I ett betydande framsteg för autonoma flygande robotar har ingenjörer vid Hongkongs universitet skapat en drönare som efterliknar fåglars anmärkningsvärda förmåga att navigera i komplexa miljöer i hög hastighet.
Safety-Assured High-Speed Aerial Robot (SUPER) kan flyga i hastigheter över 20 meter per sekund (70 km/h) och upptäcka samt undvika hinder så tunna som 2,5 millimeter – exempelvis elledningar eller kvistar – med enbart inbyggda sensorer och beräkningskraft. Till skillnad från konventionella drönare som är beroende av GPS eller förhandskartlagda rutter, opererar SUPER helt självständigt i okända miljöer.
Det kompakta systemet, som bara mäter 28 centimeter tvärs över och har en startvikt på 1,5 kg, använder en lätt 3D LiDAR-sensor som kan upptäcka hinder på upp till 70 meters avstånd med hög precision. Det som gör SUPER verkligt innovativ är dess sofistikerade planeringsramverk som genererar två flygbanor under färd: en som optimerar hastigheten genom att våga sig in i okända områden och en som prioriterar säkerhet genom att hålla sig inom kända, hinderfria zoner.
"Föreställ dig en 'robotfågel' som snabbt manövrerar genom skogen och smidigt undviker grenar och hinder i hög hastighet. Det är som att ge drönaren fågelns reflexer, vilket gör att den kan undvika hinder i realtid samtidigt som den rusar mot sitt mål," förklarar professor Fu Zhang, som lett forskarteamet.
Vid tester i verkliga miljöer uppnådde SUPER en nästan perfekt framgångsgrad på 99,63 % i olika utmanande scenarier, inklusive höghastighetsflygning, undvikande av elledningar, navigering i täta skogar och flygning i mörker. Drönaren visade också utmärkta objektspårningsförmågor och lyckades följa en joggare genom tät skog där kommersiella drönare misslyckades.
Teknologin har breda användningsområden, särskilt inom sök- och räddningsinsatser där mikroflygande fordon utrustade med SUPER-teknik snabbt kan navigera i katastrofområden – såsom raserade byggnader eller täta skogar – dygnet runt, för att lokalisera överlevande eller bedöma risker mer effektivt än dagens drönare. Forskningen, som publicerats i Science Robotics, markerar en milstolpe i övergången från höghastighets autonom navigering i laboratoriemiljö till verkliga tillämpningar.