Simulazione della fase di inseguimento. Credito:Brust et al.
Un team di ricercatori dell'Università del Lussemburgo ha sviluppato un nuovo sistema di difesa fattibile ed efficiente per veicoli aerei senza equipaggio (UAV). Il loro sistema, delineato in un documento pre-pubblicato su arXiv, consiste in uno sciame di difesa UAV che può auto-organizzare la sua formazione di difesa quando rileva un intruso, inseguendo l'UAV dannoso come uno sciame in rete.
Recentemente, una serie di rinomate aziende, compreso Amazon, Alibaba e Domino, hanno testato l'uso di UAV, comunemente noti come droni, per consegnare pacchi o cibo a persone in tutto il mondo. Diversi pianificatori urbani hanno ora iniziato a considerare i droni nei loro progetti per le città intelligenti, ad esempio incorporando le cosiddette zone di volo UAV e autostrade UAV.
Però, l'adozione diffusa di droni pone una serie di rischi per la sicurezza. Le loro dinamiche comportamentali e di mobilità dovrebbero quindi essere adeguatamente monitorate, al fine di rilevare e rispondere prontamente agli intrusi, droni canaglia, e UAV dannosi.
"Nei prossimi anni, migliaia di droni voleranno nei cieli per soddisfare tutti i tipi di servizi come la consegna di cibo e pacchi, sorveglianza e manutenzione, "Mattia Brust, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Tech Xplore. "Ora, molte città stanno lavorando per stabilire zone di volo dei droni designate. Però, lo spiegamento di un gran numero di droni comporta rischi e problemi di sicurezza, in particolare a causa della velocità, flessibilità e autonomia dei droni. La nostra ricerca si concentra sulla questione di come un sistema di difesa dei droni può agire in modo rapido e autonomo contro i droni rudi o dannosi che entrano nella zona di volo, e prendere le contromisure appropriate".
Simulazione della fase di formazione. Credito:Brust et al.
Per affrontare i problemi di sicurezza associati agli UAV, Brust e i suoi colleghi hanno sviluppato un nuovo sistema di difesa in grado di intercettare e scortare droni dannosi o disonesti al di fuori della zona di volo. Il loro sistema è composto da uno sciame di UAV in grado di organizzare automaticamente la sua formazione di difesa quando rileva un intruso, inseguendolo e neutralizzando la minaccia.
"Abbiamo sviluppato un algoritmo modulare e locale, che gira su ciascun drone per consentirgli di prendere la decisione giusta in modo autonomo in base allo stato dei droni vicini, formando un cosiddetto "sciame intelligente" di droni, " ha spiegato Brust. "Dopo il dispiegamento iniziale e il rilevamento di un intruso, i droni di difesa formano una rete auto-organizzata e intercettano l'intruso isolandolo attraverso un algoritmo di incapsulamento locale dal suo ambiente per scortarlo fuori dalla zona di volo."
I ricercatori hanno sviluppato un nuovo processo di clustering autobilanciato, che assicura che lo sciame UAV si organizzi in una formazione efficace per intercettare e catturare droni canaglia. Una volta catturato, lo sciame può quindi scortare in sicurezza il veicolo dannoso fuori dalla zona di volo.
"Il compito più impegnativo è stato quello di sviluppare un algoritmo locale che non richieda un consenso a livello di sistema per funzionare, " ha detto Brust. "Inoltre, dovevamo fare in modo che ogni drone fosse in grado di passare alla fase corretta delle manovre difensive nel momento giusto. Abbiamo affrontato questo problema con un design modulare che crea strutture di intercettazione bilanciate a livello di sciame per la cattura e la formazione di scorta".
Simulazione della fase di scorta. Credito:Brust et al.
I ricercatori hanno adottato un approccio completamente localizzato, utilizzando un design modulare che consiste in cinque fasi:distribuzione, raggruppamento, formazione, caccia, e scorta. I test che utilizzano un prototipo di simulatore UAV hanno rivelato che il sistema è fattibile, resiliente contro le perdite di comunicazione, e si comporta costantemente bene.
"In contrasto con gli approcci centralizzati, gli approcci locali sono particolarmente interessanti per le applicazioni pratiche, " ha detto Brust. "L'approccio proposto è anche altamente scalabile, il che lo rende un candidato molto interessante per un'ampia varietà di applicazioni."
In futuro, l'innovativo sistema di difesa ideato da Brust e dai suoi colleghi potrebbe aiutare a migliorare la sicurezza degli UAV man mano che raggiungono un'adozione diffusa. Dopo aver completato con successo le valutazioni e le simulazioni iniziali, i ricercatori stanno per testare il loro sistema di difesa nel mondo reale.
"Dopo lo sviluppo algoritmico e lo studio di validazione, ora stiamo implementando il sistema di difesa dei droni su droni reali per i test sul campo, " ha detto Brust.
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