Os engenheiros da Caltech desenvolveram um novo algoritmo de controle que permite que um único drone conduza um bando inteiro de pássaros para longe do espaço aéreo de um aeroporto. O algoritmo é apresentado em um estudo em Transações IEEE em robótica .

O projeto foi inspirado em 2009 "Milagre no Hudson, "quando o voo 1549 da US Airways atingiu um bando de gansos logo após a decolagem e os pilotos Chesley Sullenberger e Jeffrey Skiles foram forçados a pousar no rio Hudson, perto de Manhattan.

"Os passageiros do vôo 1549 só foram salvos porque os pilotos eram muito habilidosos, "diz Soon-Jo Chung, um professor associado de aeroespacial e Bren Scholar na Divisão de Engenharia e Ciências Aplicadas, bem como um cientista de pesquisa do JPL, e o investigador principal do projeto de pastoreio de drones. "Isso me fez pensar que da próxima vez poderia não ter um final tão feliz. Então, comecei a procurar maneiras de proteger o espaço aéreo dos pássaros, aproveitando minhas áreas de pesquisa em autonomia e robótica."

As estratégias atuais para controlar o espaço aéreo incluem a modificação do ambiente circundante para torná-lo menos atraente para as aves, usando falcões treinados para assustar bandos, ou mesmo pilotando um drone para assustar os pássaros. Essas estratégias podem ser caras ou - no caso do drone pilotado manualmente - não confiáveis, diz Chung, que é pesquisador do Centro de Sistemas e Tecnologias Autônomos da Caltech.

"Ao conduzir pássaros para longe do espaço aéreo, você deve ter muito cuidado ao posicionar seu drone. Se for muito longe, não moverá o rebanho. E se chegar muito perto, você corre o risco de espalhar o rebanho e torná-lo completamente incontrolável. Isso é difícil de fazer com um drone pilotado. "

O pastoreio depende da capacidade de gerenciar um rebanho como um único, entidade contida - mantendo-a unida enquanto muda sua direção de viagem. Cada ave de um bando reage às mudanças no comportamento das aves mais próximas a ela. O pastoreio eficaz requer uma ameaça externa - neste caso, o zangão - para se posicionar de tal forma que incentive os pássaros ao longo da borda de um bando a fazer mudanças de curso que afetam os pássaros mais próximos a eles, que afetam os pássaros dentro do rebanho, e assim por diante, até que todo o rebanho mude de curso. O posicionamento deve ser preciso, no entanto:se a ameaça externa ficar muito zelosa e atacar o rebanho, os pássaros entrarão em pânico e agirão individualmente, não coletivamente.

Em 2013, enquanto ele era professor assistente na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, Chung recebeu o prêmio CAREER da National Science Foundation para lidar com o problema. Originalmente, Chung pretendia construir um autoguiado, robô oscilante cujo vôo imitaria o de um falcão, descobrir que o design bioinspirado o tornaria ainda mais eficaz no controle de rebanhos, apresentando-lhes uma ameaça aparentemente natural. Embora o trabalho nessa direção tenha rendido um estilo inteiramente novo de drone - o "Bat Bot" que Chung revelou em 2017 - ele descobriu que um drone quadrotor pronto para uso era igualmente eficaz para pastorear pássaros.

Para ensinar o drone a rebanho autonomamente, Chung e seus colegas, incluindo Aditya Paranjape do Imperial College London, um de seus ex-alunos de graduação, estudou e derivou um modelo matemático da dinâmica do rebanho para descrever como os bandos constroem e mantêm formações, como eles respondem às ameaças ao longo da borda do rebanho, e como eles comunicam essa ameaça por meio do rebanho. Seu trabalho melhora os algoritmos projetados para pastorear ovelhas, que só precisava funcionar em duas dimensões, em vez de três.

"Estudamos cuidadosamente a dinâmica do rebanho e a interação entre bandos e perseguidores para desenvolver um algoritmo de pastoreio matematicamente sólido que garante a realocação segura de bandos usando drones autônomos, "diz Kyunam Kim, bolsista de pós-doutorado em aeroespacial na Caltech e co-autor do artigo do IEEE.

Uma vez que eles foram capazes de gerar uma descrição matemática do comportamento do bando, os pesquisadores fizeram a engenharia reversa para ver exatamente como as ameaças externas seriam respondidas pelos bandos, e então usou essa informação para criar um novo algoritmo de pastoreio que produz trajetórias de vôo ideais para drones que se aproximam para mover o rebanho para longe de um espaço aéreo protegido sem dispersá-lo.

"Minha pesquisa anterior focou em naves espaciais e enxames de drones, que acabou sendo surpreendentemente relevante para este projeto, "Chung diz.

A equipe testou o algoritmo em um bando de pássaros perto de um campo na Coreia e descobriu que um único drone poderia manter um bando de dezenas de pássaros fora de um espaço aéreo designado. A eficácia do algoritmo é limitada apenas pelo número e tamanho das aves que chegam, Chung diz, acrescentando que a equipe planeja explorar maneiras de dimensionar o projeto para vários drones que lidam com vários rebanhos.