Robot "hunder" for å holde USAF rullebaner fri for farlig rusk

En robot beskrevet som "Roomba for rullebaner" under utvikling for US Air Force kan bidra til å forhindre at fremmedlegemer skader fly.

Foreign Object Debris eller FOD – alt som ikke er ment å være på asfalten – forårsaker anslagsvis 4 milliarder dollar i tap hvert år for luftfartsindustrien. FOD-skader kan være katastrofale, og forårsake krasj av Air France Flight 4590 Concorde umiddelbart etter avgang, og drepte alle 109 personer om bord i 2000.

FAA-forskrifter krever at flyplasser utfører regelmessige FOD-inspeksjoner. I militæret ser rullebaner og flydekk hyppige FOD-walkdowns med tilgjengelig personell kalt ut for å gå ned flylinjen og se etter potensielt farlige gjenstander.

Faren er todelt. Eventuelle rusk kan punktere et dekk eller bli svelget inn i en motor, og kan også være viktig bevis på andre problemer. Hvis et fly mangler en mutter, bolt, feste eller annen komponent, kan det forårsake mer alvorlige problemer.

Mange flyplasser har sofistikerte radarsystemer for å oppdage FOD, men disse er kostbare og gir ikke nødvendigvis full dekning. Så walkdowns og drive downs er fortsatt en hverdagsrealitet.

Ny teknologi som utvikles for Luftforsvaret har som mål å endre det.

En firehjulsrobot kjent som en FOD Dog som utvikles under en kontrakt med det amerikanske luftvåpenet som ble signert denne måneden. Siemens Government Technologies-divisjonen er hovedentreprenører, med underleverandører TurbineOne som jobber i persepsjonssystemet. Kontrakten er for ett år, med et fullt fungerende prototypesystem som skal demonstreres innen neste januar.

Roboten i seg selv er et grunnleggende robust chassis, med en elektrisk motor, og den skanner rullebaner for fremmedlegemer ved hjelp av hyllevare lasersensorer. Disse merker profilen til jordstrimler, og oppdager alt som stikker ut fra overflaten. Fordelen med skanneren fremfor et kamera er at den er enklere og fungerer like bra under forhold med dårlig sikt som ved regn.

Den virkelige magien er imidlertid teknologien som gir mening med skannerdata for å oppdage og identifisere FOD. TurbineOne administrerende direktør Ian Kalin – som deltok i FOD walkdowns mens han tjenestegjorde i den amerikanske marinen – sier at det er tre muliggjørende teknologier bak.

"For det første er det grafiske prosessorenheter (GPUer) fra selskaper som NVIDIA
NVDA
. Disse små, robuste brettene er den nye industristandarden for videobehandling, sa Kalin til Forbes. Dette er enhetene som driver fremgang innen små droner og annen mobil robotikk.

"For det andre har maskinlæringsmodeller gått gjennom bølger av 'miniatyrisering', som i bunn og grunn betyr at kode som pleide å kreve store dataressurser og mange gigabyte nå kan operere med bare megabyte verdt plass," sier Kalin.

Dette betyr at den nyeste smarte maskinlæringsprogramvaren kan kjøres på små kantdataenheter i stedet for rack med servere som tidligere maskinlæringsprosjekter.

FOD Dogs starter med en katalog over forskjellige objekter, men er i stand til å lære nye. De kan til og med dele informasjon mellom pakkemedlemmer, slik at de stadig blir bedre til å identifisere spesifikke typer FOD på et bestemt nettsted. Dette kan være viktig når et nettsted får en bestemt type fremmedlegeme, for eksempel blader.

"Endelig har TurbineOne oppfunnet et frontlinjeoppfattelsessystem, som fungerer som operativsystemet for å gjøre alle disse deteksjonene mulige uten internettforbindelse," sier Kalin.

Dette gjør at flokken med hunder kan jobbe på steder der det kanskje ikke er noen tilkobling til internett, for eksempel militære sider eller hangarskip.

FOD walkdowns utføres vanligvis om natten etter at flyoperasjoner opphører eller tidlig om morgenen. Hver av robotene kobles automatisk til sin ladestasjon ("hundehus"), omtrent som en rengjøringsromba i hjemmet, og hundene vil utføre et sveip sammen for å gi fullstendig dekning. Én menneskelig operatør kan administrere en hel pakke.

Enhver FOD som finnes flagges automatisk. Robotene kan enten sende de nøyaktige koordinatene til operatøren – innebygd forbedret GPS betyr at de finner den innen noen få centimeter – eller en robot kan fysisk føre operatøren til FOD som en jakthund.

Kalin sier at fjerning av rusk ikke er et krav for den første kontrakten, men de har det på veikartet. Deres sannsynlige løsning vil innebære å utstyre noen kjøretøy med en hyllevare robotarm og håndteringsprogramvare. Dette vil gjøre robotene til en komplett løsning for ryddebane.

TurbineOne ser mange flere bruksområder for denne teknologien utover FOD-deteksjon. Droner brukes allerede til industriell inspeksjon, men har begrenset flytid og kan ikke fly i dårlig vær. Bakkeroboter har lengre utholdenhet, kan ignorere været og bærer en tyngre nyttelast av varierte sensorer. TurbineOne annonserte nylig 3 millioner dollar i startfinansiering fra XYZ Venture Capital for å utvide ingeniørteamet deres og akselerere produktlevering.

Roboter utstyrt med persepsjonssystemer kan utføre mange inspeksjonsoppgaver – starter, kanskje med flyinspeksjon, som ligner på en dronebasert løsning som rulles ut i Korea, men strekker seg til fabrikker, byggeplasser og andre applikasjoner. (Kanskje robotinspeksjonsrobot kan ha forhindret den nylige F-35-ulykken, tilsynelatende forårsaket av et regntrekk som ble liggende på en motor).

Kombinasjonen av en rimelig, robust robotplattform og smart sensing har et stort potensial, og FOD Dog kan være forløperen til mange raser av hjelpsomme roboter som jobber på en rekke felt.