Automatisch vs. autonoom werkende drones: wat is het verschil?

Steeds vaker lees je in de media – en ook op Dronewatch – over ‘autonome’ drones. Dat zijn drones die zelfstandig bepaalde missies kunnen uitvoeren, bijvoorbeeld een routine-inspectie uitvoeren of afgaan op een brandmelding. Maar hoe zelfstandig functioneren dergelijke drones eigenlijk? Wat is het verschil tussen ‘automatisch’ en ‘autonoom’? Zijn er gradaties te onderscheiden? En welke vraagstukken brengt volledige autonomie met zich mee?

Toenemende zelfstandigheid

Als je het over drones hebt, dan denken de meeste mensen aan een vliegend apparaat dat op afstand door iemand op de grond wordt bestuurd. Het gros van de drones waarmee recreatief en professioneel wordt gevlogen werkt inderdaad volgens dat concept. Maar de vraag is hoe lang dat nog zo blijft. Steeds vaker worden de verschillende taken van een drone geautomatiseerd. Denk aan het automatisch uitvoeren van een mappingmissie of andersoortige geestdodende dronevluchten.

Maar de automatisering van missies is nog maar het begin. Dankzij steeds krachtiger flight computers, de integratie van steeds meer sensoren en ontwikkelingen op het gebied van realtime routeplanning worden drones steeds zelfstandiger. Je kunt een moderne consumentendrone nu al automatisch achter je aan laten vliegen zonder dat je als dronepiloot enig moment aan de sticks hoeft te zitten. En als de drone onderweg een obstakel tegenkomt, dan past het toestel direct de vliegroute aan. In de VS wordt al gebruik gemaakt van semi-autonome drones om lastig te bereiken delen onder bruggen te inspecteren. Maar wanneer spreek je van automatisch, en wanneer van autonoom?

Automatische drone: een programma afwerken

Een drone die een voorgeprogrammeerde missie uitvoert is het schoolvoorbeeld van een automatisch werkende drone. De drone is niet intelligent en is zich misschien totaal niet bewust van de omgeving. Het toestel werkt gewoon een aantal commando’s af, zoals ‘stijg op’, ‘vlieg naar punt A’, ‘maak een foto’, ‘vlieg naar punt B’, ‘maak een foto’, ‘keer terug naar de opstijglocatie’, ‘zet de landing in’. Mocht degene die de missie heeft voorbereid vergeten zijn dat er halverwege de missie een obstakel voorkomt, dan vliegt de drone daar in principe blind tegenaan.

Voor veel toepassingen is deze vorm van automatisering meer dan voldoende. Denk aan een drone die een lap grond in kaart moet brengen, waarbij om de zoveel meter een foto genomen moet worden, en de drone in keurig rechte banen een gebied moet overvliegen. Maar als de omstandigheden afwijken of er zich een onverwacht probleem voordoet, dan gaat het mis. Het is aan de piloot om ervoor te zorgen dat het programma aangepast of afgebroken wordt.

Een waypointmissie is een schoolvoorbeeld van een geautomatiseerde dronevlucht.

Autonome drone: zelfstandig vliegend

In de toekomst zullen we drones gaan zien die geheel zelfstandig missies uitvoeren, die dan niet eens voorgeprogrammeerd hoeven te zijn. Denk aan een drone die vanuit een box opstijgt en poolshoogte neemt bij een inbraakmelding op een willekeurige locatie op een bedrijventerrein. Van ‘trigger’ tot en met vluchtplanning en -uitvoering: alles gaat dan volledig autonoom. De functie van de dronepiloot verandert dan in die van ‘exploitant’, die het systeem inregelt, integreert met andere systemen en onderhoudt.

Een volledig autonoom vliegende drone is in staat om zelf de beste vliegroute uit te stippelen, waarbij rekening wordt gehouden met onverwachte obstakels, weersomstandigheden en zelfs de aanwezigheid van ander luchtverkeer. De drone houdt de interne systemen in de gaten en kan op basis van eigen waarnemingen beslissen wat voor acties er onderweg uitgevoerd moeten worden. In theorie hoeft een volledig autonome drone zelfs niet in verbinding te staan met een grondstation, tenzij er live data doorgezonden moet worden.

De Skydio 2 drone brengt de omgeving continue in 3D in kaart en stippelt op basis daarvan de af te leggen vliegroute uit. Het systeem heeft een hoge mate van autonomie.

Niveaus van autonomie

Maar hoe kun je nu bepalen in welke mate een drone autonoom kan opereren? Zitten hier ook gradaties in? Om die vraag te beantwoorden kunnen we onder andere kijken naar de wereld van de zelfrijdende auto’s, want hier speelt bijna precies hetzelfde vraagstuk. Wat blijkt: er worden in de vakliteratuur zes niveaus van autonomie onderscheiden. Die zijn prima te vertalen naar de dronesector.

Level 0 autonoom vliegen

Hierbij is sprake van de ‘klassieke’ piloot-drone situatie. Een menselijke piloot bestuurt de drone en bepaalt waar deze heenvliegt en wat er gebeurt. De drone bevat wel elementaire veiligheidssystemen die de besturing kunnen overnemen, zoals een return to home-functie die ingrijpt als de verbinding wegvalt. Maar op de terugweg moet er niets in de weg staan. Je kunt hierbij denken aan de eerste generaties van de DJI Phantom, die feitelijk volledig ‘blind’ waren voor de omgeving.

Level 1 autonoom vliegen

Bij level 1 autonoom vliegen heeft de menselijke piloot nog altijd de sticks in handen, maar de drone kan ingrijpen als dat nodig is, bijvoorbeeld als er direct botsingsgevaar dreigt. De drone bevat daartoe sensoren die de directe omgeving in de gaten houden. De basisuitvoering van de eerste generatie Yuneec Typhoon H is hiervan een goed voorbeeld: deze drone kon dankzij geïntegreerde ultrasoonsensoren voorkomen dat je tegen een muur aanvloog door tijdig af te remmen.

Level 2 autonoom vliegen

In het geval van drones met level 2 autonomie wordt de dronepiloot actief ondersteund tijdens het vliegen. Zodra een botsing met een obstakel dreigt, kan de drone ervoor zorgen dat deze keurig omzeild wordt, zonder dat er abrupt afgeremd hoeft te worden. De Phantom 4 van DJI is één van de eerste drones die dankzij de toevoeging van een stereocamera kon uitwijken voor obstakels.

Level 3 autonoom vliegen

Bij level 3 voert de drone in principe zelfstandig vluchten uit. Obstakels worden ontweken en de drone kan zelf zijn vliegtraject uitstippelen. De piloot hoeft in principe niet actief aan de sticks te zitten, alleen om bij te springen als de drone er niet meer uitkomt, bijvoorbeeld doordat de omgeving te complex is. ActiveTrack in combinatie met obstacle avoidance in de Mavic Air 2 is hiervan een goed voorbeeld.

Level 4 autonoom vliegen

Bij level 4 kun je bijna spreken van een volledig autonoom vliegende drone. De drone zal zich op basis van actuele sensorinformatie en AI een beeld vormen van de omgeving, en de vliegroute hierop aanpassen. De drone kan een bepaald doel volgen of een programma afwerken. Ook het starten en landen gaat volledig automatisch. Er moet nog wel een operator meekijken voor het geval de drone als gevolg van mist of een GPS storing zijn oriëntatie kwijtraakt. Een goed voorbeeld van een drone met level 4 technologie aan boord is de Skydio 2.

Level 5 autonoom vliegen

In het geval van level 5 autonoom vliegen is er helemaal geen dronepiloot of operator meer nodig. De drone kan alle taken zelfstandig uitvoeren en op basis van geavanceerde AI inspelen op onverwachte situaties. Degene die de drone bedient hoeft zich hoogstens bezig te houden met de vraag wat voor data de drone moet gaan verzamelen of welke andere taken deze moet uitvoeren. Een vliegbrevet is niet meer nodig.

Voordat er drones met level 5 autonomie kunnen gaan rondvliegen moeten er nog wel de nodige technische ontwikkelingen plaatsvinden. Maar ook aan de kant van regelgeving en verzekering zijn er nog de nodige vragen te beantwoorden. Want wie is er verantwoordelijk voor de schade die wordt veroorzaakt als een volledig autonome drone onverhoopt een ongeluk veroorzaakt? De operator? De exploitant? Of de fabrikant? En wat als een volledig autonoom werkende drone op eigen houtje besluit om andere dingen te gaan doen dan werd beoogd door de operator? (Dat laatste is met name een relevante vraag als het gaat om bewapende drones.)

Toekomst

In de nabije toekomst lijkt het erop dat autonome drones met level 4 autonomie het hoogst haalbare zijn. Niet alleen vanuit technologisch oogpunt, maar vooral ook vanuit een juridisch perspectief. Vanwege de wetgeving moet het altijd duidelijk zijn wie er eindverantwoordelijk is voor een vluchtuitvoering. Er zullen dus dronesystemen komen (al dan niet opererend vanuit een box) die hun missies voor een groot deel autonoom uit kunnen voeren, maar er blijft behoefte aan een operator die toezicht houdt en eventueel kan ingrijpen, desnoods op afstand.

Hoe dan ook zal er de nodige spraakverwarring blijven bestaan over de begrippen ‘automatisch’ en ‘autonoom’. Er is al snel sprake van automatisch vliegen, zoals bijvoorbeeld bij het uitvoeren van een waypointmissie het geval is. Maar level 5 autonomie is er voorlopig nog niet bij. En is er dus toch nog een sprankje hoop voor mensen die een carrière als drone-operator ambiëren.

(coverfoto: Skydio)

Wiebe de Jager

Wiebe de Jager (@wdejager) is oprichter van Dronewatch en auteur van de boeken Dronefotografie en Dronevideo's maken. Wiebe is gecertificeerd (RPA-L) dronepiloot en beschikt over een volledige ROC vergunning.

2 gedachten over “Automatisch vs. autonoom werkende drones: wat is het verschil?

  • 6 maart 2021 om 13:19
    Permalink

    Hoi Wiebe, een mooie uiteenzetting van de verschillende levels van autonomie, maar alles is vanuit een drone bekeken. Ik denk dat het meer een combinatie is van technologie op de grond en technologie op de drone. Misschien heb je niet alle te technologie op drone nodig om autonoom te vliegen. Dus misschien op de drone misschien een lager level wat wordt gecompenseerd met technologie op de grond. Groet Marc

    Beantwoorden
    • 6 maart 2021 om 16:28
      Permalink

      Ha Marc, het is inderdaad de vraag welk perspectief je inneemt: kijk je sec naar de drone zelf, of naar het gehele systeem, inclusief aansturing vanaf de grond? Ik ben met je eens dat bepaalde functies ter ondersteuning van autonoom vliegen ook prima buiten de drone gebracht kunnen worden. Maar dan moeten de up&downlink wel 100% betrouwbaar zijn.

      Beantwoorden

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Meld je aan voor onze nieuwsbrief!

Vul hieronder je gegevens in en blijf op de hoogte.

Open nieuwsbrief aanmeldformulier