Een drone die in het pikkedonker zonder camera zijn weg vindt? Onderzoekers van de TU Delft hebben een mini-drone uitgerust met kunstmatige ‘snorharen’. Daarmee kan hij obstakels voelen, muren volgen en zelfs zelfstandig de uitgang van een onbekende ruimte vinden.
Ratten en muizen hebben geen licht nodig om zich door krappe ruimtes te bewegen. Met hun snorharen voelen ze wat er vlak voor en naast hen gebeurt. Onderzoekers van de TU Delft hebben dat biologische trucje nu vertaald naar een kleine autonome drone. Met twee kunstmatige snorharen kan het toestel zijn directe omgeving aftasten en daarop reageren.
Het systeem is bewust klein en zuinig gehouden, zodat alle verwerking op de drone zelf kan plaatsvinden. Dat is belangrijk voor lichte drones, waarop nauwelijks ruimte is voor zware sensoren en krachtige computers. De resultaten van het Delftse onderzoek zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.
Twee kunstmatige snorharen
Voor autonome drones van minder dan 100 gram is navigeren een flinke technische uitdaging. Iedere gram aan sensoren, rekenkracht en accu moet immers mee de lucht in. Bovendien zijn veelgebruikte sensoren niet onder alle omstandigheden even bruikbaar. Camera’s zijn afhankelijk van voldoende zicht, terwijl ook andere optische sensoren last kunnen hebben van bijvoorbeeld rook of stof.
Onderzoekers onder leiding van Salua Hamaza van de TU Delft zochten daarom inspiratie bij knaagdieren. De drone kreeg twee kunstmatige snorharen aan de voorkant. Iedere snorhaar bevat drie miniatuurdruksensoren. Zodra een snorhaar tegen een oppervlak komt en doorbuigt, kan de drone bepalen waar het contact plaatsvindt. Het is ook niet de eerste keer dat TU Delft inspiratie haalt uit de natuur. Eerder dit jaar bouwden onderzoekers van de universiteit al een drone die navigeert als honingbij.
Salua Hamaza: “We willen drones voorzien van een rijk tastgevoel, niet om iets te grijpen in de lucht, maar om een nieuwe vorm van navigatie mogelijk te maken: vliegen en ontdekken via aanraking. De uitdaging is dat alles lichtgewicht en energiezuinig moet zijn met een snelle verwerkingstijd. De natuur gaf ons het antwoord: snorharen.”
Dat geeft de vliegende robot genoeg informatie om obstakels te ontwijken en oppervlakken te volgen.
Opvallend nauwkeurig
De sensoren simpelweg aan een drone hangen is niet voldoende. De propellers veroorzaken voortdurend luchtstromen en trillingen die de metingen kunnen verstoren.
De onderzoekers ontwikkelden daarom software die deze ruis tijdens het vliegen corrigeert en de signalen omzet in nauwkeurige afstandsinformatie. Opvallend is hoe weinig rekenkracht daarvoor nodig is: het complete systeem gebruikt slechts 34 kilobyte geheugen. De verwerking gebeurt volledig op de boordcomputer. De drone heeft dus geen externe computer of extern positioneringssysteem nodig om zijn aanrakingen te interpreteren.
Tijdens experimenten kon de drone in volledige duisternis zowel harde als zachte oppervlakken volgen. Door langs wanden te vliegen en voortdurend nieuwe informatie via zijn snorharen te verzamelen, kon hij ook een kaart van een onbekende ruimte opbouwen en zelfstandig een uitgang vinden.
Bekijk hier de drone in actie:
Potentiële praktische waarde
Kleine drones zouden met deze techniek in de toekomst plekken kunnen verkennen waar mensen moeilijk of gevaarlijk kunnen komen, zoals donkere technische installaties, grotten of beschadigde gebouwen.
Tast hoeft camera’s en andere sensoren daarbij niet te vervangen. De combinatie kan juist interessant zijn: wanneer rook, stof of duisternis het zicht belemmert, heeft een drone met tastzin nog een extra bron van informatie. Het Delftse onderzoek laat zo zien dat slimmere drones niet noodzakelijk méér of zwaardere hardware nodig hebben. Soms kan een relatief eenvoudig zintuig uit de natuur al een verrassend effectieve oplossing bieden.
