Az informatika fejlődésével az adatok minél inkább valós idejű begyűjtése és kiértékelése egyre szélesebb körben elterjedt. Például manapság már a mezőgazdaságban is alkalmaznak különböző érzékelőket, például páratartalom-, csapadékmennyiség-mérő berendezéseket, hőmérőket. Ám az élet számos más területén – például egy baleset túlélőinek kereséséhez – is szükség lehet egy terület folyamatos megfigyelésére.

A cikk a BME, a Pro Progressio Alapítvány és az Élet és Tudomány közös ismeretterjesztő cikkpályázatára érkezett.

Távoli, elszigetelt, veszélyes vagy nagyméretű területeken a vezeték nélküli adatküldés tűnik a legkézenfekvőbb megoldásnak, hiszen így kevesebb humán erőforrás szükséges. Hátránya azonban, hogy a távoli adatküldésnek hatalmas az energiaigénye. Ennek fő oka, hogy az adatküldési sebesség, tehát az, hogy hány bitet továbbítunk egy másodperc alatt, a távolság növekedésével csökken, és így az energiaigény a távolsággal együtt nő, hiszen az adatküldési idő számottevő mértékben növekszik.

Másrészről az érzékelők többsége nagyrészt a megfigyelt terület elszigeteltsége miatt akkumulátorról működik, tehát a távoli adatküldés jelentős mértékben csökkenti az érzékelőhálózat élettartamát is. Az érzékelőhálózat élettartamának növelése érdekében az adatátvitelt önjáró robotok alkalmazásával oldjuk meg. Így a közeli adatküldés kevesebb energiát igényel, ugyanakkor biztonságosabb adatátvitelt biztosít, amely számos alkalmazási területen, például katonai felhasználás során fontos szempont.

A robotok az úgynevezett báziscsomópontból indulnak ki, az összes érzékelő-csomópontról begyűjtik az adatokat, majd pedig a báziscsomópontba visszaérkezve feltöltik a begyűjtött információkat. A folyamatos adatgyűjtés érdekében a bejárást periodikusan hajtják végre. A feladat, hogy minél kisebb legyen az adatkésleltetési idő, ami nem más, mint az esemény érzékelése és a báziscsomópontba való beérkezése közötti időtartam. Ennek elérése végett a lehető legkisebb bejárási idejű útvonaltervezés a cél. Az adatgyűjtést a bejárandó terepen elhelyezkedő különböző elkerülendő objektumok, akadályok nehezítik. Az ezekkel való ütközés a robotokat károsíthatja, ezért ezeket egy bizonyos távolságban el kell kerülni.

Ezért az akadályok körül virtuálisan egy biztonsági sáv helyezkedik el, amely egy konvex burkoló.

Alkalmazott robotok

Az adatgyűjtést olyan virtuális egykerekű robotokkal hajtjuk végre, amelyek állandó sebességgel haladnak és mozgásuk csak a fordulási sebességükkel (szögsebességükkel) befolyásolható, ezek az úgynevezett Dubins-járművek. Ha a fordulási sebesség nulla, akkor a robot egyenes vonalban halad, ha negatív balra, ha pozitív, akkor pedig jobbra kanyarodik. A robot fordulási sebessége korlátozott, ami azt jelenti, hogy van egy minimális és egy maximális értéke, amit nem léphet át fizikai felépítéséből eredően. A jármű fordulási sugara függ a robot sebességétől és pillanatnyi fordulási sebességétől. A legkisebb fordulási sugár a fordulási sebesség határainál alakul ki, tehát ennél kisebb sugárban a robot fizikai adottságai miatt nem tud fordulni. Az útvonaltervezés közben ezt is figyelembe kell venni. A Dubins-járművek a szakirodalomban ismert legkorlátozottabb mozgású robotok. Tehát ha egy pályatervezési feladat ilyen típusú járművekkel megoldható, akkor a többi, kevésbé korlátozott mozgású robottal is bejárható a tervezett pálya.

Ezen kívül például egy adott magasságban haladó repülőgép mozgása is modellezhető Dubins-járművekkel.

A Dubins-jármű helyzete, úgynevezett konfigurációja egy adott területen x, y,