Smarte fly redder liv

Forskere ved NTNU jobber med å gjøre ubemannede fly enda bedre og så billige som mulig. Operasjoner og ekspedisjoner med skip, helikopter og spesialpersonell er ressurskrevende, koster mye og er ofte farlige. Ubemannede fly gjør jobben og er billige.

Et ubemannet fly, «Unmanned Aerial Vehicle» (UAV), er intelligent og navigerer og flyr selv. Flyet har en eller flere operatører på bakken, eller på skipet som følger med. I militæret kalles UAV for drone.

Spesielle sikkerhetstiltak

Forskerne testet et ubemannet fly av typen Penguin B på Ørlandet. Flyet flyr over lang distanse – såkalt BLOS, «beyond line of sight» – og går flere titalls kilometer utover sjøen.

– Vi tester ny antenne og kommunikasjonsteknologi for overføring av videobilder med høy datarate over lang avstand. Dette gjør vi i samarbeid med Trondheimsfirmaet Radionor Communications. Videre samler vi forskere fra NTNU inn egne data, og vi har forskningsprosjekter knyttet til havbruksnæringen som også er aktuelt å samle inn data til.

Det sier professor Tor Arne Johansen ved Institutt for kybernetikk og AMOS, Senter for autonome marine operasjoner og systemer, der han leder to forskningsprosjekter: Ubemannede farkoster og grønnere drift av skip og offshore.

– Vi iverksetter spesielle sikkerhetstiltak når vi tester et ubemannet fly. Flyvningen foregår også innenfor kontrollert luftrom. Det er for å sikre at flyene ikke kolliderer med annen flytrafikk og for at vi ikke skal miste kontroll over flyet hvis radiosambandet eller navigasjonsutstyret i flyet svikter, forklarer Johansen.

Unngår kollisjon med hvaler

– Hvis maskiner kan innhente informasjon like bra som mennesker, kan alle bransjer bruke ubemannende fly, sier Lorenzo Fusini som er stipendiat ved Institutt for teknisk kybernetikk og AMOS. Fusini er fra Italia, har vært i Norge snart et år, og snakker allerede nesten flytende norsk.

Ordet kybernetikk kommer fra kybernetes (gr.) som betyr styrmann eller rormann, «den som styrer». Kybernetikere forsker på ubemannet, automatisk og intelligent styring av fly, kjøretøyer, roboter over og under vann, industrielle prosesser og styrbare systemer innenfor medisin som proteser.

– Ubemannede fly brukes i dag for å utforske vanskelige strøk i Arktis. Et ubemannet fly kan sjekke hvor mye is det er og hva slags type is der et skip planlegger å kjøre. Vi har også som mål at flyene skal brukes til miljøovervåking av dyr, natur og temperaturer, kartlegge katastrofer på havet og lete opp mennesker og materiell i redningsoperasjoner.

– Et ubemannet fly kan for eksempel overvåke hvaler i leia de svømmer for å se hvordan hvalene beveger seg. Informasjonen sendes til skip slik at de kan styre utenom leia og unngå farlige kollisjoner med hvalene, forklarer Fusini.

Kamera, sensorer og GPS styrer flyet

Et ubemannet fly navigerer selv uten noen form for fjernstyring. Flyet bestemmer egen posisjon, kurs og tilbakelagt distanse – det vil si hvor flyet er og hvordan flyet beveger seg.

Kamera, sensorer og GPS utgjør flyets navigasjonssystem. Lorenzo Fusini må prøve ut mange kombinasjoner av sensorer for å finne hvilken kombinasjon av sensorer som er optimal for flyets navigasjon.

Vanskelig vær, tekniske komplikasjoner og andre ting kan oppstå når flyet er på vingene. Fusini må derfor også bygge inn mange mulige situasjoner i algoritmene for flyets program. Algoritmene håndterer flyets kamera og sensorer, og bestemmer at når kamera og sensorer ser det og det, skal det og det skje med flyet.

Kart og terreng skal stemme

Kameraet kan filme 360° og gir informasjon om avstander, høyde og hastighet. Kameraet leter fortløpende etter gjenkjennbare objekter på bakken eller havet og bruker informasjonen til å justere kursen hvis flyet er ute av sin opprinnelige kurs. Objekter kan bety alt fra by, bygninger, fjell, knauser, trær, skip og endatil bølgetopper.

Før avgang har flyet dessuten fått programmert inn kart over området det skal fly i, for eksempel kartet «rundt Trondheim». Flyet sammenligner kartet med bildene som kameraet tar, og justerer kursen om nødvendig.

Men kart bruker mye minne, og tunge beregninger og grafikk er komplisert og bruker mye energi. Dette er også ting Lorenzo Fusini må ta med i beregningen.

Operatøren på bakken følger med

Viktig for dagens forskning på ubemannede fly er å gjøre flyene så robuste som mulig. Det gjør flyene mindre sårbare for feil og reduserer behovet for at operatøren på bakken eller skipet må gripe inn i programmet når flyet er på vingene.

– Operatøren kan for eksempel se at objekter beveger seg sakte i kameraet. Det betyr at flyet går høyt. Beveger objektet seg fort i kameraet, går flyet lavt. Om nødvendig kan operatøren legge ny informasjon i flyets programvare. Da forstår flyet hvilken kurs det nå må gå, sier Lorenzo Fusini.– Selv om et ubemannet fly navigerer og styrer selv, er operatøren ansvarlig og skal også kunne overstyre automatikken i flyet og foreta nødprosedyrer hvis det oppstår feil i navigasjonssystemet og ellers. Det er viktig for sikkerheten. I Luftfartsverkets regelverk heter det derfor fjernstyrte fly («remotely piloted aircraft systems») og ikke ubemannede fly («unmanned aerial vehicles»), avslutter Tor Arne Johansen.