Een nieuw navigatiesysteem voor drones en robots is geïnspireerd op het gedrag van honingbijen. Bee-Nav stelt kleine robots in staat zelfstandig lange afstanden af te leggen en veilig terug te keren naar hun startpunt, met behulp van een neuraal geheugen van slechts 42 kilobyte.
Het systeem is ontwikkeld door wetenschappers van de TU Delft, in samenwerking met biologen van de Universiteit Wageningen en de Carl von Ossietzky Universiteit in Oldenburg. De resultaten van het onderliggende onderzoek zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.
Zwaar, duur en energie-intensief
De meeste huidige navigatiesystemen voor robots maken gebruik van gedetailleerde kaarten en vereisen in de praktijk veel rekenkracht en geheugen. De systemen zijn hierdoor zwaar, duur en energie-intensief. Dit beperkt te toepasbaarheid voor kleine, lichte drones.
Honingbijen laten echter zien dat er efficiëntere oplossingen bestaan. Hoewel zij over kleine hersenen beschikken, zijn de bijen in staat lange afstanden af te leggen en succesvol hun weg terug naar huis te vinden. Dit doen ze door middel van odometrie, waarbij ze de afstand en richting schatten op basis van visuele bewegingssignalen en visueel geheugen, waarbij ze de omgeving rond belangrijke locaties onthouden.
Neuraal netwerk
Het onderzoeksteam heeft deze principes vertaald naar Bee-Nav. Tijdens een korte leervlucht in de buurt van de thuisbasis legt de drone panoramische beelden van de omgeving vast. Een klein neuraal netwerk leert deze beelden te verwerken om de richting en afstand naar huis te schatten. Dit stelt de drone in staat om, zelfs als de thuisbasis niet zichtbaar is, toch terug te keren.
Het neurale netwerk is getraind met behulp van odometrische schattingen, die na verloop van tijd minder nauwkeurig worden. Ondanks deze beperking blijkt odometrie voldoende om de drone succesvol terug te laten keren naar zijn thuisbasis.
Geschikt voor zowel binnen als buiten
Tijdens tests in grote binnenruimtes presteerde het systeem uitstekend. Ook buiten, op het drone-onderzoeksveldlab Unmanned Valley in Valkenburg, keerde de drone succesvol terug naar zijn startpunt, zelfs over afstanden van meer dan 600 meter.
Wind blijkt van aanzienlijke invloed op de werking van het systeem. Zo daalde bij winderige omstandigheden buiten het succespercentage tot 70 procent, voornamelijk door de invloed van wind op de beeldkwaliteit. De wind veroorzaakte kantelingen van de drone, waardoor de beelden minder bruikbaar worden voor navigatie.
De onderzoekers wijzen op diverse praktische toepassingen van Bee-Nav, zoals het monitoren van kassen. Zo kunnen lichtgewicht drones ingezet worden voor het inspecteren van gewassen en het in een vroeg stadium opsporen van ziekten of plagen. Het navigatiesysteem kan telers zo helpen bij het verhogen van hun opbrengst en het terugdringen van verspilling.
Het team benadrukt dat het systeem nog robuuster moet worden in praktijkomstandigheden. De wetenschappers noemen de resultaten echter veelbelovend.
