Drone Swarms: comment ils fonctionnent réellement et quelles industries devraient se soucier

Les essaims de drones promettent une flexibilité et des informations en temps réel en agriculture. Source: Adobe Stock, Généré AI

Dans les bons cas, les essaims de drones peuvent réduire les coûts d’exploitation jusqu’à 30% au fil du temps. La majeure partie de cela provient de la baisse des coûts de main-d’œuvre, qui peuvent représenter jusqu’à 70% des dépenses totales d’utilisation des drones.

Ces chiffres sont plus que de simples points de données – ce sont ce qui m’a d’abord attiré sur le terrain. Drone Swarm Technology a d’abord attiré mon attention en 2015, marquant le début de sa transition du concept à l’application.

Depuis lors, j’ai suivi de près son évolution et je vois maintenant un cas fort pour intégrer des essaims de drones dans mon projet actuel. Ma perspective sur les essaims de drones provient d’une solide base technique (baccalauréat et maîtrise en physique appliquée et mathématiques). J’ai également plus d’une décennie d’expérience pratique avec des drones et un bilan commercial solide en tant qu’ancien chef de l’exploitation d’Aeroxo, plus plus de 10 ans dans l’entreprise en tant qu’expert technologique.

Voyons ce que sont vraiment les essaims de drones et comment ils fonctionnent, car le terme est souvent mal utilisé pour une technologie plus simple. De nombreux observateurs appellent un groupe de drones un essaim. Par exemple, ils peuvent décrire des émissions de ciel et étiqueter certains cas d’utilisation de la sécurité comme des essaims. Mais ceux-ci diffèrent considérablement des véritables essaims car ils comptent sur un contrôle centralisé, suivent les tâches prédéfinies sans coordination de soi ni communication entre pairs et fonctionnent sous surveillance humaine.

Je vais également examiner les cas d’utilisation clés qui pourraient émerger au cours des cinq prochaines années.

Qu’est-ce qu’un essaim de drone?

Un essaim de drone est un groupe de véhicules aériens non mélangés (drones) équipés d’un système qui leur permet d’agir comme des essaims naturels de fourmis, d’abeilles ou d’oiseaux. La comparaison est importante car c’est le naturel essaim Des traits qui rendent cette technologie si puissante:

• Prise de décision décentralisée: chaque drone prend ses propres décisions sur la base des règles programmées, des conditions locales et du comportement des autres drones. Il n’y a pas de hiérarchie.
• Les drones synchronisent leur comportement les uns avec les autres et s’ajustent en temps réel en fonction de la position, du mouvement ou du statut des drones à proximité.
• Chaque drone a les mêmes capacités.
• Chaque drone aborde une tâche de la même manière que le reste du groupe. Il n’y a pas de comportement contradictoire et ils n’ont pas besoin de communiquer pour les coordonnées. Ils savent simplement que les autres ont fait le même choix.

Grâce aux caractéristiques, la technologie est très évolutive. L’efficacité restera la même que vous ajoutez plus d’UAV. Les essaims de drones peuvent scanner rapidement des zones énormes avec un minimum d’implication humaine, fonctionner dans des environnements complexes ou dangereux et s’adapter instantanément aux changements.

Comment fonctionnent les essaims de drones dans la pratique

Voici comment les essaims de drones autonomes fonctionnent dans le monde réel agricole paramètres. Le système repose sur la coordination intelligente, les données en temps réel et la prise de décision basée sur les tâches sur plusieurs unités.

1. Les drones sont livrés avec un ordinateur embarqué pour la coordination de l’essaim et les outils de transport spécifiques aux tâches agricoles, telles qu’une caméra multispectrale, un réservoir et un distributeur d’engrais et un GPS + RTK (cinématique en temps réel).
2. Un humain définit la tâche. Par exemple, il pourrait être d’appliquer des engrais uniquement sur les zones qui en ont besoin, en fonction du type de sol, de l’humidité et des niveaux de nutriments. Cela permet d’économiser les coûts et empêche les dommages de la sur-ferliance ou de la sous-langue.
3. Un drone détecte une tache avec de faibles niveaux de phosphore en utilisant l’indice de végétation de différence normalisée (NDVI).
4. Si ce drone a suffisamment de phosphore et est le plus proche de la place, il applique l’engrais. Si un autre drone avec le même engrais est plus proche, il prend le dessus.
5. Ce processus se poursuit dans l’ensemble de la zone attribuée.

Quels sont les meilleurs cas d’utilisation réalistes pour les essaims de drones?

Ce sont des cas d’utilisation où la technologie des essaims de drones pourrait être mise en œuvre au cours des cinq prochaines années et offrir un impact élevé et des économies de coûts importantes.

Agriculture

Dans l’agriculture, les essaims de drones peuvent couvrir le sol plus rapidement et plus efficacement que les drones uniques. Par rapport aux systèmes habités ou aux satellites, les essaims de drones offrent des informations en temps réel, une résolution au niveau du terrain, une plus grande flexibilité et une automatisation.

J’ai expliqué dans la section ci-dessus comment ils peuvent fonctionner: en permettant une surveillance simultanée, une analyse des terres et des plantes et une pulvérisation des cultures.

Les autres tâches que les essaims de drones peuvent optimiser comprennent:

• Semis coordonné
• Imagerie multi-angle pour la reconstruction du champ 3D
• Détection précoce de la maladie ou du stress de la sécheresse

Le principal défi dans l’application de cette technologie à l’agriculture est le coût. Dans certains États américains, par exemple, vous pouvez louer un avion agricole avec un pilote pour 150 $ de l’heure. C’est tellement bon marché que les drones ne peuvent tout simplement pas rivaliser, du moins pas encore.

Nous avons besoin de temps pour que la technologie rattrape son retard. Les drones s’améliorent et sont moins chers. Les batteries deviennent plus abordables. Mais les progrès sont incrémentiaux, pas basés sur la percée. Il y a dix ans, une caméra multispectrale pour l’analyse NDVI a coûté 6 000 $ ou plus. Aujourd’hui, des caméras similaires peuvent aller aussi peu que 500 $. C’est juste une question de temps.

Le Institut Wyss à Harvard Développe des robots volants autonomes appelés Robobesinspiré par le comportement de l’essaim des insectes. Chaque unité est conçu Pour collecter les données environnementales et coordonner avec d’autres pour surveiller les cultures et identifier les zones de problème en temps réel.

La plate-forme est toujours en stades de laboratoire et limitée par la capacité de charge utile et le temps de vol, mais il montre la viabilité de la coordination décentralisée dans des environnements de champ complexes.

https://www.youtube.com/watch?v=ju4dhhms_mw

Déminage humanitaire

La principale raison des coûts élevés de l’humanitaire démantement Le processus est les multiples fausses alarmes traitées comme des menaces réelles. Une équipe efface généralement plus de 50 mines suspectées avant de trouver une mine terrestre.

Les essaims de drones pourraient pousser le démence humanitaire vers une norme de tolérance zéro, avec une précision de détection jusqu’à 98% et un temps de recherche considérablement réduit.

Voici comment les essaims de drones peuvent fonctionner dans la déminage humanitaire:

• Chaque drone a un radar qui fonctionne dans différentes bandes d’onde, par exemple, la bande L et la bande X.
• La bande L a une longueur d’onde plus longue et peut pénétrer légèrement sous le sol. Il est utilisé pour une détection plus large du sous-sol.
• La bande X a une longueur d’onde plus courte, qui ne pénètre pas bien le sol ou le feuillage, mais offre une résolution beaucoup plus élevée.
• Les drones scannent de manière autonome une zone dangereuse suspectée (SHA) pour identifier les taches susceptibles de contenir des mines. Pendant le vol, l’IA embarquée détecte les anomalies en temps réel. Les drones choisissent la bande d’ondes basée sur le sol, le type de restes explosifs de la guerre (ERW) utilisés pendant le conflit dans ces zones, la saison, la végétation et les précipitations.
• Lorsqu’un drone repère une anomalie, les drones à proximité se déplacent automatiquement vers le même endroit pour le annuler sous différents angles et avec différentes bandes radar.
• Les données collectées sont envoyées à un grand modèle d’IA pour une analyse plus approfondie et une cartographie précise des zones contaminées.

Pour réaliser des essaims de drones dans la déminage humanitaire, nous avons besoin de temps pour que trois technologies se développent:

1. Puissance de traitement Pour traiter les données radar à bord en ligne pour détecter les anomalies en temps réel. Actuellement, les drones ne peuvent collecter les données que pendant le vol, que nous analysons plus tard sur le terrain. Nous avons également besoin d’une puissance de traitement plus avancée pour prendre en charge la synchronisation des essaims du drone. Chaque drone doit connaître sa position exacte, envoyer et recevoir des signaux radar en même temps et coordonner les analyses sans interférence, tout en produisant un ensemble de données cohérent. Les puces actuelles ne sont pas encore assez puissantes pour cette complexité, mais je m’attends fortement à ce que le matériel approprié soit disponible d’ici 2027.
2. GPS et odométrie visuelle Besoin d’un développement ultérieur pour améliorer la précision du positionnement par rapport au sol et aux objets à proximité. Ces systèmes existent, mais leur précision ne fait toujours pas partie de la coordination de l’essaim de drones dans les opérations de déminage.
3. Conception de l’antenne Pour prendre en charge le balayage du radar multibande, les drones ont besoin d’antennes compactes légères et compactes. Contrairement aux deux premiers défis, qui nécessitent une recherche et un développement en cours, celui-ci est principalement un problème d’ingénierie qui peut être résolu avec la technologie existante.

La recherche est déjà en cours dans ce domaine. Le département de génie mécanique et aérospatial de l’Université de Sapienza est Test des essaims de drones Équipé d’un radar pénétrant au sol pour scanner le terrain de manière structurée. Pour l’instant, c’est usages Un seul type de bande d’onde, il peut avoir testé différentes longueurs d’onde.

Le Danemark, Dopla, fait partie des développeurs de drones pour déminage. Source: dropla

Logistique

Logistique est un ajustement naturel pour les essaims de drones car c’est un problème distribué – plusieurs pièces mobiles, emplacements et décisions. Les essaims de drones transforment cela en un système autonome qui est plus rapide, moins cher et plus résilient que les modèles centralisés ou à drône unique.

Un réseau de drones autonomes peut décider quel système Fournit le package en fonction de l’emplacement, de la batterie restante, du poids du package et de la distance de destination.

Outre le coût de la technologie – car la livraison traditionnelle est encore beaucoup moins chère – le principal obstacle à la réalisation des essaims de drones dans la logistique est la réglementation. Si quelque chose tombe et blesse un passant, les autorités sont les premières à être interrogées. C’est pourquoi ils ont besoin de dizaines de milliers de tests du monde réel pour Confirmer la sécuritéet pourquoi de nombreuses procédures et règles doivent être créées et affinées. Par exemple, comment les drones communiquent avec les avions pilotés et les certifications dont les pilotes de drones ont besoin.

Les principes d’essaims sont déjà testés en milieu commercial. Zenadronepar exemple, développe des flottes de drones autonomes pour intérieur inventaire gestion. Les drones de l’entreprise fonctionnent dans des modèles synchronisés pour scanner les étagères, suivre les pièces et optimiser le stockage en temps réel.

Ces systèmes sont actuellement limités à des environnements contrôlés et reposent sur des marqueurs visuels ou une cartographie basée sur le LiDAR pour la navigation. Cependant, ils offrent une démonstration de travail de la façon dont les essaims de drones peuvent apporter des renseignements distribués aux opérations de la chaîne d’approvisionnement.

https://www.youtube.com/watch?v=vj35jaowx_4

Les essaims de drones prouvent leur valeur

Dans l’ensemble de l’agriculture, de la déminage et de la logistique, la technologie des essaims s’avère la plus précieuse où l’échelle, l’autonomie et l’adaptabilité sont importantes. Dans chaque cas, plusieurs agents travaillant ensemble surpassent les systèmes à un seul drone en vitesse, en précision et en efficacité.

La barrière technique clé aujourd’hui est la puissance de traitement intégrée – les drones doivent analyser les données et se coordonner en temps réel sans contrôle externe. C’est le bon moment pour se concentrer sur cet espace, car Swarm Tech passe de possible à pratique.

À propos de l’auteur

Vladimir Spinko est le fondateur de Aery Bizkaiaune startup de technologie profonde basée en Espagne développant des systèmes radar CSAR (recherche et sauvetage et sauvetage de combat) pour la détection autonome de mines terrestres. Un diplômé de Mipt et ancien COO chez Aeroxo, il combine la physique avancée, l’innovation aérospatiale et l’impact humanitaire pour redéfinir la sécurité post-conflit.