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VIO: Un système de vol autonome

VIO: Un système de vol autonome

Dès l’aube de l’humanité, nous avons besoin de savoir où nous en sommes et comment nous rendre où nous voulons aller. Depuis les Phéniciens, il y a 3000 ans, les marins guidés par le soleil et les étoiles. Les corps célestes sont depuis lors la base de la navigation. Depuis son invention dans les années 1700, le sextant, un instrument permettant de naviguer en déterminant l’angle entre l’horizon et un corps céleste, a été transporté sur des navires, des jets à réaction (les premiers Boeing 747 avaient un port avec vue du sextant sur le toit du cockpit), et sur le vaisseau spatial Apollo. Aujourd’hui, des constellations de satellites de positionnement (GPS, GLONASS, Galileo) nous aident à trouver notre chemin. Il en va de même pour les drones, qui comptent sur des satellites tels que le GPS, un compas et un baromètre pour savoir où ils se trouvent.

Il existe aujourd’hui une nouvelle technologie intéressante pour la navigation par drones, orientée vers le sol et non vers le ciel: l’odométrie inertielle visuelle (VIO). C’est la première étape sur la route du vol autonome.

Les éléments constitutifs du système VIO sont une seule caméra ultra grand angle à 160 °, des capteurs de mouvement à inertie et de nombreux logiciels sophistiqués.

La caméra décrit les objets à l’échelle l’un par rapport à l’autre, mais pas à l’échelle absolue, telle que leur taille en mètres ou en pieds. Les capteurs inertiels mesurent l’échelle absolue, mais ils sont sujets à la dérive car de petites erreurs de positionnement au début du parcours s’amplifient avec le temps. Les algorithmes VIO les compensent, en utilisant l’échelle des capteurs à inertie et le positionnement de la caméra pour indiquer au drone où il se trouve par rapport à son environnement.

Le systeme VIO permet de survoler avec une très grande précision, à moins de 0,1 m (3,8 po), de maintenir sa position et de revenir à son point de vol stationnaire, même s’il a été retiré. La fonction de croisière mémoire utilise VIO pour stocker les coordonnées de son emplacement. Le drone peut reproduire les coordonnées pour répéter un vol. Il peut aussi les jouer en sens inverse, permettant au drone de rentrer chez lui, peu importe le vent ou l’étroitesse de la route. Memory Cruise peut enregistrer même lorsque les moteurs sont éteints, ce qui vous permet de tenir l’avion pendant que vous marchez avec lui afin de mémoriser une trajectoire de vol.

VIO vous donne le contrôle sans précédent de votre drone pour de nouveaux types de vols passionnants, une vidéo impressionnante à partir de points de vue incroyables et un plaisir incroyable.

Au-delà du simple plaisir, VIO offre un potentiel économique encore plus grand. Libérer les drones pour qu’ils puissent voler de façon autonome pourrait laisser des drones accomplir des tâches qu’ils ne pourraient pas faire lorsqu’ils sont guidés par des pilotes humains.

Aujourd’hui, un pilote contrôle un drone. La Federal Aviation Administration a prédit qu’il y aurait 7 millions de drones actifs dans les cieux d’ici 2020. Dans un avenir pas très lointain, les vols de drones pourraient atteindre un nombre beaucoup plus élevé. UPS et FedEx livrent à eux seuls environ 20 millions de colis par jour. Dans une seule grande ville, Tokyo, plus d’un million de personnes prennent un taxi chaque jour. Pour que les drones ne gèrent qu’une fraction de ce volume, la livraison de drones et les vols en taxi aérien devraient augmenter considérablement.

Si les vols de drones atteignent ces chiffres, il y aura beaucoup trop de vols à gérer pour les pilotes humains. Mais si les drones pouvaient voler eux-mêmes, c’est-à-dire qu’ils pouvaient voir un chemin sûr entre les bâtiments, des points d’atterrissage optimaux et comment naviguer sans GPS à l’intérieur des structures, ils n’auraient pas besoin d’être humains.

Voici comment fonctionne VIO

Les systèmes VIO utilisent une caméra pour prendre une image de ce qu’ils voient devant et au-dessous. Pour les images sélectionnées, le logiciel de traitement d’image crée un nuage de points (un ensemble de points de données dans l’espace) autour des bords de chaque forme significative du cadre, en indiquant son emplacement.

Dans le même temps, VIO utilise l’unité de mouvement inertiel du drone pour suivre son mouvement dans l’espace, par exemple vers le haut, le bas, l’arrière ou l’avant, la gauche ou la droite. Ces capteurs extrêmement sensibles savent exactement où le drone se situe par rapport à lui-même et son trajet d’une milliseconde à une milliseconde.

Le système VIO traite ensuite une autre image. Nous avons maintenant deux images, les objets de chaque image étant regroupés les uns par rapport aux autres, mais décalés vers la gauche ou la droite, de haut en bas, en raison de l’angle de prise de vue différent du drone.

Les algorithmes VIO utilisent le temps écoulé entre deux images, les différences de position du drone par rapport à lui-même et son déplacement, ainsi que les différences entre le déplacement du groupe d’objets dans les deux images, afin de déterminer la position du drone par rapport à sa environnement.

C’est un tas de calculs qui maintiennent remarquablement le drone dans sa trajectoire: moins de 5% de dérive sur une trajectoire de 300 m (984 ft). Un avion de ligne commercial fait bien mieux – 1 / 10ème de 1% sur 500 km – mais ses systèmes de navigation par inertie plus élaborés et beaucoup plus coûteux bénéficient d’un contrôle croisé avec le GPS.

Quel est l’avenir

Des données GPS se profilent à l’horizon pour VIO dans de petits drones, ainsi que la sensibilisation aux espaces aériens restreints tels que les zones d’exclusion aérienne et éventuellement l’intégration avec des bases de données de terrain et avec LAANC (un système permettant d’obtenir l’autorisation de voler à proximité d’aéroports).

Au fur et à mesure de l’évolution de VIO, attendez-vous à ce qu’il reconnaisse mieux les textures, ainsi que les mouvements fins des objets qu’il voit: élasticité, flux, modifications subtiles des formes et de la réflectivité (de la même manière que les Polynésiens utilisaient les courants marins pour naviguer en haute mer).

Avec la prévention des collisions (via VIO, LIDAR, sonar et / ou radar) et les données provenant de capteurs magnétiques et de radionavigation, il s’agit d’un formidable ensemble d’outils intelligents permettant aux drones de voler de leur propre initiative, que ce soit pour livrer un colis, sauver une vie , inspecter un pont ou un nombre quelconque de tâches.