Robot "hundar" för att hålla USAFs landningsbanor fria från farligt skräp

En robot som beskrivs som 'Roomba för landningsbanor' under utveckling för det amerikanska flygvapnet kan hjälpa till att förhindra att främmande föremål skadar flygplan.

Foreign Object Debris eller FOD – allt som inte är tänkt att finnas på asfalten – orsakar uppskattningsvis 4 miljarder dollar i förluster varje år för flygindustrin. FOD-skador kan vara katastrofala och orsaka kraschen av Air France Flight 4590 Concorde omedelbart efter starten, vilket dödade alla 109 personer ombord år 2000.

FAA:s regler kräver att flygplatser utför regelbundna FOD-inspektioner. Inom militären ser landningsbanor och flygdäck frekventa FOD-walkdowns med tillgänglig personal som kallas ut för att gå längs flyglinjen och leta efter potentiellt farliga föremål.

Faran är dubbel. Alla skräp kan punktera ett däck eller förtäras i en motor, och kan också vara viktiga bevis på andra problem. Om ett plan saknar en mutter, bult, fästelement eller annan komponent kan det orsaka allvarligare problem.

Många flygplatser har sofistikerade radarsystem för att upptäcka FOD, men dessa är kostsamma och ger inte nödvändigtvis full täckning. Så walkdowns och drive downs är fortfarande en vardaglig verklighet.

Ny teknik som utvecklas för flygvapnet syftar till att ändra på det.

Den fyrhjuliga roboten känd som en FOD Dog som utvecklas under ett kontrakt från det amerikanska flygvapnet som undertecknades denna månad. Siemens Government Technologies division är huvudentreprenörer, med underleverantörer TurbineOne som arbetar i perceptionssystemet. Kontraktet är på ett år, med ett fullt fungerande prototypsystem som ska demonstreras i januari nästa år.

Roboten i sig är ett grundläggande robust chassi, med en elmotor, och den skannar banor efter främmande föremål med hjälp av vanliga lasersensorer. Dessa känner av profilen av markremsor och upptäcker allt som skjuter ut från ytan. Fördelen med skannern framför en kamera är att den är enklare och fungerar lika bra under förhållanden med dålig sikt som ösregn.

Men den verkliga magin är tekniken som ger mening med skannerdata för att upptäcka och identifiera FOD. TurbineOne VD Ian Kalin – som deltog i FOD walkdowns medan han tjänstgjorde i US Navy – säger att det finns tre möjliggörande teknologier bakom det.

"För det första finns det grafiska processorenheter (GPU) från företag som NVIDIA
NVDA
. Dessa små, robusta kort är den nya industristandarden för videobearbetning, säger Kalin till Forbes. Det här är enheterna som driver framsteg inom små drönare och annan mobil robotik.

"För det andra har maskininlärningsmodeller gått igenom vågor av 'miniatyrisering', vilket i grunden betyder att kod som tidigare krävde stora beräkningsresurser och många gigabyte nu kan fungera med bara megabyte värt utrymme", säger Kalin.

Detta innebär att den senaste mjukvaran för smart maskininlärning kan köras på små edge-datorenheter snarare än rack med servrar som tidigare maskininlärningsprojekt.

FOD-hundarna börjar med en katalog med olika föremål, men kan lära sig nya. De kan till och med dela information mellan paketmedlemmar, så att de stadigt blir bättre på att identifiera specifika typer av FOD på en viss webbplats. Detta kan vara viktigt när en webbplats får en specifik typ av främmande föremål, till exempel löv.

"Äntligen har TurbineOne uppfunnit ett frontlinjeuppfattningssystem, som fungerar som operativsystem för att göra alla dessa upptäckter möjliga utan internetanslutning", säger Kalin.

Detta gör att flocken med hundar kan arbeta på platser där det kanske inte finns någon anslutning till internet, till exempel militära platser eller hangarfartyg.

FOD walkdowns utförs vanligtvis på natten efter att flygverksamheten upphört eller tidigt på morgonen. Var och en av robotarna ansluts automatiskt till sin laddningsbasstation ("hundhus"), ungefär som en hushållsstädning Roomba, och hundarna kommer att utföra ett svep som arbetar tillsammans för att ge fullständig täckning. En mänsklig operatör kan hantera ett helt paket.

Alla FOD som finns flaggas automatiskt. Robotarna kan antingen skicka de exakta koordinaterna till sin operatör – inbyggd förbättrad GPS innebär att de lokaliserar den inom några få centimeter – eller så kan en robot fysiskt leda operatören till FOD som en jakthund.

Kalin säger att borttagning av skräp inte är ett krav för det initiala kontraktet, men de har det på sin färdplan. Deras troliga lösning kommer att innebära att vissa fordon utrustas med en hyllan robotarm och hanteringsprogramvara. Detta skulle förvandla robotarna till en komplett lösning för banröjning.

TurbineOne ser många fler användningsområden för denna teknik utöver FOD-detektering. Drönare används redan för industriell inspektion, men har en begränsad flygtid och kan inte flyga i dåligt väder. Markrobotar har längre uthållighet, kan ignorera väder och bär en tyngre nyttolast av olika sensorer. TurbineOne tillkännagav nyligen $3 miljoner i startfinansiering från XYZ Venture Capital för att utöka sitt ingenjörsteam och påskynda produktleveransen.

Robotar utrustade med perceptionssystem skulle kunna utföra många inspektionsuppgifter – med början, kanske med flygplansinspektion, liknande en drönarbaserad lösning som rullas ut i Korea, men sträcker sig till fabriker, byggarbetsplatser och andra applikationer. (Kanske robotinspektionsrobot kan ha förhindrat den senaste F-35-kraschen, uppenbarligen orsakad av att ett regnskydd lämnats kvar på en motor).

Kombinationen av en billig, robust robotplattform och smart avkänning har stor potential och FOD Dog kan vara föregångaren till många raser av hjälpsamma robotar som arbetar inom en mängd olika områden.