Outdoor flocking and formation flight with autonomous aerial robots
Vásárhelyi, G., Virágh, C., Somorjai, G., Tarcai, N., Szörényi, T., Nepusz, T., & Vicsek, T. (2014, September). Outdoor flocking and formation flight with autonomous aerial robots. In 2014 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) (pp. 3866-3873). doi:10.1109/IROS.2014.6943105
Background
This is our first drone swarm-related publication from the beginning of the drone era back in 2014, in which we presented the world’s first autonomous outdoor quadcopter flock of at least 10 drones. These drones were built upon the (almost) open source Mikrokopter system with our custom made high-level control board and XBee communication. Our drones were capable of performing self-organized flocking, formation flights and collective target following tasks based on local communication and pilot-free autonomous self-control in the times when any kind of “follow-me” or other autonomous functions were not even possible on single drones.
The project was one of the outcomes of the successful EU ERC COLLMOT grant (2009-2016) of Tamás Vicsek. See our original project page for historical information.
Related videos
Monty Python intro remake with drones
An autonomous swarm of flying robots (full documentary)
An autonomous swarm of flying robots (shortened documentary)
Abstract
We present the first decentralized multi-copter flock that performs stable autonomous outdoor flight with up to 10 flying agents. By decentralized and autonomous we mean that all members navigate themselves based on the dynamic information received from other robots in the vicinity. We do not use central data processing or control; instead, all the necessary computations are carried out by miniature on-board computers. The only global information the system exploits is from GPS receivers, while the units use wireless modules to share this positional information with other flock members locally. Collective behavior is based on a decentralized control framework with bio-inspiration from statistical physical modelling of animal swarms. In addition, the model is optimized for stable group flight even in a noisy, windy, delayed and error-prone environment. Using this framework we successfully implemented several fundamental collective flight tasks with up to 10 units: i) we achieved self-propelled flocking in a bounded area with self-organized object avoidance capabilities and ii) performed collective target tracking with stable formation flights (grid, rotating ring, straight line). With realistic numerical simulations we demonstrated that the local broadcast-type communication and the decentralized autonomous control method allows for the scalability of the model for much larger flocks.
Funding
- Complex Structure and Dynamics of Collective Motion, EU ERC COLLMOT, PI: Tamás Vicsek
Media Coverage
English
- 2014.02.26. Autonomous drones flock like birds (nature.com)
- 2014.02.27. A Bird-Like Flock of Autonomous Drones (nationalgeographics.com)
- 2014.02.27. Robot Swarm: A Flock Of Drones That Fly Autonomously (npr.org)
- 2014.02.27. Study: Drone Swarm Can Self-Organize in the Air (breitbart.com)
- 2014.02.27. A Hungarian Team Has Created The First Drones That Can Fly As A Coordinated Flock (afflictor.com)
- 2014.02.27. Hungarian eggheads unleash not-at-all-scary DRONE SWARM (theregister.co.uk)
- 2014.02.27. These Autonomous Drones That Flock Like Birds Sound Horrifying (gizmodo.com)
- 2014.02.27. Robot Swarm: A Flock Of Drones That Fly Autonomously (opb.org)
- 2014.02.27. Study: Drone Swarm Can Self-Organize in the Air (thedailydigest.org)
- 2014.02.27. Watch a group of drones fly in a coordinated flock (gigaom.com)
- 2014.02.28. First Outdoor Flocks of Autonomous Flying Robots (The Physics arXiv Blog)
- 2014.02.28. Drones Are Now Flying in Flocks (motherboard.vice.com)
- 2014.02.28. These Drones Flock (Almost) Like Birds (smithsonianmag.com)
- 2014.02.28. Researchers Create Drones That Can Self-Organize In The Air (washington.cbslocal.com)
- 2014.03.03. The drones that flock like BIRDS: Robots fly in formation and navigate without being remotely controlled (dailymail.co.uk)
- 2014.03.03. The drones that flock like BIRDS: Robots fly in formation and navigate without being remotely controlled (dailynewsen.com)
- 2014.03.07. “Not By Chance”: Drone Engineers Try the Starling Trick (www.evolutionnews.org)
- 2014.03.20. Autonomous drones learn to fly as a flock (reuters.com)
- 2014.03.20. Nature celebrates Hungarian breakthrough in handling flock of drones (budapesttelegraph.com)
- 2014.03.23. The first autonomous drones to fly as a coordinated flock (techgenmag.com)
- 2014.03.24. Autonomous Drones Learn to Fly as a Flock (scientificamerican.com)
- 2014.03.28. EU researchers to seek military applications for drones that fly in flocks (voiceofrussia.com)
- 2014.03.31. Secret Military Tech Disguised As Farm Equipment (www.wallstreetdaily.com)
- 2014.05.30. Nature-inspired designs for drones of the future (homelandsecuritynewswire.com)
- 2014.12.19. Science FEATURE: Runners-up(sciencemag.org)
- 2015.05.12. Dances with Drones: When a Flock of UAVs Joins a Human Dancer (motherboard.vice.com)
- 2015.05.13. Watch a man in light-up suit dance with drones (www.popsci.com)
Hungarian
- 2014.02.26. Drone demo and exhibition @ ELTE Innovation Day 2014 (echo tv)
- 2014.02.27. Madárként repülnek a magyar drónok (vs.hu)
- 2014.02.27. Rajban repül a magyar drón (origo.hu)
- 2014.02.27. Magyar drónraj repülésén ámul a világ (hvg.hu)]
- 2014.02.27. Magyar drónrajoktól retteghet a világ (cink.hu)
- 2014.02.27. Rajban repülnek a magyar drónok (mandiner.hu)
- 2014.02.27. A magyar drónok rajban repülnek (napravalo.hu)
- 2014.02.28. Külső vezérlés nélküli drónrajt fejlesztettek a COLLMOT projektben (elte.hu)
- 2014.02.28. Magyar drónraj repült a Nature honlapjára (nol.hu)
- 2014.02.28. Pont úgy, mint a madarak? (ng.hu)
- 2014.02.28. Akadémiai kutatók a világon először készítettek a szabadban rajként viselkedő repülő robotokat (mta.hu)
- 2014.02.28. Gyönyörűen repülnek a magyar drónok (index.hu)
- 2014.02.28. Különleges magyar találmány (tv2.hu, tények)
- 2014.02.28. Intelligens drónok [(hir24.hu, híradó)]*=(http://www.hir24.hu/hirmusor/teljes-adasok/2014/02/28/a-hir24-esti-hirmusora-2014.02.28/)
- 2014.02.28. Szenzációs magyar felfedezés (rtlklub.hu, híradó)
- 2014.02.28. Pont úgy, mint a madarak? (ng.hu)
- 2014.02.28. Magyar csúcsdrónok: akár a madarak (blog.otka.hu)
- 2014.02.28. Madárrajként repülnek a drónok (blikk.hu)
- 2014.02.28. Külső vezérlés nélküli drónrajt fejlesztettek magyarok (orientpress.hu)
- 2014.02.28. Magyar drónraj repülésén ámul a világ + videó (richpoi.com)
- 2014.02.28. Magyar égre magyar drónokat! (happyslavery.hu)
- 2014.02.28. Magyar drónraj tartja lázban a világot (lájk.hu)
- 2014.02.28. Magyar drónrajon a világ szeme (szeretlekmagyarorszag.hu)
- 2014.03.02. Így repül a magyar robotraj (ipon.hu)
- 2014.03.03. Egyedülálló fejlesztés a magyar drónraj (itcafe.hu)
- 2014.03.03. Mint a madarak, repültek a drónok (gyartastrend.hu)
- 2014.03.04. MTVA M1 Ma reggel (mediaklikk.hu, 1:29:18-tól)
- 2014.03.04. Az ELTE együtt mozgó drónraja (nol.hu)
- 2014.03.04. A drón dönt (nyest.hu)
- 2014.03.04. Újabb magyar világszám – Csoportban repülő drónok az ELTÉ-ről (telesport.hu)
- 2014.03.05. Madárrajként repkednek a magyar drónok (greenstep.hu)
- 2014.03.07. Drón: világsiker az új magyar fejlesztés (TV2 Mokka)
- 2014.03.07. Kossuth rádió, Közelről (mediaklikk.hu, 00:35:50-től)
- 2014.03.14. Ilyen, mikor üldöznek a magyar drónok (index.hu)
- 2014.05.13. Emberrel táncolt a magyar drónraj (origo.hu)
- 2014.05.15. Táncot lejtettek a levegőben a drónok (blikk.hu)
- 2014.10.30. V4 UAS Konferencia, M1 Híradó (hirado.hu, 22:40-től)
- 2014.10.30. Drónok harca: hamarosan lecsap a magyar törvény szigora (hvg.hu)
- 2014.10.31. A drón szeme mindent lát (veol.hu)
- 2014.10.31. Nem repülhetnek engedély nélkül a robotrepülők (omegahirek.hu)
- 2015.05.27. Mostantól már táncolni is lehet a magyar fejlesztésű önjáró drónrajjal (cink.hu)
- 2015.05.28. Már táncolnak is a magyar drónok (vs.hu)