Um in der Luft freigesetzte Chemikalien zu lokalisieren, die durch Luftströme verweht werden, nutzen Forscher einen intelligenten Algorithmus.
Forscher der japanischen Osaka University, von Softbank und dem Tokio Institute of Technology haben eine handtellergroße Drohne entwickelt, die Chemikalien in der Luft dreidimensional lokalisieren kann. Sie soll bei Such- und Rettungseinsätzen oder Umweltschutzmissionen eingesetzt werden.
Wo sich Chemikalien in der Luft genau befinden, hängt unter anderem von bestehenden Luftströmungen ab. Die Chemikalienfahnen in der Luft zu lokalisieren, etwa bei Chemieunfällen, ist nicht ganz trivial. So hatten die Entwickler der "Schnüffeldrohne" in früheren Studien zunächst eine oder zwei Geruchssensoren an einer Drohne angebracht und Messungen durchgeführt, das habe sich jedoch als sehr ineffizient erwiesen, sagt Shunsuke Shigaki, einer der beteiligten Wissenschaftler der aktuellen Studie "Palm-Sized Quadcopter for Three-Dimensional Chemical Plume Tracking", die in EEE Transactions on Instrumentation and Measurement veröffentlicht ist. Die Ineffizienz ergab sich daraus, dass kleine Drohnen lediglich eine kurze Flugzeit aufweisen und damit keine lange andauernden Messungen durchführen können.
Chemikalien unter allen Umständen erschnüffeln
Das Forschungsteam hat an der Vorderseite und auf der Oberseite der neu entwickelten Mini-Drohne Geruchssensoren angebracht. Die Forscher nutzen Particle Image Velocity, eine optische Technik, um Messungen des Geschwindigkeitsfeldes einer ganzen Region in einer Luftströmung gleichzeitig vornehmen zu können. Die Forscher nahmen sich Motten zum Vorbild, die chemische Schwaden nachverfolgen können. Daraus entwickelten sie einen 3D-Surge-Casting-Algorithmus, der die spezielle Anordnung der Sensoren ausnutzt. Mit der Kombination schafften es die Wissenschaftler, den Geruch kontinuierlich zu verfolgen, egal aus welcher Richtung er kam.
Das Video zeigt ein Experiment zur Geruchslokalisierung mit der Drohne.
In Experimenten mit der Drohne konnten die Forscher Luftströme lokalisieren und visualisieren, um Chemiefahnen nachverfolgen zu können. Dabei gelang es ihnen, Gerüche selbst dann zu verfolgen, wenn sich die Windrichtung ständig änderte.
"Die Geruchsdiffusion ist sehr komplex, aber die von uns vorgeschlagene Kombination aus Sensoranordnung und Algorithmus ermöglicht eine hocheffiziente Lokalisierung der Geruchsquelle", resümiert Shigaki. "Wir hoffen, dass unser Vorschlag die grundlegende Technik für die Geruchserkennung von Drohnen sein wird. Wir möchten nun einen Beitrag zur Sicherheit leisten, indem wir ein System entwickeln, das schnell nach gefährlichen Chemikalien oder Sprengstoffen suchen kann, indem es mehrere Drohnen zur Suche nach mehreren Geruchsquellen einsetzt."
Dazu will das Wissenschaftsteam weitere Forschungsprojekte auflegen und sich dabei zunächst auf das Design konzentrieren. Damit wollen sie sicherstellen, dass die kleine "Schnüffeldrohne" auch dann zuverlässige Ergebnisse liefert, wenn sie in unsicheren, unübersichtlichen und unkartierten Umgebungen unterwegs ist.
Quelle; heise
Forscher der japanischen Osaka University, von Softbank und dem Tokio Institute of Technology haben eine handtellergroße Drohne entwickelt, die Chemikalien in der Luft dreidimensional lokalisieren kann. Sie soll bei Such- und Rettungseinsätzen oder Umweltschutzmissionen eingesetzt werden.
Wo sich Chemikalien in der Luft genau befinden, hängt unter anderem von bestehenden Luftströmungen ab. Die Chemikalienfahnen in der Luft zu lokalisieren, etwa bei Chemieunfällen, ist nicht ganz trivial. So hatten die Entwickler der "Schnüffeldrohne" in früheren Studien zunächst eine oder zwei Geruchssensoren an einer Drohne angebracht und Messungen durchgeführt, das habe sich jedoch als sehr ineffizient erwiesen, sagt Shunsuke Shigaki, einer der beteiligten Wissenschaftler der aktuellen Studie "Palm-Sized Quadcopter for Three-Dimensional Chemical Plume Tracking", die in EEE Transactions on Instrumentation and Measurement veröffentlicht ist. Die Ineffizienz ergab sich daraus, dass kleine Drohnen lediglich eine kurze Flugzeit aufweisen und damit keine lange andauernden Messungen durchführen können.
Chemikalien unter allen Umständen erschnüffeln
Das Forschungsteam hat an der Vorderseite und auf der Oberseite der neu entwickelten Mini-Drohne Geruchssensoren angebracht. Die Forscher nutzen Particle Image Velocity, eine optische Technik, um Messungen des Geschwindigkeitsfeldes einer ganzen Region in einer Luftströmung gleichzeitig vornehmen zu können. Die Forscher nahmen sich Motten zum Vorbild, die chemische Schwaden nachverfolgen können. Daraus entwickelten sie einen 3D-Surge-Casting-Algorithmus, der die spezielle Anordnung der Sensoren ausnutzt. Mit der Kombination schafften es die Wissenschaftler, den Geruch kontinuierlich zu verfolgen, egal aus welcher Richtung er kam.
Das Video zeigt ein Experiment zur Geruchslokalisierung mit der Drohne.
In Experimenten mit der Drohne konnten die Forscher Luftströme lokalisieren und visualisieren, um Chemiefahnen nachverfolgen zu können. Dabei gelang es ihnen, Gerüche selbst dann zu verfolgen, wenn sich die Windrichtung ständig änderte.
"Die Geruchsdiffusion ist sehr komplex, aber die von uns vorgeschlagene Kombination aus Sensoranordnung und Algorithmus ermöglicht eine hocheffiziente Lokalisierung der Geruchsquelle", resümiert Shigaki. "Wir hoffen, dass unser Vorschlag die grundlegende Technik für die Geruchserkennung von Drohnen sein wird. Wir möchten nun einen Beitrag zur Sicherheit leisten, indem wir ein System entwickeln, das schnell nach gefährlichen Chemikalien oder Sprengstoffen suchen kann, indem es mehrere Drohnen zur Suche nach mehreren Geruchsquellen einsetzt."
Dazu will das Wissenschaftsteam weitere Forschungsprojekte auflegen und sich dabei zunächst auf das Design konzentrieren. Damit wollen sie sicherstellen, dass die kleine "Schnüffeldrohne" auch dann zuverlässige Ergebnisse liefert, wenn sie in unsicheren, unübersichtlichen und unkartierten Umgebungen unterwegs ist.
Quelle; heise
