SwRI、原子力発電所でドローンの自律性実証に成功
南西研究所（SwRI）は、事前の環境情報がなくても完全に自律して動作できる、自己位置推定と地図作成（SLAM）システムを搭載したドローンを開発しました。
SwRIは、欧州のロボット工学ハッカソン「EnRicH 2021」で自律ドローンの性能を検証しました。ハッカソンでは、ドローンがオーストリアのツヴェンテンドルフ原子力発電所に侵入し、人間のパイロットの助けを借りずに放射線源を発見するよう求められました。
チームは、未知の環境を探査し地図化するために、新しいアルゴリズムとコンピュータービジョンを用いたドローンを開発しました。ドローンにはLiDARセンサー、飛行時間（TOF）カメラ、放射線検出器が搭載されています。試験では、チームはドローン上のプロセッサーと地上のプロセッサーを使い、SLAM、探査、意思決定、自動操縦、コンピュータービジョン解析、センシングなどのタスクを実行しました。
「私たちは、人間のオペレーターの助けなしに新しい空間をマッピングし移動できる研究用ドローンを披露しました。厳しい条件下でも良好な結果を示しました。この研究用ドローンは、洞窟のような自然環境と人工環境の両方で実績を上げました」
SwRIの無人航空機は、課題の中で異なる場所に隠された放射性同位元素であるコバルト60の線源を2つ、無事に発見することができました。参加者には、対象物や偵察上の問題に関する事前情報は与えられていませんでした。審査委員会が設定した課題です。
ツヴェンテンドルフ原子力発電所はウィーンの北西約32kmに位置しています。完成したものの、一度も稼働しなかった世界で唯一の原子力発電所です。1978年に建設され燃料も装填されましたが、その後オーストリアは原子力エネルギーへの信頼を持たないと決定し、計画は中止されました。
「このドローンは、これまで未知だった環境で巧みに作業し、高い柔軟性を示しました。適応し、学習し、リアルタイムでタスクを遂行する能力を実証しました。これは時間が極めて重要な捜索救助や危険な状況において決定的に重要です」
領域をマッピングするためにロボットがその周りを移動する必要がある他の地図作成技術とは異なり、SwRIのドローンは、自律的に地形を探査しながら、内部構造や開けた空間の立体的な地形をリアルタイムで表示できます。
「現在のドローンや地上ロボットは、通常、人間のオペレーターに多くを求めます。私たちが示した自律性は、ロボットシステムが独立して行動し、自ら作業できるようにすることで、オペレーターの負担を大幅に軽減できます」
同氏によれば、エンジニアは、さまざまなセンサーやUAVプラットフォームと組み合わせて、重要な任務を遂行できる完全自律型のスタックを開発しました。
SwRIのドローンは、例えば危険な捜索救助活動の支援や、自然災害後の産業施設やインフラ設備の危険箇所の点検など、人間にとって危険な作業に使用できます。
アルゴリズムとシミュレーションツールを使い、この技術は内部構造や開けた空間の立体的な地形をリアルタイムで表示します。コンピュータービジョン・センサーのデータを統合し、新しい場所を探索しながら経路を作成します。また、畳み込みニューラルネットワーク（CNN）に基づき、人、車両、その他の物体を検出する知覚手法も利用できます。
EnRicH 2021の展示会で、SwRIはUAVマッピング部門の賞を受賞しました。SwRIは3つのイベントのうち2つ、探査と捜索救助に参加しました。このイベントの目的は、開発者が実環境で自社の技術を試せる機会を提供することです。
SwRIの自律スタックは、商用および軍用のコネクテッド・自律型地上車両から、自動化ドローン、インテリジェント農業機器に至るまで、あらゆる分野で使用されています。ROS（Robot Operating System）などのオープンソースツール、独自の機械学習アルゴリズム、人工知能を活用しています。
このような技術を開発しているのはSwRIだけではありません。2021年4月、Exyn Technologiesは自律性レベル4Aに到達したと発表しました。これは、複雑な空間を自由に飛行できることを意味します。このレベルでは、いつでもシステムを制御できる人間のオペレーターの存在は必要ありません。
Exynのドローンは、飛行経路を完全に決定しながら、複雑な空間を自由飛行で探査できるようになりました。その際、秒速2メートル以上の速度で移動できます。さらに、ドローン上で障害物回避と経路追跡が行われます。追加の計算リソースに接続する必要はありません。同時に、より高品質のデータを大量に取得できます。理想的な条件では、Exynのドローンは1回の飛行で1,600万立方メートルをカバーでき、これはサッカースタジアム9個分に相当します。
SwRIは、海洋の深部から深宇宙に至るまで、科学と工学の分野をリードしています。同社は、世界中の政府機関や商業顧客に利益をもたらす学際的な技術ソリューションを開発しています。
