Nieuwe theorie laat drones met één oog afstanden inschatten

Drones die een object naderen met een bepaalde, op insecten geïnspireerde kijk- en beweegstrategie, blijken op een zekere afstand van het object instabiel te worden. Dit nadeel heeft echter ook een voordeel: indien drones deze instabiliteit op tijd detecteren, kunnen zij op basis hiervan de afstand tot het object inschatten. Dit stelt drones in staat afstanden te zien met slechts één camera. Ook voor vision systemen kan de ontdekking interessant zijn.

De mogelijkheden zijn ontdekt door Guido de Croon van het Micro Air Vehicle Laboratory van de TU Delft. Bij pogingen om steeds kleinere drones zelfstandig te laten navigeren, kijken onderzoekers voor inspiratie in toenemende mate naar vliegende insecten. Zo schatten de huidige consumentendrones voor gebruik binnenshuis hun snelheid in met een op insecten geïnspireerde strategie. Hierbij kijkt een camera naar beneden en bepaalt de ‘optische stroom’: de snelheid waarmee objecten door het blikveld van de camera bewegen.

Optische stroom

De optische stroom geeft alleen informatie over de verhouding tussen afstand en snelheid. Daarom hebben binnenshuis vliegende drones doorgaans ook een sonar aan boord waarmee de afstand van de drone tot de grond wordt bepaald, waarna de snelheid kan worden berekend uit de optische stroom. Met de nieuwe theorie is sonar niet meer nodig, zodat het mogelijk wordt om nog kleinere vliegende drones te ontwikkelen.

Vliegende insecten zoals bijen hebben twee facetogen, maar deze staan zo dicht bij elkaar dat ze niet gebruikt kunnen worden om door middel van stereovisie afstanden in te schatten voor navigatiedoeleinden. Bijen zijn daarom sterk afhankelijk van de optische stroom en hebben geen sensoren om de werkelijke afstand tot objecten in hun omgeving te schatten. Maar hoe navigeren insecten dan? Uit eerder onderzoek is gebleken dat eenvoudige besturingswetten voor de optische stroom in theorie voor veilige navigatie zorgen. Zo zou een drone een zachte landing moeten maken wanneer hij de optische stroom constant houdt tijdens het dalen. Het blijkt echter bijzonder moeilijk om deze strategie in de praktijk bij drones te implementeren.

Soepele landing uitvoeren via optische stroom

“Dit onderzoek is voortgekomen uit frustratie, omdat het onmogelijk bleek om een snelle, soepele landing uit te voeren via de optische stroom. Tegen het eind van de landing gingen de drones steeds op en neer oscilleren”, vertelt De Croon. “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.”

Een theoretische analyse van besturingswetten voor drones wijst uit dat een robot die de optische stroom constant probeert te houden op een bepaalde afstand van het landingsoppervlak begint te oscilleren. De oscillaties worden door de robot zelf opgewekt, omdat bewegingen dicht bij de grond een veel groter en sneller effect hebben op de optische stroom dan bewegingen op grotere afstand. Door deze oscillaties op tijd te detecteren kan een drone vaststellen hoe ver hij van het oppervlak verwijderd is.

Instabiliteit van zijn eigen besturingssysteem gebruiken

“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. 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”, zegt De Croon.

Uit biologische literatuur blijkt dat vliegende insecten soms inderdaad op bepaalde afstanden bepaald gedrag gaan vertonen. Bijen blijven bijvoorbeeld altijd even stil in de lucht hangen op zekere afstand boven een landingsoppervlak. De nieuwe theorie biedt een hypothese over de wijze waarop insecten de afstanden kunnen waarnemen die dergelijk gedrag in gang zetten.

Lees ook
Nieuwe directeur voor Balluff Nederland

Nieuwe directeur voor Balluff Nederland

Focus op vision, RFID en IO-Link Sinds 1 januari 2019 is Erik in ‘t Groen de nieuwe directeur van Balluff Nederland. Met een jarenlange ervaring in machinevision is hij de man bij uitstek om het visionportfolio in de Benelux meer handen en voeten te geven. Andere focustechnologieën voor de komende jaren zijn RFID en IO-Link. Erik in ’t Groen: “Met...

Voor het eerst vijfcijferige bezoekersaantallen

Voor het eerst vijfcijferige bezoekersaantallen

Vision zit in de lift. Op Vision 2018 dat onlangs in Stuttgart plaatsvond, was het duidelijk te zien. Met als titel ‘Be a visionair’ trok de beurs voor het eerst een vijfcijferig bezoekersaantal: 11.106 om precies te zijn. Dat komt neer op een stijging van 14 procent. Het is in lijn met de getallen van de VDMA, die er zoals gebruikelijk hun marktinzichten...

4D-PRO Connectivity  maakt Auto-Ident tot ‘More than a Vision’

4D-PRO Connectivity maakt Auto-Ident tot ‘More than a Vision’

Toen de uitvinders Silver en Woodland in 1949 hun eerste variant van de barcode registreerden, zullen zij onmogelijk hebben kunnen voorzien dat pakweg 70 jaar later de codes op producten belangrijker zouden zijn dan de benaming ervan. Ook de impact op retail, logistiek en andere branches zal hun voorstelling te boven zijn gegaan. Dat de oorspronkelijk...