La robotique en essaim : le challenge SWARMz_
Objectif : piloter un essaim de 10 drones afin de retrouver un homme à la mer le plus rapidement possible !
Les robots collaboratifs au cœur du challenge_
Une personne est tombée à la mer ! L’alerte est envoyée au centre de contrôle et la recherche commence. Une flotte de 10 drones décolle et se rend proche de la position signalée. La personne se situe dans un rayon de 1km à la ronde de cette position et il faut la retrouver le plus rapidement possible car plus le temps passe et plus les chances de la retrouver en bonne santé s’amenuisent.
Retour sur la stratégie proposée par l’équipe OSE dans le cadre du challenge SWARMz.
Les robots coopératifs : la solution OSE
La solution à ce problème de recherche opérationnelle de robotique en essaim se découpe en 4 parties distinctes :
Attribuer des rôles à chaque drone
Rejoindre sa zone de recherche
Rechercher stratégiquement en suivant sa trajectoire
Affiner la détection pour une localisation précise
Bénéfice de la solution OSE_
Stratégie basée sur une maximisation locale du gain d’informations fourni par chaque drone à chaque tentative de détection. On constate un taux de réussite élevé avec un temps moyen de détection assez faible.
Qu'est ce que la robotique en essaim ?
La robotique en essaim est un domaine de la robotique qui se concentre sur l'étude, la conception et la mise en œuvre de systèmes robotiques composés de nombreux robots individuels, appelés "agents", qui coopèrent de manière autonome pour accomplir des tâches spécifiques. La force de ces agents réside dans leur capacité à travailler ensemble en tant que groupe pour résoudre des problèmes complexes. la robotique en essaim s'inspire de la manière dont les colonies d'insectes ou encore les bancs de poissons interagissent et collaborent pour réaliser des tâches complexes.
Les Résultats
Avec un taux de réussite de 98,6 % et un temps moyen de détection de 8 min 09 sec, notre solution a remporté le 1er prix du challenge.
Robotique en essaim : la stratégie détaillée_
🟠 Phase 1 : attribuer à chaque drone sa trajectoire et gérer les problématiques de collision au sein de la flotte.
On procède à un étalement des drones sur une plage d’altitudes suffisamment large afin qu’en vol aucune collision ne soit possible. Les drones seront espacés de 0,5m de hauteur les uns des autres. Ils voleront à une altitude avoisinant les 90m. Ce choix est stratégique puisque la surface recouverte par la vision du drone croît de manière quadratique au regard de l’altitude là où la probabilité d’obtenir de l’information décroît de manière linéaire.
Chaque drone se voit attribuer une trajectoire de recherche et peut passer en phase 2.
🟠 Phase 2 : rejoindre le plus rapidement possible sa trajectoire de recherche.
On intercepte, en prenant en compte la dérive de l’homme à la mer, la trajectoire de recherche le plus rapidement possible afin de commencer une recherche efficace au plus tôt.
🟠 Phase 3 : effectuer une recherche la plus efficace possible.
Une stratégie d’optimisation locale a été choisie. Elle est essentiellement basée sur la probabilité de présence de l’humain en tout point de l’espace. Ainsi, la mission de chaque drone est de maximiser le gain d’information qu’il fera à chaque tentative de détection. Cela permet de balayer l’espace de présence potentiel en un temps minimisé. On vient centrer cet espace autour de la position signalée et en prenant en compte la dérive afin d’avoir un repère de recherche « immobile ». Il sera intéressant d’enrichir notre algorithme avec des critères d’optimisation globaux afin d’éviter la non-exploration de zone de faible probabilité de présence que l’on constate en fin de simulation.
🟠 Phase 4 : transmettre au centre de contrôle l’information que l’humain a été retrouvé avec une incertitude inférieure à 40m.
Le premier drone qui a détecté l’humain à une hauteur de 90m prévient l’ensemble de la flotte et descend à une altitude inférieure à 69m afin d’avoir un rayon de détection inférieur à 40m. Il commence ensuite à effectuer une spirale dans la zone de détection initiale. Chaque drone qui parviendra à rejoindre cette zone suivra la même trajectoire avec un décalage de 36° afin de couvrir plus de surface en simultané. Le premier drone qui parviendra à nouveau à détecter l’humain va transmettre l’information au centre de contrôle et la marge d’erreur de 40m sera respectée.
7 développeurs OSE mobilisés
