Het dynamische drone-roverduo met een speciale band
Het Marslandschap is niet het gemakkelijkste terrein om je te verplaatsen. Sommige gebieden zijn te rotsachtig voor een rover op wielen, en elders kan het gebrek aan opvallende kenmerken in het landschap problemen opleveren voor een navigatiesysteem op basis van camera's. Voor een vliegende drone kan een dergelijk navigatieprobleem het verschil betekenen tussen een veilige landing en een crash. Dielof van Loon, een student van de Technische Universiteit Delft, onderzocht wat er zou gebeuren als de twee ontdekkingsreizigers – de rover en de drone – zouden samenwerken.
Marsrovers gebruiken doorgaans een op camera's gebaseerd systeem om over het terrein van de Rode Planeet te navigeren. Hun hoofdcamera is bevestigd aan de top van een mast – een paalachtige structuur die omhoog steekt vanaf het hoofdgedeelte van de robot en die de rover zijn karakteristieke uiterlijk geeft.
Hoe hoger de mast, hoe verder de camera kan kijken. Maar er is een addertje onder het gras: door de bewegingen van de rover over oneffen terrein kan de mast gaan trillen, wat leidt tot wazige beelden en mogelijk ook andere functies van de rover beïnvloedt. Op deze manier beperkt de schommelende beweging ook de snelheid van de rover.
Om dit probleem op te lossen, hebben ingenieurs voorgesteld om een drone aan de opstelling toe te voegen – een drone die ver boven de rover kan vliegen om een beter zicht op de grond te hebben en die via een draadloze verbinding informatie over het omringende terrein aan de rover doorgeeft. Hierdoor zou de hoge en zware mast overbodig worden, waardoor de rover sneller zou kunnen rijden.
De drone zou nog een tweede doel dienen: de luchtstroom van de propellerbladen zou het fijne Marsstof van de zonnepanelen van de rover verwijderen.
Een vrij vliegende drone zou echter nog steeds te maken krijgen met het probleem dat uitgestrekte en lege vlaktes vormen voor autonome navigatie – een probleem dat het einde betekende van NASA's Ingenuity Mars Helicopter, het eerste en tot nu toe enige vliegtuig dat opsteeg, vloog en landde op het oppervlak van een andere planeet.
Dielof van Loon, een student van de Technische Universiteit Delft, onderzocht een mogelijke oplossing tijdens zijn stage bij het Planetary Robotics Laboratory van de Europese Ruimtevaartorganisatie.
In zijn project onderzocht hij het potentieel van tether-lokalisatie, een techniek waarbij een fysieke kabel die aan een drone is bevestigd, wordt gebruikt om de locatie van de drone te bepalen.
Voor nog nauwkeurigere positioneringsinformatie combineerde Dielof deze techniek met inertiale odometrie, een methode waarbij een elektronisch apparaat wordt gebruikt om de positie en oriëntatie van de drone te bepalen, vergelijkbaar met hoe een mobiele telefoon weet dat hij zijn scherm moet draaien wanneer hij wordt gekanteld.
"Mijn onderzoeksproject richtte zich op een scenario waarin een drone met een kabel aan een rover is vastgemaakt", legt Dielof uit. "De kabel zou gegevens van de drone naar de rover verzenden, en de rover zou stroom en verwerkingscapaciteit leveren, waardoor de drone lichter zou worden en langer zou kunnen vliegen."
In verschillende testruns vliegt de drone van Dielof drie meter boven een platform dat een rover simuleert, beweegt hij in verschillende vluchtpatronen, bijvoorbeeld een acht, in de lucht boven het platform en landt hij weer – de hele tijd vastgemaakt aan het platform met een kabel.
Access the video
"Ik heb een systeem ontwikkeld waarmee ik de lengte van de momenteel afgewikkelde kabel kan meten, evenals de hoeken op elk willekeurig moment", zegt Dielof.
"De ene sensor meet de hoek van de kabel op het punt waar deze aan de drone is bevestigd, terwijl de andere sensor de hoek meet op het punt waar de kabel het platform binnenkomt. De computer van het basisstation gebruikt vervolgens de metingen van de twee sensoren, samen met de lengte en spanning van de kabel, om de positie van de drone te bepalen."
Naast het rover-simulerende platform en het kabelbeheersysteem ontwikkelde Dielof de benodigde software en hardware en voegde deze toe aan een kale drone om deze aan te passen aan zijn testopstelling.
"Uiteindelijk zou de kabel in een echte missie langer kunnen zijn", concludeert Dielof. "De opstelling zou ook kunnen worden uitgebreid met twee drones, waarvan er één is vastgemaakt en als baken fungeert voor een andere, vrij vliegende verkenningsdrone."
Lennart Puck van het Planetary Robotics Lab van ESA, de stagebegeleider van Dielof, zegt hierover: "Het werk van Dielof heeft niet alleen aangetoond dat een tethered drone een haalbaar concept is voor planetaire verkenning, maar ook dat de tether zelf kan worden gebruikt als een nieuw middel voor lokalisatie.
"Dit onderzoek wijst de weg naar toekomstige missieconcepten, waarbij vastgebonden systemen kunnen fungeren als betrouwbare uitbreidingen van voertuigen op het oppervlak, waarbij mobiliteit wordt gecombineerd met robuuste lokalisatie.
Deze inhoud is vertaald met behulp van AI. Hoewel we streven naar nauwkeurigheid, kan het zijn dat vertalingen niet alle nuances van de oorspronkelijke tekst bevatten.