Il semble qu'il ne se passe pas une semaine sans plus de nouvelles de la façon dont les drones vont nous faciliter la vie et de ce qu'ils peuvent faire maintenant pour nous divertir. Plus récemment, il a été signalé que des appareils volants livraient de la nourriture aux golfeurs sur un parcours dans le Dakota du Nord et étaient utilisés comme danseurs auxiliaires lors des spectacles de Drake.
Mais loin des neuf scènes de concert et de concert, les véhicules volants autonomes agissent sérieusement, allant de sauver des vies pendant les ouragans à donner un coup de main aux agriculteurs vieillissants. Et, si un projet de recherche de la Rice University se concrétise, un essaim de drones pourrait un jour travailler ensemble pour détecter les gaz toxiques dans l'atmosphère et établir un périmètre de sécurité.
Renforcés par une récente subvention de 1, 5 million de dollars de la National Science Foundation, les scientifiques, en collaboration avec le collège Baylor de médecine et de technologie pour tous, une organisation à but non lucratif de Houston, s'attacheront à donner aux drones l'intelligence nécessaire pour détecter les zones de pollution dangereuses après des explosions ou des fuites., particulièrement après des phénomènes météorologiques extrêmes.
En fait, a noté Edward Knightly, ingénieur électricien et informaticien en charge de la recherche, ce type de désastre s'est produit peu de temps après l'ouragan Harvey de l'année dernière, lorsque les premiers intervenants ont été rendus malades par une fuite de gaz d'une usine chimique située près de Houston.
«Les premiers intervenants sont allés créer un périmètre d'environ deux kilomètres et demi afin d'avertir les habitants du quartier», dit-il. «Mais ces premiers intervenants ont eux-mêmes été hospitalisés. Le périmètre était trop proche de la source, mais ils ne le savaient pas. Personne ne savait.
«Et, c’est un excellent exemple d’endroits où nous pourrions envoyer des drones à une distance de sécurité et où ils peuvent déterminer où se trouve une frontière sécuritaire, l’effet du vent, s’il ya eu des réactions chimiques dans l’air. Trouver et fixer les bonnes limites est une décision complexe, et nous pensons que les drones pourraient être d'une grande aide pour prendre cette décision. "
Penser petit
Mais donner aux drones la capacité d'identifier les gaz volatils en temps réel pose de gros défis. Pour commencer, les capteurs efficaces peuvent-ils être réduits à une taille et à un poids adaptés à un drone? L'équipe travaille avec Frank Tittel, professeur émérite à Rice et pionnier dans l'utilisation des lasers pour détecter les signatures de molécules.
«Nous devons réduire le nombre de capteurs à un kilogramme et demi ou moins», déclare Knightly. «Il a mis au point des méthodes permettant aux lasers de détecter les concentrations de gaz pour une grande variété de gaz. Mais généralement, il conçoit des systèmes à utiliser sur le terrain. Il n'a jamais eu à créer de capteurs avec cette contrainte de masse ou de taille. ”
À ce stade, le projet s’est principalement concentré sur le renforcement de l’intelligence de la flotte de drones, connue sous le nom d’ASTRO. À l'avenir, l'accent sera mis sur les capacités de détection de gaz, mais l'apprentissage d'ASTRO a été élargi. L’objectif était de développer un système permettant aux drones de travailler ensemble, sans intervention humaine, pour trouver des objets.
Knightly explique que l'équipe a formé sa flotte de quatre drones à retrouver un appareil sans fil, dont un sur une voiturette de golf en mouvement. Et, cela se fait "hors réseau", sans personne sur le terrain qui dirige les choses avec une télécommande.
«Nous voulons que le réseau de drones puisse non seulement voler entre eux, mais même s'il n'y a pas de communication air-sol disponible», a-t-il déclaré. «S'il y a des conditions météorologiques extrêmes et que l'infrastructure est en panne, nous voulons toujours pouvoir envoyer des drones pour collecter des informations sur une zone dangereuse."
Avant de commencer à traquer quoi que ce soit, les drones utilisent leur intelligence artificielle pour connaître leur environnement. C'est ce que Knightly appelle la «phase de recherche et d'apprentissage». Les drones démarrent leurs missions en se déployant d'abord pour obtenir littéralement une terre, tout en communiquant entre eux afin de ne pas s'entasser dans un secteur.
«Avant de pouvoir localiser et suivre un périphérique sans fil, par exemple, il est important qu'ils connaissent l'environnement», explique Knightly. «Y a-t-il beaucoup d'arbres? Immeubles de grande hauteur? Ou est-ce de grands espaces? L'objectif est d'apprendre l'environnement afin qu'ils puissent suivre avec précision. "
Essaim et piste
Ils passent ensuite à la phase deux, qui s'appelle à juste titre «essaim et piste». Encore une fois, lorsque l'objet cible est un appareil sans fil, ils ont identifié les zones où le signal est le plus puissant, et c'est là que les drones se rassemblent en essaim . Dans le cas d’un événement dangereux, il se peut que la lecture du gaz soit la plus forte.
«Ils déterminent que c'est ce que nous devrions mesurer, alors allons collecter des données haute résolution», déclare Knightly.
"Bien sûr, les gaz ont tous leurs propres signatures spectrales", ajoute-t-il. «Quand les drones sortiront, il y aura un mélange de différents gaz. Ce ne sera pas un signal clair d'un seul. Nous avons donc besoin que les drones connaissent l’environnement, le comparent aux modèles statistiques de référence que nous avons mis au point et soient ensuite en mesure d’identifier les sources d’émissions dangereuses et les limites de leur propagation. »
Luca Mottola, professeur agrégé au département d’électronique, d’information et de bioingénierie de l’Université polytechnique de Milan, estime qu’il s’agit là d’un «exemple paradigmatique» montrant que les drones peuvent être plus efficaces que toute autre technologie.
"La possibilité de se déplacer sans contrainte, tout en embarquant de riches charges utiles de capteurs, leur confère un ensemble unique de capacités", déclare Mottola, un expert reconnu des réseaux de capteurs sans fil et de drones. "La technologie actuellement disponible pour traiter des scénarios similaires repose en grande partie sur une intervention humaine et est donc beaucoup plus lente et sujette aux erreurs.
"L'impact du déploiement de la technologie des drones est donc multiple. Une réponse plus rapide peut permettre une meilleure protection des actifs, limiter les dommages aux structures et améliorer l'impact sur les vies humaines."
Les chercheurs de Rice espèrent éventuellement tester leurs drones à détection de gaz dans un emplacement idéal à proximité: le Houston Ship Channel, avec ses nombreuses raffineries chimiques et ses usines de traitement industriel. Au fur et à mesure de l'avancement du projet, la flotte pourrait atteindre dix drones.
L'équipe a également développé une application mobile dans laquelle elle pourrait utiliser les résultats du capteur de drone pour envoyer des avertissements en temps réel sur la qualité de l'air aux téléphones des résidents.
«Nous ferions venir des médecins pour aider à définir les seuils pour une communauté», dit Knightly. «Quand est-ce une journée typique? Et quand est-ce une journée d'abri sur place?
