Zweefvliegen met 800 kilometer per uur

Fua, hoofd van EPFL’s Computer Vision Laboratory (CV; TU Lausanne) en een gepassioneerd zweefvliegliefhebber, wilde altijd al vliegen. Als jonge jongen was het zijn droom om gevechtspiloot te worden, maar zonder 20-20 visie was dit niet mogelijk. Dus besloot hij de motoren van een straaljager te vervangen door .. geen motor.

Al meer dan 30 jaar vliegt Fua met zijn zweefvliegtuig de wereld rond, in Europa, Australië en Amerika. In 2006 maakte hij deel uit van een bemanning die een wereldrecord brak door binnen vijf uur 1000 kilometer over de Andes te vliegen. "We hebben gebruik gemaakt van het feit dat je winden uit de Stille Oceaan hebt die boven komen drijven en een golfpatroon vormen achter de bergen aan de Argentijnse kant. Hoewel je deze golven niet kunt zien, kun je erop surfen en naar ongelooflijke hoogten klimmen zonder een motor."

Dynamisch zweven

Nu gebruikt hij zijn zweefvliegervaring om de grenzen van prestaties en duurzaamheid te verleggen in de context van dynamisch zweven. Het is een andere vliegtechniek die wordt gebruikt om energie te winnen door de grens tussen luchtmassa’s met verschillende snelheden te overschrijden. Op afstand bestuurbare zweefvliegtuigen kunnen deze windschering op lagere hoogten gebruiken en de hoogst gerapporteerde grondsnelheid voor radiografisch bestuurd dynamisch vliegen is 882 km/u. Een van de moeilijkheden bij het gebruik van dynamisch stijgen om energie te besparen, is echter dat dingen te snel gebeuren voor een mens om goed te kunnen beheersen. En hier komt het idee van robots om de hoek kijken om het glijden automatisch te regelen.

Fua werkt momenteel aan een project met Dr. Ashish Kapoor bij Microsoft Research, ook een enthousiaste piloot die zijn eigen vliegtuig bouwde, om nieuwe benaderingen te ontwikkelen voor het geautomatiseerde ontwerp van complexe composietobjecten, zoals zweefvliegtuigen of drones, die moeten voldoen aan strikte ontwerpbeperkingen, in het bijzonder met betrekking tot hun beheersbaarheid.

Met EPFL’s uitgebreide ervaring in 3D-modellering en het langdurige werk van Microsoft op het gebied van simulatie, controle en planning voor luchtrobots, zal het project een dynamische, zwevende luchtrobot creëren die diepe neurale netten integreert in Microsoft’s Airsim-simulatiestack, wat een superverzameling van simulators oplevert ( CFD, Aerial Robot, Software-in-the-loop control etc.) die vervolgens gezamenlijk kunnen worden gebruikt om controllers te bouwen.

"In een notendop, ons lab voert simulaties uit om de grote hoeveelheid gegevens te creëren die nodig is om in een algoritme te worden ingevoerd dat de verschillende reacties moet kennen van het zweefvliegtuig dat is ontworpen voor dynamisch vliegen. We geven dit aan Microsoft om in hun robotcontroller in te voeren, zodat het dynamische, stijgende deel van de vlucht volledig geautomatiseerd zal zijn", zegt Fua. "In dit project gebruiken we een kant-en-klaar zweefvliegtuig met een spanwijdte van ongeveer twee meter, maar de volgende stap is om het vorm- en controlebeleid mede te ontwerpen om betere prestaties en nauwkeurigere controle te verkrijgen, het tegenovergestelde van wat deze dagen, namelijk om iets te ontwerpen en dan een manier te vinden om het te beheersen."

Het project heeft implicaties die verder gaan dan zweefvliegtuigen en drones – denk aan auto’s, conventionele vliegtuigen, windturbines en kernfusiereactoren – alles wat gecontroleerd moet worden en waarbij efficiëntie voorop staat. "Neem bijvoorbeeld windturbines," zei Kapoor, "ze zijn enorm en hun prestaties worden beïnvloed door het windveld om hen heen. Daarom is het logisch om de bladen continu te controleren om zo efficiënt mogelijk te zijn en, net als bij een helikopter, de incidentie van de bladen voortdurend te veranderen."