Un drone de la taille d’une paume pour suivre les panaches chimiques

Les robots capables de reconnaître et de suivre automatiquement des odeurs spécifiques pourraient avoir un large éventail d’applications précieuses. Par exemple, ils pourraient aider à identifier les sources de substances chimiques nocives dans l’air après des accidents dangereux dans des centrales électriques, des explosions ou d’autres catastrophes.

Cependant, le développement de robots capables d’identifier et de suivre les odeurs de manière fiable s’est jusqu’à présent avéré difficile. En fait, cela implique généralement l’intégration efficace de capteurs d’odeurs hautes performances, d’algorithmes d’apprentissage en profondeur de pointe, de plates-formes robotiques fiables et de planificateurs de mouvements.

Des chercheurs de l’Université d’Osaka, de SoftBank Corporation et du Tokyo Institute of Technology ont récemment développé un petit drone qui pourrait être utilisé pour suivre les panaches chimiques lors d’opérations de recherche et de sauvetage ou de missions visant à protéger l’environnement. Ce drone, présenté dans un article publié dans Transactions IEEE sur l’instrumentation et la mesuresont basés sur une technologie de visualisation des flux d’air connue sous le nom de vélocimétrie par images de particules.

« La recherche sur la localisation des sources d’odeurs 3D à l’aide d’un drone en est encore à son stade de développement », a déclaré à TechXplore Shunsuke Shigaki, l’un des chercheurs qui a mené l’étude. « Dans nos études précédentes, nous avons monté un ou deux capteurs d’odeurs sur un drone, qui se déplaçait largement en hauteur et dans le sens du vent de travers pour trouver la source de l’odeur. Nous avons constaté que cette méthode est très inefficace, et compte tenu du temps de vol court du drone, il était nécessaire d’améliorer considérablement les performances de suivi des odeurs 3D. »

Le drone de la taille d’une paume créé par Shigaki et ses collègues est basé sur la vélocimétrie par images de particules, une technique optique permettant de mesurer simultanément le champ de vitesse d’une région entière dans le flux d’air. Les chercheurs ont spécifiquement utilisé cette technique pour identifier la direction d’où arrivent les produits chimiques.

Pour surveiller les produits chimiques dans l’air en trois dimensions, l’équipe a intégré des capteurs d’odeurs sur les surfaces supérieure et frontale de leur drone. Pour s’adapter à cet agencement de capteurs unique, ils ont développé des algorithmes de surtension 3D inspirés des mécanismes biologiques par lesquels les papillons volants peuvent suivre les panaches chimiques.

« La force de notre groupe de recherche est que nous sommes bons dans la technologie de visualisation des flux d’air », a déclaré Shigaki. « En nous concentrant sur les changements de flux d’air produits par un drone, nous avons remarqué que le drone capte les odeurs différemment selon la hauteur de la source d’odeur. Par conséquent, nous avons conçu un dispositif de capteur d’odeurs et un algorithme qui peut suivre en continu une odeur quelle que soit la direction. ça vient de. »

Les chercheurs ont évalué leur drone de suivi de panache chimique proposé dans une série d’expériences de visualisation et de localisation du flux d’air. Remarquablement, ils ont découvert que l’algorithme qu’ils avaient développé surpassait les algorithmes conventionnels pour le suivi des panaches chimiques, en suivant efficacement les odeurs même dans les scénarios où la direction du vent ne cessait de changer.

À l’avenir, le drone de la taille d’une paume et l’algorithme de suivi du panache chimique développé par Shigaki et ses collègues pourraient ouvrir la voie à la création de systèmes robotiques plus performants pour détecter les odeurs et identifier leurs sources. Dans leurs prochaines études, les chercheurs prévoient également d’améliorer leur conception pour s’assurer que le système de suivi du panache chimique fonctionne également bien dans des environnements incertains, encombrés et non cartographiés.

« La diffusion des odeurs est très complexe, mais notre combinaison proposée d’agencement de capteurs et d’algorithme permet une localisation très efficace de la source des odeurs », a expliqué Shigaki. « Nous espérons que notre proposition sera la technique fondamentale pour l’olfaction des drones. Nous souhaitons maintenant contribuer à la sûreté et à la sécurité en développant un système capable de rechercher rapidement des produits chimiques dangereux ou des explosifs en utilisant plusieurs drones pour rechercher plusieurs sources d’odeurs. »