assicurerebbe che lo sciame non sarebbe in grado di funzionare.
Man mano che emergono progressi negli sciami di droni, sarebbe necessario rafforzare gli sciami contro diversi tipi di interferenze.
Fonte immagine:Intel