デルフト工科大学とワーヘニンゲン大学の研究チームは、生態学から借用した概念である臨界減速が、目に見える不安定性の兆候が出るずっと前に、 progressive な損傷によるドローンの制御喪失を予測できることを示した。
この研究はPNASに掲載され、リアルタイムフィードバックコントローラーを備えた能動的に制御される工学的システムへの臨界減速（CSD）指標の初めての適用となる。CSDは一般的な動的現象である：システムが臨界遷移に近づくにつれて、小さな摂動からの回復率が徐々に低下し、ラグ1自己相関（AC1）の増加とシステム出力信号の分散増加として現れる。これまでに湖泊の富栄養化、漁業の崩壊、急激な気候変動で観察されてきたが、フィードバックコントローラーを備えた工学的システムでは前例がなかった。
実験
チームは2つのクアッドローター・プラットフォーム, 自律型DragonFly（INDIFlightコントローラー搭載）と有人操縦型HoverFly（Betaflight搭載）, で367回の飛行を実施した。プロペラブレード先端の非対称損傷を0％（健全）から55％まで漸増的に適用し、4つのローター位置すべてを、ホバリング、軌道追跡、風雨条件を含む複数の飛行条件下でテストした。
重要な洞察：フィードバックコントローラーがシステムを継続的に安定化しても、損傷によって安定マージンが縮小するにつれて、閉ループ全体のダイナミクスがCSDを示す。この指標は、損傷システムの正確なモデルを必要とせずに、観測可能な信号, ローター速度、加速度計、ジャイロスコープ, を監視する。
結果
CSD指標（ローター速度信号のラグ1自己相関）は、目に見える不安定性が発生するずっと前に、すべてのローター（損傷のないものも含む）で損傷レベルとともに単調に増加した。わずか10％の損傷で、AC1がベースラインより上昇した確率は0.59（p<0.001）であった。15％の損傷では0.76（p<0.001）に上昇し、効果量は四分位範囲の1.14倍であった。
この指標はまた、目視検査では明らかにならなかった非対称な構造的脆弱性を明らかにした：後部ローターは前部ローターよりも有意に大きなAC1増加を示し（p<0.001）、バッテリー重量が後部モーターへの要求を増大させたことに起因する。左ローターのAC1増加は右より大きく（15％損傷でp=0.044）、左後部モーターが5°C高温で動作していた製造上の不一致に由来する。
DragonFly（INDIFlight）は約30％のブレード損傷で制御を失い、15％でAC1上昇が明確に見られた, 故障のかなり前であった。HoverFly（Betaflight）は約55％の損傷まで安定を維持した。厳しい条件下, 風と高速軌道の組み合わせ, では、わずか15％の損傷で制御喪失が発生した。
より広い意義
このアプローチはモデルフリーで観測可能な信号のみに依存するため、研究者らは多様な制御システムに適用可能であると主張している：航空機（論文はSriwijaya Air便SJ-182墜落を動機付けの例として挙げている）、産業用原子炉、自動運転車、電力網、自律ロボット。
2つの運用モードが提案されている：飛行中のリアルタイム早期警戒と、設計時にシステムのロバスト性を経験的に最適化するために小さな摂動を意図的に適用する探索的「チンカリング」モードである。
出典：
1. van Beers JJ, Scheffer M, Solanki P, van de Leemput IA, van Nes EH, de Visser CC. 「Early warning signals for loss of control in complex systems.」 PNAS. 2026;123(27):e2608847123. DOI: 10.1073/pnas.2608847123
雅子 訳