Le chercheur de l’Université de Stanford, Mac Schwager, est entré dans le monde du comptage des pingouins lors d’une rencontre fortuite lors du mariage de sa belle-sœur en juin 2016. Là, il a appris qu’Annie Schmidt, biologiste à Stage Blue Conservation Science, cherchait une meilleure façon de se faire une impression. une grande colonie de manchots en Antarctique. Schwager, qui est professeur adjoint d’aéronautique et d’astronautique, a vu une opportunité de collaborer, compte tenu de ses travaux sur le contrôle des essaims de robots volants autonomes.



C’est ainsi que, trois ans et demi moreover tard, l’étudiant diplômé de Schwager, Kunal Shah, s’est retrouvé à la célèbre station McMurdo, prêt pour le premier vol d’essai en Antarctique de leur nouveau système d’imagerie multi-drone, qui coordonne le vol de plusieurs drones autonomes haut de gamme – mais peuvent également fonctionner avec des drones amateurs.

Le projet n’a pas eu un début de bon augure. « Mes mains gelaient. Les batteries du drone étaient trop froides pour fonctionner. La télécommande du drone était trop froide. Mon téléphone était trop froid et clignotait des avertissements », se souvient Shah. « J’ai juste pensé: ‘Je suis ici depuis deux mois et demi et c’est le leading jour ? »



Sans se décourager, Shah et ses collègues se sont rapidement adaptés et leur système, qui fait l’objet d’un short article publié le 28 octobre dans Science Robotics, a produit à plusieurs reprises des relevés visuels détaillés d’environ 300000 couples nicheurs de manchots Adélie sur une zone de 2 kilomètres carrés au Cap. Crozier – à peu près équivalent à la taille du pays de Monaco – et une autre colonie in addition petite d’environ 3 000 partners nicheurs au cap Royds. Alors que les précédents levés de drones pilotés par l’homme de la colonie du Cap Crozier prenaient deux jours, chaque cycle de la nouvelle enquête, achevé en collaboration avec la Countrywide Science Basis (NSF) et le US Antarctic Software (USAP), a -une demi-heure, grâce à un algorithme de planification d’itinéraire qui a coordonné deux à quatre drones autonomes et priorisé une couverture efficace de la colonie.

« Il suffit de déplacer tout cet équipement sur un web-site distant et de pouvoir le préparer, le mettre sur le terrain et le déployer avec rien d’autre que des tentes et une petite cabane chauffante à votre disposition, c’est vraiment phénoménal », a déclaré Schwager, auteur principal. du journal mais, à sa grande déception, n’a pas pu rejoindre l’équipe de terrain. « Cela montre vraiment à quel level les systèmes robotiques autonomes peuvent être pratiques dans des environnements éloignés. »

La vitesse est essentielle

Des prospections aériennes des colonies de manchots ont déjà été menées, généralement avec des hélicoptères ou un seul drone. La méthode de l’hélicoptère produit une excellente qualité d’image, mais elle est coûteuse, peu efficace en carburant et risque de déranger les oiseaux. L’enquête sur un seul drone prend du temps et – parce que les drones doivent être lancés à une length de sécurité, à approximativement cinq kilomètres (trois miles) de la colonie – difficile à naviguer. Un autre inconvénient des drones est qu’ils doivent voler vers, au-dessus et en arrière de la colonie avec seulement 12 à 15 minutes d’autonomie. La menace proceed de changements soudains des circumstances de vol ajoute encore à l’importance d’un levé rapide.

L’utilisation de plusieurs drones contourne ces défis, et cela a été rendu achievable par un algorithme de planification d’itinéraire special développé par les chercheurs de Stanford. Étant donné un espace d’enquête, l’algorithme a partitionné l’espace, attribué des points de spot à chaque drone et compris comment déplacer les drones à travers ces details de la manière la plus efficace, limitant les retours en arrière et les voyages redondants. Une exigence supplémentaire cruciale était que chaque drone quitte l’espace au même endroit où il est entré, ce qui économise un temps de vol précieux. L’algorithme a également maintenu une distance sûre et constante du sol malgré les changements d’élévation, et avait un pourcentage de chevauchement d’image réglable pour assurer un levé complet. Contrairement à l’action de va-et-vient d’un aspirateur robotique, Schwager a décrit les chemins de l’algorithme comme « organiques et araignées ».

« Le processus a été rapide. Ce qui n’était que les gribouillis de l’algorithme sur un écran la veille s’est transformé en une graphic significant de tous les pingouins dans les colonies », a déclaré Shah, qui est l’auteur principal de l’article. « Nous pouvions voir des gens se promener dans les colonies et tous les oiseaux qui nichaient et venaient et venaient de l’océan. C’était incroyable.

Les yeux dans le ciel

Les chercheurs envisagent d’autres utilisations de leur système multi-drone, telles que la surveillance du trafic et le suivi des incendies de forêt. Ils ont déjà effectué des assessments dans des contextes variés. Ils ont survolé un grand ranch à Marin, en Californie, pour évaluer la végétation disponible pour le pâturage du bétail. Ils ont également emmené leurs drones à Mono Lake, près de la frontière entre la Californie et le Nevada, pour enquêter sur la populace de goélands de Californie qui vit près de l’île de Paoha, au centre du lac. Comme l’Antarctique, le check du lac Mono avait ses propres défis – les oiseaux étaient furthermore petits, les chercheurs ont dû naviguer sur le internet site avant de libérer les drones et il y avait un risque de perdre des drones dans l’eau (ce qui, heureusement, ne s’est pas produit. ).

Pour leur part, les biologistes des manchots restent concentrés sur la mesure de la taille de la population, des taux de natalité et de la densité de nidification et mèneront une deuxième série d’observation des manchots cette année. Cependant, en raison de la pandémie, l’équipe de Level Blue Conservation Science sera seule cette fois.

En réfléchissant à la scenario dans son ensemble – au sens figuré – les chercheurs espèrent que leur système sera une preuve du potentiel positif des robots et des systèmes autonomes.

« Les humains ne pourraient jamais sauter dans le ciel et compter 300 000 pingouins ou suivre un feu de forêt », a déclaré Schwager. « Je pense que les équipes de robots autonomes peuvent vraiment être puissantes pour nous aider à gérer notre monde en mutation, notre environnement en mutation, à une échelle que nous ne pouvions jamais auparavant. »

Les chercheurs de Point Blue Conservation Science sont également co-auteurs de l’article. Ce travail a été financé par la National Science Basis.