Dron, který létá jako netopýr. Vědci ukázali technologii pro kouř, tmu i sníh

Drony se v posledních letech posunuly neuvěřitelně daleko, ale jedna slabina jim zůstává. Jakmile zmizí dobrá viditelnost, začínají mít problém. Kamera potřebuje světlo, LiDAR zase čistý prostor pro návrat paprsku. V kouři, prachu, husté mlze nebo sněhu se i drahá technika najednou dostává do situace, kde vidí hůř, než by člověk u moderního stroje čekal.

Právě na tuto mezeru se zaměřil tým z Worcester Polytechnic Institute. Vědci kolem Nitin J. Sanketa, asistenta profesora na Department of Robotics Engineering při WPI, představili malý kvadrokoptérový dron, který se neinspiruje kamerami ani lasery, ale netopýry. Používá ultrazvuk, poslouchá odrazy od překážek a pomocí neuronové sítě Saranga se z nich snaží pochopit prostor před sebou.

Výsledky práce vyšly 25. března 2026 v časopise Science Robotics pod názvem „Milliwatt ultrasound for navigation in visually degraded environments on palm-sized aerial robots“. Mezi autory studie patří Manoj Velmurugan, Phillip Brush, Colin Balfour, Richard J. Przybyla a Nitin J. Sanket.

Prototyp má přibližně 15 centimetrů na šířku a váží asi 450 gramů. Na první pohled nejde o velký záchranářský stroj, ale právě malá velikost je tu podstatná. Podobné drony by se jednou mohly dostat do míst, kam se člověk nedostane bezpečně, například do zřícených budov, zakouřených chodeb, tunelů, sklepů nebo jeskyní.

Základem systému jsou dva malé ultrazvukové senzory, akustický štít a palubní výpočetní jednotka. Největší technický problém přitom nebyl jen samotný ultrazvuk, ale hluk vrtulí. Dron si při letu vytváří vlastní zvukové rušení, které může slabé ozvěny snadno přehlušit. Tým proto použil fyzické omezení hluku a metody hlubokého učení, aby systém dokázal odlišit užitečný signál od šumu.

Neuronová síť Saranga pak pracuje s ozvěnami podobně, jako netopýr vyhodnocuje odražený zvuk v přírodě. Nejde o kopii netopýřího mozku, ale o praktickou snahu použít stejný princip v robotice. Dron vyšle ultrazvukový signál, čeká na jeho návrat a z odezvy odhaduje, kde se nachází překážka.

Podle WPI zvládl prototyp testy v podmínkách, které jsou pro běžné optické senzory problematické. Vědci jej zkoušeli ve tmě, husté mlze, sněhu a v prostředí s překážkami včetně tenkých nebo průhledných objektů. V celkem 180 zkouškách se úspěšnost pohybovala od 72 do 100 procent podle typu prostředí a překážek.

Slabé místo výzkumníci neskrývají. Tenké objekty, například větve nebo kovové tyče, představují pro systém větší problém než velké plochy. To je důležitá informace, protože ukazuje, že nejde o hotové řešení pro ostré nasazení, ale o funkční výzkumný prototyp s jasně popsanými limity.

Největší význam podobné technologie není v tom, že by měla okamžitě nahradit dnešní kamerové nebo LiDARové systémy. Spíše ukazuje další cestu. U záchranných misí, požárů, důlních nehod nebo hledání osob v nepřehledném terénu může být kombinace různých senzorů zásadní. Tam, kde kamera nevidí a laser dostává nečitelné odrazy, může ultrazvuk poskytnout aspoň základní orientaci.

WPI uvádí také nízkou energetickou náročnost celého přístupu. Studie pracuje s myšlenkou milivatového ultrazvukového vnímání, tedy s velmi úsporným systémem vhodným pro malé létající roboty s omezenou nosností. To je podstatné, protože každý gram navíc u malého dronu znamená kratší let, menší stabilitu nebo nutnost větší baterie.

Právě výdrž je zatím jedním z hlavních omezení. Současný prototyp vydrží ve vzduchu přibližně pět minut. Pro laboratorní ověření to stačí, pro reálnou záchrannou operaci je to málo. Nitin J. Sanket ale upozornil, že i několik sekund navíc může v takové situaci rozhodovat o životě a smrti. Výzkum tak zatím nepředstavuje hotový výrobek, ale technologický základ, na kterém se může dál stavět.

Projekt podpořila National Science Foundation a na výzkumu se podílel také Richard J. Przybyla ze společnosti TDK InvenSense. Zatím není oznámen komerční produkt, prodejní cena ani termín uvedení na trh. Reálnější scénář je, že podobný princip časem převezme větší výrobce dronů nebo záchranářské robotiky a spojí jej s výkonnější platformou, delší výdrží a dalšími senzory.

Podstatné je, že tento výzkum neposouvá drony jen směrem k lepším kamerám a silnějším algoritmům. Připomíná, že někdy nestačí zlepšovat stejný typ zraku. V prostředí, kde světlo selhává, může být cennější úplně jiný smysl. A právě v tom je netopýří inspirace z Worcester Polytechnic Institute tak zajímavá.

Zdroje použité pro zpracování: