U laboratoriju za robotiku Politehničkog instituta Worcester (WPI) testiraju mali dronovi temeljeni na eholokaciji Ovi dronovi nalik šišmišima dizajnirani su za djelovanje tamo gdje je vid slab: u mraku, gustom dimu ili olujama. Ove letjelice veličine dlana namijenjene su... misije potrage i spašavanja u scenarijima koji su trenutno vrlo komplicirani za poslovne modele.
Tim, predvođen Nitinom Sanketom, docentom robotike na WPI-ju, polazi od vrlo raširene stvarnosti u hitnim slučajevima: Katastrofe prekidaju opskrbu strujom I mnoge se operacije odvijaju noću. Zato su crpili inspiraciju iz prirode kako bi stvorili platforme koje lete s "ušima" umjesto da se oslanjaju na kamere, pojačane navigacijskim i kontrolnim algoritmima male snage.
Kako eholokacija funkcionira u ovim mikrodronovima?
Prototip koristi ultrazvučni senzor Jednostavno je, slično kao i kod automatskih slavina, emitira impulse i mjeri jeku kako bi se utvrdile udaljenosti i izbjegli sudari. Ovaj princip, sličan onome koji koriste šišmiši, omogućuje mu otkrivanje prozirne prepreke ili s niskim kontrastom, gdje kamere ne bi bile dovoljne.
U laboratorijskim demonstracijama, dron je prvo lansiran pri ambijentalnom svjetlu, a zatim pri slabom svjetlu. prigušeno crveno svjetlokao i umjetna magla i snijeg. Prilikom približavanja zidu od pleksiglasa, sustav je više puta kočio i vozio unatrag, pokazujući da je akustični odjek dovoljan za sigurno manevriranje.
Jedna od prepreka bila je buka propelerašto je kontaminiralo ultrazvučna očitanja. Kako bi to ublažili, istraživači su dizajnirali kućišta izrađena 3D printanjem koja smanjuju interferenciju i orijentiraju akustični snop, poboljšavajući omjer signala i šuma u letu.
Tim nadopunjuje fizički aspekt s umjetna inteligencija filtrirati i klasificirati odjeke u stvarnom vremenu. Ovi modeli pomažu u razlikovanju relevantnih refleksija od buke i lažnih alarma, što je ključni faktor ako želite skalirati na složenije misije bez povećanja potrošnje energije.
Od prototipova do autonomnih rojeva
Osim osnovnog letenja, istraživači žele prijeći s ručno upravljanje do kooperativnih raspoređivanja. Ideja je da nekoliko dronova podijeli teren, uči iz onoga što drugi vide (ili čuju) i donosi lokalne odluke o tome gdje nastaviti pretragu, a čovjek djeluje kao strateški nadzornik.
U tom smislu, Ryan Williams, izvanredni profesor na Virginia Techu, radio je na programiranju dronova koji koordiniraju svoje putanje sa spasilačkim timovima. Njegova grupa je koristila povijesni podaci iz tisuća slučajeva nestalih osoba kako bi se modeliralo kretanje osobe koja se izgubi u šumi i tako odredila prioritetna područja pretraživanja.
S ovim modelima, sustav pozicionira dronove u područjima veće vjerojatnosti i prilagođava obrazac pretraživanja na temelju novih informacija. Kombinacija planiranje puta A "akustični" senzori otvaraju vrata rješenjima koja rade čak i bez pouzdanog GPS-a ili jasnog vida.
Krajnji cilj, priznaju timovi, jest da autonomija prestane biti samo simbolična. Danas je raspoređivanje istinski autonomni dronovi Rijedak je u spasilačkim operacijama; izazov leži u dokazivanju sigurnosti, robusnosti i sljedivosti odluka za njegovu operativnu upotrebu.
Primjene i operativni opseg
Posljednjih godina bilo je primjera korištenja dronova u spasilačkim operacijama: poplave u PakistanuSlučaj u Kaliforniji dva dana nakon vodopada ili lokacija sigurne rute za tri zarobljena rudara u Kanadi. To su bili konvencionalni sustavi, ali WPI-jev pristup ima za cilj popuniti praznine tamo gdje vizija zakaže i vrijeme uzimanja to je sve.
Ako ove tehnologije sazriju, hitne službe u Europi i Španjolskoj Mogli bi se pokazati korisnima u scenarijima koji uključuju dim, prašinu, snijeg ili složene interijere, poput industrijskih zgrada, tunela ili oronulih građevina. Ključno je, naglašavaju istraživači, održati niske troškove i energetski učinkovitima kako bi se omogućilo istovremeno postavljanje mnogih jedinica.
Kako bi se olakšalo usvajanje, WPI prototip se oslanja na komponente hobi razred i kompaktni dizajni koji smanjuju ukupne troškove. Što je hardver pristupačniji, lakše će biti uvrstiti ove silikonske "šišmiše" u kataloge civilne zaštite.
Što još treba riješiti
Priroda postavlja visoke standarde. Šišmiš je sposoban razlikovati odjeke odabirom onoga što čuje i detektiranjem objekata finih poput dlake s udaljenosti od nekoliko metara. Dronovi su još uvijek daleko od te osjetljivosti i selektivnosti, kako u pogledu hardvera tako i obrade.
Projekt WPI, koji ima potpora Nacionalne zaklade za znanostNapredak se postiže korak po korak: poboljšanjem kućišta, usavršavanjem signalnih filtera, optimizacijom potrošnje energije i jačanjem navigacije. Unatoč tome, izazovi ostaju, poput buke pogona, energije dostupne u tako malim formatima i validacije u stvarnim okruženjima s promjenjivim uvjetima.
Paralelno s tim, akademski ekosustav istražuje kako integrirati učenje stvarnih podataka pretrage i koordinacije s ljudskim timovima na terenu. Konvergencija između akustičnih senzora i vida gdje je to moguće i modeli gibanja mogli bi ubrzati prijelaz od dokaza koncepta do implementacije.
Slika koju stvaraju ovi napredci je jasna: mikrodronovi s "ušima"Jeftini i učinkoviti, ovi dronovi mogli bi pokriti noćnu smjenu za potragu i spašavanje te djelovati u rojevima gdje je vidljivost ograničena. Tehnički i regulatorni rad još uvijek je potreban, ali put koji su zacrtali WPI i Virginia Tech otvara realan način za siguran rad u mraku, dimu ili olujama.
