Grant: Alliance Grants
Université du Québec en Outaouais
$45,000.00
Multi-UAV Active Simultaneous Localization and Mapping in Unknown Indoor Environments
FY 2023-24
Summary
Nowadays, unmanned aerial vehicles (UAVs) (also known as drones) are becoming crucial in countless applications. However, most of the traditional commercial drones are remotely piloted or semi-autonomous which places obstacles in the way of their efficient deployment in challenging conditions and time-critical missions (e.g., search and rescue). Fortunately, with the unceasing development of lightweight sensing and sophisticated real-time computing, drones can now be designed to self-perceive and make autonomous decisions during the execution of tasks. Yet, the next generation of UAVs will be living up to the hype only if we are able to successfully and efficiently deploy fleets of fully autonomous UAVs to accomplish even more complex missions and tasks. In fact, multiple drones can be deployed to speed up complex missions while collaboratively mapping and exploring an unknown environment. Collaboration not only accelerates the mapping and exploration process but also minimizes uncertainty in decision making. This research project aims at addressing several challenges related to the design of efficient and reliable localization, mapping, and exploration algorithms for multi-UAV systems navigating in unknown indoor environments. In particular, the challenge consists in deploying a fleet of UAVs, relaying on vision and inertial systems and endowed with limited on-board computational power, to autonomously navigate and map a completely unknown environment as fast and efficiently as possible. Our proposed solution for this technology challenge consists in the amalgamation of different approaches in control systems and robotics at different levels to coordinate the group of UAVs to accomplish this mission. The accomplishment of the research goals outlined in this project will open doors to new and exciting applications for fully autonomous multi-UAV systems operating in tangled environments. This project is also an excellent opportunity to train highly qualified professionals in these promising fields who can become leaders in research and technology, sustaining Canada's economic growth. De nos jours, les véhicules aériens sans pilote (UAV) deviennent cruciaux dans d'innombrables applications. Cependant, la plupart des drones commerciaux traditionnels sont pilotés à distance ou semi-autonomes, ce qui entrave leur déploiement efficace dans des conditions difficiles et des missions urgentes (par exemple, recherche et sauvetage). Heureusement, avec le développement incessant de la détection légère et de l'informatique en temps réel sophistiquée, les drones peuvent désormais être conçus pour s'auto-percevoir et prendre des décisions autonomes lors de l'exécution de tâches. Pourtant, la prochaine génération de drones ne sera à la hauteur du battage médiatique que si nous sommes en mesure de déployer avec succès et efficacement des flottes de drones entièrement autonomes pour accomplir des missions et des tâches encore plus complexes. En fait, plusieurs drones peuvent être déployés pour accélérer des missions complexes tout en cartographiant et explorant en collaboration un environnement inconnu. La collaboration accélère non seulement le processus de cartographie et d'exploration, mais minimise également l'incertitude dans la prise de décision. Ce projet de recherche vise à relever plusieurs défis liés à la conception d'algorithmes de localisation, de cartographie et d'exploration efficaces et fiables pour les systèmes multi-UAV naviguant dans des environnements intérieurs inconnus. L'enjeu consiste notamment à déployer une flotte de drones, s'appuyant sur des systèmes de vision et d'inertie et dotés d'une puissance de calcul embarquée limitée, pour naviguer et cartographier de manière autonome un environnement totalement inconnu le plus rapidement et le plus efficacement possible. Notre solution proposée pour ce défi technologique consiste en la fusion de différentes approches dans les systèmes de commande et la robotique à différents niveaux pour coordonner le groupe d'UAV pour accomplir cette mission. Ce projet ouvrira les portes à de nouvelles applications passionnantes pour des systèmes multi-UAV et il est également une excellente occasion de former des professionnels hautement qualifiés dans ces domaines prometteurs qui pourront soutenir la croissance économique du Québec et du Canada.
Program
Alliance Grants
Recipient
Location
Quebec, Canada
Recipient Type
Academia
Type
Grant
Source
NSERC's Awards Data
As published
Application id
576966-2022
Name nom
Berkane, Soulaimane S
Department département
Informatique et d'ingénierie
Organization id
54
Institution établissement
Université du Québec en Outaouais
Province en
Québec
Province fr
Québec
Country en
CANADA
Country fr
CANADA
Fiscal year exercice financier
2023
Competition year année de concours
2022
Award amount
45000
Program id
ALLRP
Program name en
Alliance Grants
Program name fr
Subventions Alliance
Group en
RESEARCH PARTNERSHIPS
Group fr
PARTENARIATS DE RECHERCHE
Committee code
96
Committee name en
RPP Internal Decision Cttee
Committee name fr
Cté de décision interne - PPR
Area of application code
703
Area of application group en
Transportation systems and services
Area of application group fr
Services et systèmes de transport
Area of application en
Aerospace
Area of application fr
Aérospatial
Research subject code
2509
Research subject group en
Electrical and electronic engineering
Research subject group fr
Control systems
Research subject en
Génie électrique et électronique
Research subject fr
Asservissements
Application title
Multi-UAV Active Simultaneous Localization and Mapping in Unknown Indoor Environments
Keyword
Active Collaborative SLAM; Centralized Coordination; Indoor Environments Exploration; Multi-Agent Systems; Nonlinear Observers; Optimal Trajectory Planning; Simultaneous Localisation & Mapping; State Estimation; Unmanned Aerial Vehicles (UAVs); Vision-Based SLAM
Application summary
Nowadays, unmanned aerial vehicles (UAVs) (also known as drones) are becoming crucial in countless applications. However, most of the traditional commercial drones are remotely piloted or semi-autonomous which places obstacles in the way of their efficient deployment in challenging conditions and time-critical missions (e.g., search and rescue). Fortunately, with the unceasing development of lightweight sensing and sophisticated real-time computing, drones can now be designed to self-perceive and make autonomous decisions during the execution of tasks. Yet, the next generation of UAVs will be living up to the hype only if we are able to successfully and efficiently deploy fleets of fully autonomous UAVs to accomplish even more complex missions and tasks. In fact, multiple drones can be deployed to speed up complex missions while collaboratively mapping and exploring an unknown environment. Collaboration not only accelerates the mapping and exploration process but also minimizes uncertainty in decision making. This research project aims at addressing several challenges related to the design of efficient and reliable localization, mapping, and exploration algorithms for multi-UAV systems navigating in unknown indoor environments. In particular, the challenge consists in deploying a fleet of UAVs, relaying on vision and inertial systems and endowed with limited on-board computational power, to autonomously navigate and map a completely unknown environment as fast and efficiently as possible. Our proposed solution for this technology challenge consists in the amalgamation of different approaches in control systems and robotics at different levels to coordinate the group of UAVs to accomplish this mission. The accomplishment of the research goals outlined in this project will open doors to new and exciting applications for fully autonomous multi-UAV systems operating in tangled environments. This project is also an excellent opportunity to train highly qualified professionals in these promising fields who can become leaders in research and technology, sustaining Canada's economic growth. De nos jours, les véhicules aériens sans pilote (UAV) deviennent cruciaux dans d'innombrables applications. Cependant, la plupart des drones commerciaux traditionnels sont pilotés à distance ou semi-autonomes, ce qui entrave leur déploiement efficace dans des conditions difficiles et des missions urgentes (par exemple, recherche et sauvetage). Heureusement, avec le développement incessant de la détection légère et de l'informatique en temps réel sophistiquée, les drones peuvent désormais être conçus pour s'auto-percevoir et prendre des décisions autonomes lors de l'exécution de tâches. Pourtant, la prochaine génération de drones ne sera à la hauteur du battage médiatique que si nous sommes en mesure de déployer avec succès et efficacement des flottes de drones entièrement autonomes pour accomplir des missions et des tâches encore plus complexes. En fait, plusieurs drones peuvent être déployés pour accélérer des missions complexes tout en cartographiant et explorant en collaboration un environnement inconnu. La collaboration accélère non seulement le processus de cartographie et d'exploration, mais minimise également l'incertitude dans la prise de décision. Ce projet de recherche vise à relever plusieurs défis liés à la conception d'algorithmes de localisation, de cartographie et d'exploration efficaces et fiables pour les systèmes multi-UAV naviguant dans des environnements intérieurs inconnus. L'enjeu consiste notamment à déployer une flotte de drones, s'appuyant sur des systèmes de vision et d'inertie et dotés d'une puissance de calcul embarquée limitée, pour naviguer et cartographier de manière autonome un environnement totalement inconnu le plus rapidement et le plus efficacement possible. Notre solution proposée pour ce défi technologique consiste en la fusion de différentes approches dans les systèmes de commande et la robotique à différents niveaux pour coordonner le groupe d'UAV pour accomplir cette mission. Ce projet ouvrira les portes à de nouvelles applications passionnantes pour des systèmes multi-UAV et il est également une excellente occasion de former des professionnels hautement qualifiés dans ces domaines prometteurs qui pourront soutenir la croissance économique du Québec et du Canada.