Akoestische intelligentie van BeephoniX tegen dreiging van drones

Het detecteren en onschadelijk maken van drones is al jaren een zorgpunt in de wereld van defensie en beveiliging. Naarmate de incidenten toenemen en meer mensen er hinder van ondervinden, wordt de zoektocht naar een oplossing urgenter. Dus toen dit weekend het vliegverkeer op Eindhoven Airport twee uur lang werd stilgelegd vanwege onbekende drones (en soortgelijke incidenten afgelopen week voor onrust zorgden rond de militaire bases Volkel en Kleine Brogel), kwam er direct een reactie van de minister van defensie. "Verstoring van vliegverkeer met drones is onaanvaardbaar. Dus treden we hiertegen op", aldus demissionair minister Brekelmans.

Hoeveel drones er gezien waren rondom het vliegveld is niet bekend. Ook is onduidelijk wie de drones heeft bestuurd. Tja, hoe detecteer en volg je kleine, goedkope, moeilijk waar te nemen drones in complexe omgevingen? Goede vraag, maar een paar dagen daarvoor, op letterlijk een steenworp afstand van Eindhoven Airport, formuleerden twee Nederlandse startups er tegenover staatssecretaris van Defensie Gijs Tuinman al hun antwoord op. Beephonix en Fiducial, beide aanwezig op het Blue Magic Netherlands event dat afgelopen week in Eindhoven plaatsvond, lichtten daar hun concrete oplossingen toe. In dit artikel gaan we in op de akoestische intelligentie van BeephoniX; click hier voor het verhaal van Fiducial.

BeephoniX ontstond als spin-off van de gehoorwetenschappelijke groep van de Radboud Universiteit, en is momenteel gevestigd in Utrecht. “Bij ons draait het helemaal om akoestische intelligentie, waarmee we de beveiliging van het luchtruim opnieuw definiëren”, vertelde CEO Klaas-Jan Kakebeeke aan het publiek. Met de snelle verspreiding van semi-militaire drones, smokkeldrones en in de winkel verkrijgbare quadcopters “neemt de dreiging toe”, merkte hij op. “Zijn we echt beschermd? Nog niet voldoende.”

Geen wondermiddel, maar een ontbrekende laag

Radar heeft moeite met zeer kleine drones. RF-systemen falen wanneer operators in de stille modus vliegen. Optische sensoren zijn blind in mist, duisternis of stedelijke rommel. Dat is waar BeephoniX ruimte ziet voor zijn specialiteit. “Er is geen wondermiddel tegen UAS”, zei Van den Brink. “Akoestiek vervangt radar of RF niet, maar voegt een laag toe die die systemen niet hebben.”

Hun sensor, de BeephoniX M2, is een 40 centimeter lange, volledig passieve akoestische array met 151 MEMS-microfoons. Met behulp van realtime beamforming, AI-gebaseerde signaalverwerking en classificatiealgoritmen detecteert, lokaliseert, volgt en identificeert het drones van klasse I-II, zelfs in gebieden zonder GPS-ontvangst of met slecht zicht.

Omdat het systeem zelf geen signaal uitzendt, is het bijzonder aantrekkelijk voor speciale eenheden of geheime operaties. “Het is volledig passief, dus het kan nuttig zijn in gevallen waarin je je positie niet wilt prijsgeven”, aldus Kakebeeke.

Verrassende nauwkeurigheid en FPV-detectie op lange afstand

In een recente demo met het Nederlandse leger detecteerde de M2 FPV-drones tussen 600 en 900 meter, zonder visueel zicht. Commerciële drones zoals de DJI Mavic 4 werden met een enkele sensor op 200-300 meter afstand gedetecteerd.

Grotere, luidruchtigere drones, zoals modellen van het type Shahed, waarvan het gebruik in Oekraïne heeft geleid tot een hele cottage-industrie van open-source akoestische datasets, kunnen op basis van vroege testen mogelijk worden gedetecteerd op 1,5 km afstand, zo verwacht BeephoniX.

De nauwkeurigheid bij het bepalen van de richting ligt momenteel op 1-2 graden, wat perfect werkt wanneer sensoren in een 'mesh' werken. “Als we ze in een netwerk plaatsen, kunnen we een koepel creëren die een groter gebied bestrijkt”, legt Kakebeeke uit.

Van gehoorapparaten tot sensoren op het slagveld

De wortels van BeephoniX in de audiologie zijn belangrijker dan je zou denken. De beamforming- en ruisonderdrukkingsalgoritmen van de startup zijn afkomstig uit onderzoek naar het oplossen van “het cocktailpartyprobleem”, waarbij betekenisvolle signalen in rumoerige omgevingen worden onderscheiden. Voor drones is het principe vergelijkbaar: herken een rotorsignatuur die verborgen is in omgevingsruis.

Het bedrijf heeft nu negen specialisten in dienst (embedded software-engineers, ML-experts en signaalverwerkingswetenschappers) en is van plan om het personeelsbestand volgend jaar te verdubbelen. Een SAPIENT-interface volgens NAVO-norm en aanvullende API's zorgen ervoor dat de sensor kan worden aangesloten op bestaande situationele bewustzijnssystemen.

BeephoniX ziet zichzelf niet als een op zich staande oplossing tegen drones, maar als een gegevenslaag die radar-, RF-, EO/IR- en command-and-control-platforms voedt. “We verkopen sensoren, maar uiteindelijk verkopen we data”, aldus Kakebeeke. “Situatiebewustzijn is afhankelijk van het combineren van sensormodaliteiten.”

Ook voor artillerievuur of geweerschoten

De startup bereidt 10 tot 15 projecten voor komend jaar voor, goed voor 1,2 tot 1,5 miljoen euro aan inkomsten. Een groot proefproject zal worden uitgevoerd in de haven van Amsterdam, waar de M2 een aanvulling moet vormen op radar- en cameranetwerken om dronebewegingen boven water en industrieterreinen te detecteren.

Een ander doel is detectie vanuit voertuigen, waarvoor het motorgeluid moet worden weggefilterd met behulp van trainingsdata. Speciale eenheden hebben ook belangstelling getoond voor een kleinere versie van 20 cm van de array.

Op de lange termijn verwacht BeephoniX dat dezelfde hardware artillerievuur of geweerschoten kan detecteren op basis van laagfrequente signaturen, waardoor het toepassingsgebied verder reikt dan drones.

Tot 5 miljoen euro ophalen

Om op te schalen is het bedrijf op zoek naar 5 miljoen euro aan investeringen om zijn AI-team te versterken, classificatiedatasets uit te breiden, valse positieven te verminderen en een kleine gespecialiseerde verkoopafdeling op te zetten, inclusief een militair adviseur. “We begrijpen de technologie, maar we zijn nog steeds bezig met het leren van de defensietaal”, gaf Kakebeeke toe.

Nu drone-incidenten het civiele en militaire luchtruim blijven verstoren, van Eindhoven Airport tot Volkel en Kleine Brogel, is Europa op zoek naar gelaagde, betaalbare detectiemogelijkheden. BeephoniX gelooft dat geluid een belangrijk deel van die oplossing kan uitmaken.