TU Delft-student gelauwerd om onderzoek naar gasdetecterende minidrones
Een afstudeeronderzoek naar indoor vliegende minidrones die samenwerken om een gaslek te detecteren heeft voormalig TU Delft-student Bart Duisterhof de eervolle vermelding Best Graduate van de Faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek opgeleverd. Hij bedacht een oplossing waarbij de drones onafhankelijk van elkaar een ruimte verkennen. Zodra één van de drones gas detecteert, komen de andere drones meehelpen om het lek te vinden.
Dronezwerm
Om gaslekken te kunnen vinden in kleine, besloten ruimtes die niet toegankelijk zijn voor mensen heb je eigenlijk drones nodig die zo klein mogelijk zijn. Normale drones zijn te groot voor dergelijke situaties, en je loopt het risico van een crash. Daardoor gaat niet alleen de kostbare drone verloren, ook is dan nog steeds het gaslek niet gevonden.
Dat bracht Bart Duisterhof op het idee om een zwerm kleine drones te ontwikkelen die met elkaar samenwerken. “Zodra een van de drones gas detecteert, communiceert deze met de andere drones, en samen lokaliseren ze het lek. Met meerdere drones spoor je dus sneller een lek op. Een ander voordeel van het werken met kleine, goedkope drones is dat het minder problemen oplevert als er één of twee falen of crashen.”
Sniffy Bug
Het probleem is dat reguliere navigatiemethoden niet werken op kleine drones. Normaal gesproken bepalen indoor vliegende drones hun positie aan de hand van camerabeelden of data van lasersensoren. Dat vergt echter krachtige processors aan boord van de drone, waardoor het gewicht toeneemt en de vliegtijd afneemt.
Duisterhof gooide het om die reden over een andere boeg. Hij besloot om inspiratie op te doen in de natuur. Bij insecten, om precies te zijn. “Insecten volgen een aantal eenvoudige gedragsregels, bijvoorbeeld om aanvaringen te voorkomen. Een dergelijk door insecten geïnspireerd algoritme staat bekend als een bug-algoritme. Daar komt de titel van mijn masteronderzoek ‘Sniffy Bug’ vandaan.”
Denk- en knutselwerk
Er kwam flink wat denk- en knutselwerk kijken bij het realiseren van de minidrones. Zo moest Duisterhof zijn eigen algoritmes creëren en optimaliseren. De drones moeten een veilige afstand aanhouden tot elkaar en tot obstakels, maar tegelijk ook dicht bij elkaar kunnen vliegen om samen een gaslek te vinden. Dat proces heet particle swarm optimisation (PSO).
Ook de hardware werd door Duisterhof voor een deel zelf ontwikkeld. Hij haalde gassensoren uit rookmelders en soldeerde die met behulp van een microscoop op een eigen printplaat en bevestigde die op commercieel verkrijgbare CrazyFlie drones. De uiteindelijke Sniffy Bug-drones zijn 12 cm in diameter en wegen net geen 40 gram.
Succesvolle praktijktest
Het idee is dat de drones zich in eerste instantie verspreiden over de ruimte. Zodra er door één van de drones gas wordt gedetecteerd, komen de andere drones dichterbij om samen verder te speuren. Tijdens een praktijktest bleken de drones inderdaad in staat om een gaslek te detecteren en samenwerken. Dat was wel spannend, ook al had een computersimulatie al laten zien dat het idee zou werken. Duisterhof: “In de praktijk werkt het toch altijd anders. Zo is het effect van de wind lastig te voorspellen.”
Volgens Duisterhof – die inmiddels promotieonderzoek doet aan de Carnegie Mellon University – zijn er tal van toepassingen te verzinnen voor zijn dronezwerm. Zo zouden de minidrones ook gebruikt kunnen worden in kassen, om onkruid of rotte planten op te sporen. Vanuit de TU Delft ziet men in ieder geval potentie in de zwermdrones: zijn masteronderzoek heeft Duisterhof onlangs de eervolle vermelding Best Graduate van de Faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek opgeleverd.
ASTRO
Overigens is de TU Delft niet de enige wetenschappelijke instelling waar onderzoek wordt gedaan naar dronezwermen om gaslekken te detecteren. In november 2018 werd aan de Rice University in Houston onder de naam ASTRO een soortgelijk concept gepresenteerd. Daarbij ging het echter om veel grotere drones die in de buitenlucht vlogen.
