屋内での捜索救助活動は、法執行機関や救急隊員が直面する最も危険な任務の1つであるが、ARCCの大学院生たちはドローン技術がこれらの困難な状況での対処方法を革新すると見込んでいる。ドローンは、倒壊した建物のような、閉鎖的で暗く、GPSが制限された環境で人々を捜索するために使用できるが、このようなドローンを開発することは困難で費用もかかる。
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この課題に応えるため、学生たちが最近開発したのが、低コストの無人航空機システム（UAS）だ。この2機構成のドローンシステムは、法執行機関や救急隊員が屋内捜索で支援できる2Dおよび3Dマッピング技術を備えている。彼らは、このシステムに関する論文を、アメリカ航空宇宙学会の提携サイトであるAerospace Research Centralに発表した。
この論文は、ロボットクラブが参加した2023年のFirst Responder UAS 3D Mapping Challengeに関するもので、彼らはそこで2位を獲得し、賞金20,000ドル（約300万円）を得た。チームは、建物に入る救急隊員の状況認識を向上させるために、1つまたは複数の自律型または半自律型車両を備えた、費用対効果の高いドローンソリューションを作成するという課題を与えられた。
航空宇宙工学の博士候補生であり、ARCCの会長であり、論文の共著者でもあるレイチェル・アクステン氏は、次のようにコメントしている。
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アクステン氏： 私達は2機構成のドローンシステムを開発しました。最初の小型で飛行しやすいドローンには、飛行制御に必要なもの以外のオンボードコンピュータは基本的に搭載されていませんでした。
もう1つの機体には、屋内環境の3Dマップを作成するのに役立つセンサーと、マップを完全にオンボードで生成できる比較的高性能なコンピュータが搭載されていました。
この2機構成のドローンは、単一または複数の車両構成で動作できるため、チームは2台の車両にタスクを分散できる。1台は、熱および暗視機能とライブカメラフィードを備えた小型で機敏な機体で、もう1台は環境の3Dマップを生成できる、救急隊員に貴重な情報を提供する大型の機体だ。このソリューションは、救急隊員のニーズに応じてより大きな柔軟性を提供し、チームは状況に基づいてドローンをカスタマイズおよび再構成できるようにする。
ARCCは、カスタマイズされたソフトウェア、アルゴリズム、ハードウェアコンポーネントに加えて、既製の部品を使用することで、ドローンシステムのコストをわずか数千ドル（数十万円）に抑えた。これは、製造に数万ドル（数百万円）かかる米国製の他のドローンシステムよりもはるかに安価だ。チームは、過去の競技会への参加や、救急隊員との連携から得られた教訓を応用し、設計を簡素化し、偵察ドローンに捜索救助チームが求めるものに適応させた。
航空宇宙工学の博士候補生でARCCの会計係であり、論文の共著者でもあるヴェンカタクリシュナン・アイアー氏は、次のようにコメントしている。
アイアー氏：機能性、重量、サイズ、価格のバランスを取るように努めました。たとえば、使用されている熱画像カメラは、直接見通し線検出のみを許可するため、壁の背後にある熱シグネチャは検出されない可能性があります。そのような機能には高価なセンサーが必要となり、全体的なコストが増加するため、システムを手頃な価格に保つために、どのような機能のトレードオフを行う必要があるかを判断する必要がありました。
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チームのドローンシステムから撮影された映像は、複数の機体がどのように連携して屋内環境をナビゲートし、マッピングするかを示している
航空宇宙工学の助教であり、論文の共著者でもあるヴィトル・ヴァレンテ氏によると、チームはわずか数週間でドローンを開発したが、その時間の多くをステートカレッジ空港でのテストに費やした。システムの開発中、ヴァレンテはARCCの副会長であり、航空宇宙工学の博士号を取得していた。
ヴァレンテ氏：テストを実行した後、常に調整または改善する必要があるものがあります。
私たちのテストでは、マッピングを担当するカメラシステムを調整する必要があることがわかりました。適切なソリューションを見つけるには時間がかかりましたが、そのプロセスでカメラが修正されただけでなく、システム全体が改善されました。
アクステン氏によると、ARCCはペースを減速するつもりはないと言う。チームは最近、ボーイングが主催するGoAEROチャレンジの第1ステージで優勝した。このチャレンジでは、救急隊員の医療避難活動を支援するための自律型航空機を開発することを課せられている。この公共安全プロジェクトは、提案された車両で人命を救うことを目指すだけでなく、優勝チームに100万ドル（約1億5千万円）以上の賞金を提供する。競争の第2段階である構築段階が現在オープンしている。このフェーズの勝者は11月18日に発表される。
アクステン氏：今日のヘリコプター事故の約50％は、医療避難の現場で発生しています。この技術を開発することで、救急隊員と支援を必要とする人々の命を救うことができます。多くの人々を助けることができる素晴らしい仕事です。
さらに、チームは最近、XPRIZE Wildfire Challengeの出場資格を得た。これは、山火事と戦うためのドローン技術の開発と実装をチームに課す4年間の競技会だ。ペンシルベニア州立大学チームは、最も効果的な自律型消防システムを開発できるチームに総額500万ドル（約7億5千万円）の賞金が与えられる、競技会のトラックBに参加している。
アクステン氏、アイアー氏、ヴァレンテ氏に加えて、航空宇宙工学の教授であり、ARCCの教員アドバイザーであるエリック・ジョンソン氏も論文の共著者である。
チームは、以前の競技会での賞金と、工学部および航空宇宙工学科からの支援を利用して、ドローンプラットフォームを開発している。
