Dankzij een nieuwe theorie kan een drone afstanden zien met één oog. Handig, want zo kan een drone autonoom vliegen zonder te botsen. Dezelfde strategie wordt ook gebruikt door insecten.

Op dit moment kijken drones die binnenshuis vliegen naar beneden. Vervolgens wordt de zogenoemde optische stroom bepaalt. Dit is de snelheid waarmee objecten door het blikveld van de camera bewegen. Daarnaast zijn deze drones uitgerust met een sonar om de afstand van de drone tot de grond te bepalen, omdat de optische stroom alleen informatie geeft over de verhouding tussen snelheid en afstand.

Dankzij een nieuwe techniek is een sonar niet meer nodig. De techniek is ontwikkeld door wetenschapper Guido de Croon van het Micro Air Vehicle Laboratory van de TU Delft. Daarvoor keek hij naar vliegende insecten. Bijen hebben bijvoorbeeld twee facetogen, maar deze staan zo dicht bij elkaar, dat ze geen diepte zien zoals mensen.

Een drone kan een zachte landing maken, wanneer hij de optische stroom constant houdt. Helaas gaan drones dicht bij het oppervlak sterk op en neer oscilleren, waardoor de strategie niet te implementeren is bij echte drones. “Eerst dacht ik dat de beeldbewerkingssoftware niet goed genoeg werkte dicht bij de grond, maar later ontdekte ik dat het effect ook bij perfecte beeldmetingen aanwezig was”, zegt De Croon.

Profiteren van oscillaties
De oscillaties ontstaan door de robot zelf. De bewegingen dicht bij de grond hebben een groter en sneller effect op de optische stroom, waardoor een drone instabiel wordt. De oplossing is eigenlijk heel logisch: de drone kan de oscillaties gebruiken om de afstand tot de grond te bepalen. “Wat ik nu zo leuk vind, is dat de robot om afstanden te zien juist gebruik maakt van de instabiliteit van zijn eigen besturingssysteem, opdat hij zo bijvoorbeeld kan bepalen wanneer hij de propellers moet uitschakelen”, vervolgt De Croon. “De afgelopen maanden hebben mensen me wel eens vreemd aangekeken wanneer ik in het lab stond te juichen als een vliegende robot op het punt leek te staan om de controle te verliezen.” Overigens meldt De Croon aan Scientias.nl dat de oplossing niet heel voor de hand liggend is. “De basis van de strategie zijn die oscillaties, die eigenlijk een teken zijn dat als je niks doet, het systeem onstabiel gaat worden. De meeste onderzoekers en ingenieurs zouden dit als een probleem zien dat vermeden moet worden. De voorgestelde theorie maakt hier echter handig gebruik van.”

Ook in de natuur gedragen insecten zich anders vlak boven het oppervlak. Zo hangen bijen even stil op een zekere afstand boven een landingsoppervlak.

Opkomst van drones
Zal de vondst van De Croon leiden tot een snelle opkomst van drones, zoals de Amazon Prime Air, die pakketjes gaat bezorgen? “Ja, dat denk ik wel”, zegt De Croon. “De vinding is vooral heel belangrijk voor kleine drones, bijvoorbeeld exemplaren met een gewicht van 20 gram. Dat soort extreem lichte drones zijn inherent veilig en zouden perfect zijn om bijvoorbeeld in kassen rond te vliegen om infraroodplaatjes te maken van de planten. Echter, ze kunnen maar weinig sensoren dragen, en dus is het heel belangrijk dat ze bijvoorbeeld met slechts één camera zouden kunnen rondvliegen. Een groot probleem van het gebruiken van een enkele camera is dat je er doorgaans geen afstanden mee kan zien… precies het probleem waarvoor deze vondst een belangrijke stap voorwaarts betekent.”

Toekomst
“Het uiteindelijke doel is om een groep van kleine drones zelfstandig bijvoorbeeld een gebouw te laten verkennen”, vervolgt De Croon. “Om dit te realiseren, moeten we nog heel veel dingen oplossen: Hoe kunnen drones robuust obstakels zien? Wat moeten ze doen om zo veel mogelijk van het gebouw te verkennen? Hoe kan een heel kleine drone als zijn batterij leeg raakt zijn weg weer terug vinden naar de basis om op te laden? Hoe kunnen ze met elkaar samenwerken om dit zo efficiënt mogelijk te doen? De hoofduitdaging is om dit alles te doen met erg kleine (en dus gelimiteerde) drones. Vandaar dat we zoveel leren uit de natuur, van vliegende insecten. Het onderzoek van vandaag laat mooi zien hoe ons onderzoek omgekeerd ook nieuwe inzichten kan verschaffen over hoe insecten zich mogelijk bewust zijn van afstanden.”