Στο εργαστήριο ρομποτικής του Πολυτεχνικού Ινστιτούτου Worcester (WPI) πραγματοποιούνται δοκιμές μικρά drones που βασίζονται στον ηχοεντοπισμό Αυτά τα drones που μοιάζουν με νυχτερίδες έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν όπου η όραση αποτυγχάνει: στο σκοτάδι, στον πυκνό καπνό ή στις καταιγίδες. Αυτά τα αεροσκάφη σε μέγεθος παλάμης στοχεύουν σε αποστολές έρευνας και διάσωσης σε σενάρια που είναι επί του παρόντος πολύ περίπλοκα για τα επιχειρηματικά μοντέλα.
Η ομάδα, με επικεφαλής τον Nitin Sanket, επίκουρο καθηγητή ρομποτικής μηχανικής στο WPI, ξεκινά από μια πολύ διαδεδομένη πραγματικότητα στις καταστάσεις έκτακτης ανάγκης: Οι καταστροφές διέκοψαν την παροχή ρεύματος Και πολλές επιχειρήσεις λαμβάνουν χώρα τη νύχτα. Γι' αυτό εμπνεύστηκαν από τη φύση για να δημιουργήσουν πλατφόρμες που πετούν με «αυτιά» αντί να βασίζονται σε κάμερες, ενισχυμένες με αλγόριθμους πλοήγησης και ελέγχου χαμηλής ισχύος.
Πώς λειτουργεί ο ηχοεντοπισμός σε αυτά τα μικροδρόμια;
Το πρωτότυπο χρησιμοποιεί ένα υπερηχητικός αισθητήρας Είναι απλό, παρόμοιο με αυτό των αυτόματων βρυσών, εκπέμπει παλμούς και μετράει την ηχώ για να υπολογίσει αποστάσεις και να αποφύγει συγκρούσεις. Αυτή η αρχή, σχετική με αυτήν που χρησιμοποιούν οι νυχτερίδες, του επιτρέπει να ανιχνεύει διαφανή εμπόδια ή με χαμηλή αντίθεση, όπου οι κάμερες θα υπολείπονταν.
Σε εργαστηριακές επιδείξεις, το drone εκτοξεύτηκε πρώτα σε περιβάλλοντα φωτισμό και στη συνέχεια σε χαμηλό φωτισμό. ένα αμυδρό κόκκινο φωςκαθώς και τεχνητή ομίχλη και χιόνι. Όταν πλησίαζε έναν τοίχο από πλεξιγκλάς, το σύστημα φρέναρε και έκανε επανειλημμένα όπισθεν, αποδεικνύοντας ότι η ακουστική ηχώ ήταν επαρκής για ασφαλείς ελιγμούς.
Ένα από τα εμπόδια ήταν η θόρυβος προπέλαςη οποία μολύνει τις υπερηχητικές μετρήσεις. Για να μετριάσουν αυτό, οι ερευνητές σχεδίασαν τρισδιάστατα εκτυπωμένα περιβλήματα που μειώνουν τις παρεμβολές και προσανατολίζουν την ακουστική δέσμη, βελτιώνοντας την αναλογία σήματος προς θόρυβο κατά την πτήση.
Η ομάδα συμπληρώνει τη φυσική πλευρά με τεχνητή νοημοσύνη για να φιλτράρετε και να ταξινομήσετε τις ηχώ σε πραγματικό χρόνο. Αυτά τα μοντέλα βοηθούν στη διάκριση των σχετικών ανακλάσεων από τον θόρυβο και τους ψευδείς συναγερμούς, ένας βασικός παράγοντας εάν θέλετε να κλιμακώσετε σε πιο σύνθετες αποστολές χωρίς να αυξήσετε την κατανάλωση ενέργειας.
Από πρωτότυπα σε αυτόνομα σμήνη
Πέρα από την βασική πτήση, οι ερευνητές επιδιώκουν να μετακινηθούν από χειροκίνητος έλεγχος σε συνεργατικές αναπτύξεις. Η ιδέα είναι ότι πολλά drones χωρίζουν το έδαφος, μαθαίνουν από αυτά που βλέπουν (ή ακούν) τα άλλα και λαμβάνουν τοπικές αποφάσεις σχετικά με το πού θα συνεχίσουν την αναζήτηση, με τον άνθρωπο να ενεργεί ως στρατηγικός επόπτης.
Σε αυτό το πλαίσιο, ο Ryan Williams, αναπληρωτής καθηγητής στο Virginia Tech, έχει εργαστεί πάνω στον προγραμματισμό drones που συντονίζουν τις τροχιές τους με ομάδες διάσωσης. Η ομάδα του έχει χρησιμοποιήσει ιστορικά δεδομένα από χιλιάδες περιπτώσεις των αγνοουμένων για να μοντελοποιηθεί ο τρόπος με τον οποίο κινείται κάποιος που χάνεται σε ένα δάσος και, ως εκ τούτου, να δοθεί προτεραιότητα στις πιο πιθανές περιοχές αναζήτησης.
Με αυτά τα μοντέλα, το σύστημα τοποθετεί τα drones σε περιοχές υψηλότερης πιθανότητας και προσαρμόζει το μοτίβο αναζήτησης με βάση τις νέες πληροφορίες. Ο συνδυασμός των σχεδιασμός μονοπατιού Και οι «ακουστικοί» αισθητήρες ανοίγουν την πόρτα σε λύσεις που λειτουργούν ακόμη και χωρίς αξιόπιστο GPS ή καθαρή όραση.
Ο απώτερος στόχος, παραδέχονται οι ομάδες, είναι η αυτονομία να πάψει να είναι απλώς συμβολική. Σήμερα, η ανάπτυξη πραγματικά αυτόνομα drones Είναι σπάνιο σε επιχειρήσεις διάσωσης. Η πρόκληση έγκειται στην επίδειξη ασφάλειας, ευρωστίας και ιχνηλασιμότητας των αποφάσεων για την επιχειρησιακή του χρήση.
Εφαρμογές και επιχειρησιακό πεδίο εφαρμογής
Τα τελευταία χρόνια έχουν δοθεί παραδείγματα χρήσης drones σε επιχειρήσεις διάσωσης: πλημμύρες στο ΠακιστάνΜια περίπτωση στην Καλιφόρνια μετά από δύο ημέρες μετά από έναν καταρράκτη ή η τοποθεσία μιας ασφαλούς διαδρομής για τρεις παγιδευμένους ανθρακωρύχους στον Καναδά. Αυτά ήταν συμβατικά συστήματα, αλλά η προσέγγιση του WPI στοχεύει να καλύψει κενά όπου η όραση αποτυγχάνει και η συγχρονισμός είναι τα πάντα.
Αν αυτές οι τεχνολογίες ωριμάσουν, υπηρεσίες έκτακτης ανάγκης σε Ευρώπη και Ισπανία Θα μπορούσαν να αποδειχθούν χρήσιμα σε σενάρια που αφορούν καπνό, σκόνη, χιόνι ή πολύπλοκους εσωτερικούς χώρους, όπως βιομηχανικά κτίρια, σήραγγες ή ερειπωμένες κατασκευές. Το κλειδί, τονίζουν οι ερευνητές, είναι να διατηρείται το κόστος χαμηλό και ενεργειακά αποδοτικό, ώστε να επιτρέπεται η ταυτόχρονη ανάπτυξη πολλών μονάδων.
Για να διευκολυνθεί η υιοθέτηση, το πρωτότυπο WPI βασίζεται σε στοιχεία του βαθμός χόμπι και συμπαγή σχέδια που μειώνουν το συνολικό κόστος. Όσο πιο προσιτό είναι το υλικό, τόσο πιο εύκολο θα είναι να ενταχθούν αυτές οι «νυχτερίδες» πυριτίου σε καταλόγους πολιτικής προστασίας.
Τι μένει να λυθεί
Η φύση θέτει τον πήχη ψηλά. Μια νυχτερίδα είναι ικανή να διακρίνει τις ηχώ επιλέγοντας τι ακούει και ανιχνεύοντας αντικείμενα με ακρίβεια όσο μια τρίχα από απόσταση αρκετών μέτρων. Τα drones απέχουν ακόμη πολύ από αυτή την ευαισθησία και επιλεκτικότητα, τόσο από άποψη υλικού όσο και από άποψη επεξεργασίας.
Το έργο WPI, το οποίο έχει ένα επιχορήγηση από το Εθνικό Ίδρυμα ΕπιστημώνΗ πρόοδος σημειώνεται βήμα προς βήμα: βελτίωση των περιβλημάτων, βελτίωση των φίλτρων σήματος, βελτιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας και ενίσχυση της πλοήγησης. Παρόλα αυτά, παραμένουν προκλήσεις, όπως ο θόρυβος πρόωσης, η ενέργεια που διατίθεται σε τόσο μικρές μορφές και η επικύρωση σε πραγματικά περιβάλλοντα με μεταβαλλόμενες συνθήκες.
Παράλληλα, το ακαδημαϊκό οικοσύστημα διερευνά πώς ενσωμάτωση μάθησης πραγματικών δεδομένων αναζήτησης και συντονισμός με ανθρώπινες ομάδες επί τόπου. Η σύγκλιση μεταξύ ακουστικών αισθητήρων και όρασης όπου είναι δυνατόν και τα μοντέλα κίνησης θα μπορούσαν να επιταχύνουν το άλμα από την απόδειξη της ιδέας στην ανάπτυξη.
Η εικόνα που σκιαγραφείται από αυτές τις εξελίξεις είναι σαφής: μικροδρόμια με "αυτιά"Φθηνά και αποτελεσματικά, αυτά τα drones θα μπορούσαν να καλύπτουν τη νυχτερινή βάρδια για έρευνα και διάσωση και να επιχειρούν σε σμήνη όπου η ορατότητα είναι περιορισμένη. Τεχνικές και κανονιστικές εργασίες απομένουν, αλλά η πορεία που χαράσσεται από το WPI και το Virginia Tech ανοίγει έναν ρεαλιστικό τρόπο για ασφαλή λειτουργία στο σκοτάδι, τον καπνό ή τις καταιγίδες.
