VTT:n ja New Yorkin yliopiston teknillisen korkeakoulun Tandonin (NYU Tandon) yhteinen AERIAL-tutkimushanke rikkoo drooniteknologian rajoja parantaakseen kaupunkien turvallisuutta ja hätätilanteisiin reagointia. Uudenlainen kanavamittausjärjestemä mahdollistaa reaaliaikaisen, korkean tiedonsiirtonopeuden viestinnän kehittämisen droonien ja maarobottien välillä. Näin voidaan auttaa ensihoitoa, pelastuslaitosta ja poliisia säästämään ihmishenkiä.
Joulukuussa päättyvä kolmivuotinen AERIAL-tutkimushanke keskittyy miehittämättömien ilma-alusten ja maayksiköiden, kuten autojen ja robottien, väliseen langattomaan tiedonsiirtoon millimetriaaltotaajuuksilla. Hankkeen tärkein saavutus on millimetriaalloilla toimivan kanavamittausjärjestelmän pystyttäminen ja hyödyntäminen miehittämättömissä ilma-aluksissa. Lisäksi hankkeessa on kehitetty tärkeitä kanavamalleja, jotka toimivat kaikkien langattomien järjestelmien suunnittelun perustana.
“Drooniviestinnän kehityksessä on ratkaistava useita teknisiä haasteita esimerkiksi signaalin etenemiseen ja järjestelmän tilavuuteen liittyen”, sanoo NYU Tandonin sähkö- ja tietotekniikan professori Sundeep Rangan, joka on myös NYU WIRELESS -tutkimuskeskuksen apulaisjohtaja.
“Tutkimalla radiosignaalien käyttäytymistä kaupunkiympäristössä voimme kehittää droonien ja hälytysajoneuvojen välistä viestintää. Drooni voisi esimerkiksi lentää ambulanssin edellä, analysoida liikennettä reaaliaikaisesti ja tarjota arvokasta tietoa hälytysajoneuvojen uudelleenreitittämiseksi ja ruuhkien välttämiseksi. Hätätilanteessa jopa 1–10 minuutin viivästys voi osoittautua kriittiseksi”, kertoo VTT:n erikoistutkija Vasilii Semkin.
Tutkijoiden mukaan droonit ja robotiikka voivat merkittävästi parantaa hätätilannejärjestelmiä myös muilla tavoin. Drooneilla voitaisiin luoda ilmasta käsin nopeasti tilannekuva tulipalosta tai luonnonkatastrofista, mikä auttaa ensiapua ja pelastuslaitosta tekemään nopeampia, tarkempaan tietoon perustuvia päätöksiä.
“Droonit voivat myös seurata tilannetta kaduilla, havaita onnettomuuksia ja lähettää tarvittaessa apua. Tämä uraauurtava projekti luo pohjaa langattomille 3D-järjestelmille ja älykaupunkien kehittämiselle”, sanoo Politecnico di Milanon professori Marco Mezzavilla.
VTT toi tähän yhteisprojektiin maailmanluokan droonitutkimusosaamista niin laitteisto- kuin järjestelmäkehityksen osa-alueilla. VTT:n tehtäviin kuului drooniin liitetyn laitteiston suunnittelu ja kehitys. NYU Tandon puolestaan keskittyi kehittämään ohjelmistoa droonipohjaiseen mittausjärjestelmään sekä simulaatioihin ja tarkkojen kanavamallien luomiseen empiirisen datan perusteella.
Hanke on yksi esimerkki VTT:n laajasta drooniteknologian osaamisesta, joka ulottuu materiaaleista, akuista ja sensoreista ilmatilan hallintaan ja kyberturvallisuustutkimukseen.
Tulokset luovat teknisen perustan kansainvälisille standardeille ja kaupallisille sovelluksille
Yllä mainitut käyttökohteet ovat mahdollisia projektissa kehitettyjen räätälöidyn ohjelmiston ja kanavamittausjärjestelmän ansiosta. Kun viestintä miehittämättömien ilma-alusten ja maanpäällisten ajoneuvojen välillä toimii, tekoäly pystyy parantamaan merkittävästi kaupunkiturvallisuuden seurantaa lisäämällä droonien autonomiaa ja tehokkuutta monimutkaisissa ympäristöissä.
“Saavutuksemme on erityisen merkittävä, kun huomioidaan lentävien laitteiden koko-, paino- ja sähkönsaannin rajoitukset. Olemme kehittäneet ainutlaatuisen mittausjärjestelmän, joka toimii millimetriaaltotaajuuksilla ja joka voidaan liittää miehittämättömään ilma-alukseen. Mittava tiedonkeruu mahdollistaa sellaisten kommunikaatiomallien kehittämisen, joista voi tulla kansainvälisiä standardeja”, Semkin sanoo.
Vaikka hanke päättyy joulukuussa 2024, tarvitaan vielä laajoja simulaatioita ja jatkokehitystä ennen kuin tulokset voidaan ottaa laajasti käyttöön kaupallisissa sovelluksissa.
“Tutkimuksemme on luonut perustan tuleville innovaatioille, mutta meidän on kerättävä lisää dataa ja hienosäädettävä malleja ennen kuin järjestelmä voidaan ottaa kaupalliseen käyttöön. Laajamittainen käyttöönotto edellyttää myös kansainvälisiä standardeja ja sääntelyä”, Semkin lisää.
Katso havainnollinen video AERIAL-hankkeesta täältä.
AERIAL-hankkeen rahoituksesta vastaavat yhdessä Suomen Akatemia ja Yhdysvaltain kansallinen tiedesäätiö. Käytännön sovellusten lisäksi hanke kartuttaa kansainvälistä tietokantaa ja laajentaa ymmärrystämme langattomien verkkojen ominaisuuksista ja fyysisestä maailmasta. Avoimen tieteen periaatteiden mukaisesti tutkimustulokset ovat laajasti saavutettavissa, minkä ansiosta eri tahot voivat hyödyntää tuloksia innovaatio- ja kehitystyössään.
