Pszczoły pokażą dronom drogę do domu. Przełom może uderzyć w rolnictwo szklarniowe

Mały mózg pszczoły, wielka lekcja dla robotyki. Naukowcy z Niderlandów i Niemiec pokazali, iż drony nie muszą polegać na GPS, ciężkich komputerach i rozbudowanych mapach, aby wrócić do punktu startu. Wystarczy podpatrzeć naturę. A dokładniej: pszczoły miodne, które od milionów lat robią coś, z czym nowoczesna technologia przez cały czas ma problem – sprawnie orientują się w przestrzeni i potrafią wrócić do ula choćby po długiej wyprawie.

Pszczoły pokażą dronom drogę do domu. Przełom może uderzyć w rolnictwo szklarniowe

Nowa strategia nawigacji nosi nazwę Bee-Nav. Została opisana w czasopiśmie „Nature” przez zespół badaczy z Delft University of Technology, Wageningen University oraz Carl von Ossietzky University of Oldenburg. Naukowcy wskazują, iż ich metoda pozwala małym robotom latającym przemieszczać się daleko od „domu”, a następnie wracać, korzystając z bardzo ograniczonych zasobów obliczeniowych.

Dron jak pszczoła. Najpierw uczy się terenu, potem rusza w trasę

Pszczoły miodne nie startują w nieznane „na ślepo”. Gdy młody owad po raz pierwszy opuszcza ul, wykonuje krótkie loty uczące. Krąży w pobliżu gniazda, zapamiętuje wygląd otoczenia, punkty orientacyjne i układ przestrzeni. Dopiero później odlatuje dalej.

Ten sam schemat przeniesiono do świata dronów. Robot wykonuje najpierw krótki lot w pobliżu miejsca startu. W tym czasie rejestruje panoramiczne obrazy otoczenia. Na ich podstawie uczy się, jak wygląda „dom” i jego najbliższe sąsiedztwo. Potem może ruszyć dalej, a gdy przychodzi czas powrotu, korzysta z połączenia dwóch mechanizmów: odometrii, czyli szacowania przebytej drogi, oraz pamięci wzrokowej, która pomaga skorygować błędy i odnaleźć adekwatny kierunek.

To ważne, bo sama odometria z czasem się „rozjeżdża”. Każdy mały błąd pomiaru prędkości, kierunku czy dystansu może się kumulować. Pszczoły radzą sobie z tym dzięki zapamiętanym obrazom otoczenia. Bee-Nav robi podobnie.

Tylko 42 kilobajty pamięci. To mniej niż waży zwykłe zdjęcie w telefonie

Najbardziej zaskakujący element tej technologii to skala oszczędności. Według publikacji w „Nature” system może działać z bardzo małymi sieciami neuronowymi – w testach wykorzystywano m.in. rozwiązania o wielkości 3,4 kB i 42 kB. To przepaść w porównaniu z typowymi systemami nawigacji robotów, które wymagają większej mocy obliczeniowej, bardziej rozbudowanych map i cięższego sprzętu.

Dla rolnictwa i przemysłu to nie jest techniczna ciekawostka. To może być różnica między dronem drogim, ciężkim i energochłonnym a urządzeniem lekkim, tańszym i zdolnym do dłuższej pracy. W małych robotach każdy gram, każdy wat energii i każdy kilobajt pamięci mają znaczenie.

Bez GPS, bez wielkich map, bez drogiego komputera pokładowego

Bee-Nav może być szczególnie istotny tam, gdzie GPS działa słabo albo nie działa wcale. Dotyczy to szklarni, magazynów, hal produkcyjnych, tuneli, obiektów przemysłowych czy terenów z przeszkodami. W takich miejscach klasyczna nawigacja satelitarna bywa zawodna, a rozbudowane systemy mapowania są kosztowne i wymagają mocnego sprzętu.

Nowe rozwiązanie opiera się na prostszej zasadzie: dron uczy się najbliższego otoczenia punktu startu, a później wykorzystuje ten zapis do powrotu. choćby gdy miejsce lądowania nie jest bezpośrednio widoczne, robot może korygować trasę na podstawie zapamiętanych obrazów.

W eksperymentach mały dron wracał do punktu startu w warunkach wewnętrznych i zewnętrznych. W publikacji podano, iż w lotach o długości 30–110 m robot wracał w pobliże domu w 100 proc. prób, a przy dłuższych lotach 200–600 m w warunkach wietrznych skuteczność wyniosła 70 proc.

Szklarnie mogą być pierwszym poligonem. Drony do monitoringu roślin

Najbardziej oczywisty kierunek zastosowania to rolnictwo szklarniowe. Lekkie drony mogłyby przemieszczać się między rzędami roślin, monitorować kondycję upraw, wykrywać pierwsze objawy chorób, presję szkodników, niedobory wody czy problemy z nawożeniem.

W praktyce oznaczałoby to szybszą reakcję producenta. Zamiast czekać, aż problem będzie widoczny gołym okiem na większej powierzchni, dron mógłby regularnie kontrolować rośliny i wskazywać miejsca wymagające uwagi. Przy uprawach pod osłonami, gdzie liczy się precyzja i szybka decyzja, takie rozwiązanie może mieć realną wartość.

Ważny jest też aspekt bezpieczeństwa. Małe, lekkie urządzenia są łatwiejsze do wykorzystania w przestrzeniach, gdzie pracują ludzie. o ile nawigacja będzie tania i energooszczędna, takie drony mogą stać się bardziej dostępne również dla mniejszych gospodarstw specjalistycznych.

Nie tylko rolnictwo. Magazyny i przemysł też patrzą na pszczoły

Bee-Nav nie kończy się na szklarni. Technologia może znaleźć zastosowanie w magazynach, centrach logistycznych, halach produkcyjnych i przy inspekcji infrastruktury. Dron, który potrafi wrócić do stacji dokującej bez GPS i bez skomplikowanej mapy, może kontrolować regały, instalacje, przewody, dachy, linie technologiczne czy trudno dostępne elementy konstrukcji.

To szczególnie ważne w miejscach, gdzie liczy się powtarzalność pracy. Dron wylatuje ze stacji, wykonuje zadanie, wraca, ładuje baterię i ponownie rusza do kontroli. Im mniej kosztownych komponentów wymaga taki system, tym większa szansa na jego masowe wykorzystanie.

Przełom jest realny, ale nie bez ograniczeń

Naukowcy nie ukrywają, iż Bee-Nav nie pozostało gotową odpowiedzią na wszystkie problemy autonomicznych dronów. Największym wyzwaniem pozostają trudne warunki zewnętrzne. Silny wiatr może zmuszać drona do przechylania się, a to utrudnia analizę obrazów otoczenia. Właśnie dlatego skuteczność w długich lotach na otwartej przestrzeni była niższa niż w krótszych testach.

To jednak nie przekreśla znaczenia odkrycia. Wręcz przeciwnie – pokazuje, iż naukowcy są coraz bliżej stworzenia prostych, lekkich i tanich systemów nawigacji, które nie będą wymagały ogromnej mocy obliczeniowej.

Rolnictwo dostaje sygnał: przyszłość autonomii może być mała, tania i inspirowana naturą

Największa siła Bee-Nav polega na tym, iż nie próbuje budować „mózgu drona” na wzór potężnego komputera. Idzie inną drogą: kopiuje rozwiązanie, które natura dopracowała u pszczół. Mały organizm, ograniczona pamięć, niewielkie zasoby – a mimo to skuteczna orientacja w terenie.

Dla rolnictwa to bardzo istotny kierunek. Przyszłość technologii na polu i w szklarni nie musi oznaczać wyłącznie wielkich maszyn, drogich czujników i skomplikowanych platform. Coraz większe znaczenie mogą mieć małe autonomiczne urządzenia, które wykonują konkretne zadania: obserwują, mierzą, ostrzegają i wracają do bazy.

Jeżeli Bee-Nav przejdzie kolejne etapy rozwoju, pszczoły mogą stać się nie tylko symbolem zapylania i bioróżnorodności, ale także nauczycielkami nowej generacji dronów. A to może zmienić sposób, w jaki rolnictwo monitoruje uprawy, reaguje na zagrożenia i zarządza produkcją.