V laboratoriju za robotiko Politehničnega inštituta Worcester (WPI) testirajo majhni droni, ki temeljijo na eholokaciji Ti netopirjem podobni droni so zasnovani za delovanje tam, kjer je vid slab: v temi, gostem dimu ali nevihtah. Ta letala velikosti dlani so namenjena iskalne in reševalne misije v scenarijih, ki so trenutno za poslovne modele zelo zapleteni.
Ekipa, ki jo vodi Nitin Sanket, docent robotike na WPI, izhaja iz zelo razširjene realnosti v izrednih razmerah: Nesreče so prekinile oskrbo z električno energijo In številne operacije se izvajajo ponoči. Zato so se navdihnili v naravi, da bi ustvarili platforme, ki letijo z "ušesi" namesto da bi se zanašale na kamere, okrepljene z nizkoenergijskimi navigacijskimi in krmilnimi algoritmi.
Kako deluje eholokacija v teh mikrodronih?
Prototip uporablja ultrazvočni senzor Preprosto je, podobno kot pri avtomatskih pipah, oddaja impulze in meri odmev za sklepanje o razdaljah in preprečevanje trkov. To načelo, podobno tistemu, ki ga uporabljajo netopirji, omogoča zaznavanje prozorne ovire ali z nizkim kontrastom, kjer kamere ne bi bile dovolj učinkovite.
V laboratorijskih demonstracijah so dron najprej izstrelili v okolju, nato pa še v šibki svetlobi. šibka rdeča lučpa tudi umetno meglo in sneg. Pri približevanju pleksi steni je sistem večkrat zaviral in se vzvratno premikal, kar je dokazovalo, da je akustični odmev zadosten za varno manevriranje.
Ena od ovir je bila hrup propelerjakar je onesnaževalo ultrazvočne odčitke. Da bi to ublažili, so raziskovalci zasnovali ohišja, natisnjena s 3D-tiskalnikom, ki zmanjšujejo motnje in usmerjajo akustični žarek, s čimer izboljšajo razmerje med signalom in šumom med letom.
Ekipa dopolnjuje fizični vidik z umetna inteligenca za filtriranje in razvrščanje odmevov v realnem času. Ti modeli pomagajo razlikovati med ustreznimi odboji od hrupa in lažnih alarmov, kar je ključni dejavnik, če želite sistem prilagoditi bolj kompleksnim misijam, ne da bi povečali porabo energije.
Od prototipov do avtonomnih rojev
Raziskovalci želijo poleg osnovnega letenja preiti tudi na ročno upravljanje do kooperativnih namestitev. Ideja je, da si več dronov razdeli teren, se uči iz tega, kar vidijo (ali slišijo) drugi, in sprejema lokalne odločitve o tem, kje nadaljevati iskanje, pri čemer človek deluje kot strateški nadzornik.
V skladu s tem je Ryan Williams, izredni profesor na Virginia Techu, delal na programiranju dronov, ki usklajujejo svoje poti z reševalnimi ekipami. Njegova skupina je uporabila zgodovinski podatki iz tisočev primerov pogrešanih oseb, da bi modelirali, kako se nekdo, ki se izgubi v gozdu, premika, in tako določili prednostna območja, ki so najverjetnejša za iskanje.
S temi modeli sistem pozicionira drone na območjih z večjo verjetnostjo in prilagodi vzorec iskanja na podlagi novih informacij. Kombinacija načrtovanje poti In "akustični" senzorji odpirajo vrata rešitvam, ki delujejo tudi brez zanesljivega GPS-a ali jasnega vida.
Končni cilj, priznavajo ekipe, je, da avtonomija neha biti zgolj simbolična. Danes je uvedba resnično avtonomni droni V reševalnih akcijah je redek; izziv je v dokazovanju varnosti, robustnosti in sledljivosti odločitev za njegovo operativno uporabo.
Uporaba in operativni obseg
V zadnjih letih so bili v reševalnih akcijah uporabljeni droni: poplave v PakistanuPrimer v Kaliforniji dva dni po slapu ali lokacija varne poti za tri ujete rudarje v Kanadi. To so bili običajni sistemi, vendar si pristop WPI prizadeva zapolniti vrzeli tam, kjer vizija odpove in čas to je vse.
Če te tehnologije dozorijo, nujne službe v Evropa in Španija Lahko bi se izkazali za uporabne v scenarijih, ki vključujejo dim, prah, sneg ali kompleksne notranjosti, kot so industrijske stavbe, predori ali dotrajane strukture. Raziskovalci poudarjajo, da je ključnega pomena ohranjanje nizkih stroškov in energetske učinkovitosti, da se omogoči hkratna namestitev več enot.
Za lažje sprejetje se prototip WPI opira na komponente hobi razred in kompaktne zasnove, ki znižujejo skupne stroške. Bolj ko je strojna oprema cenovno dostopna, lažje bo te silicijeve "netopirje" vključiti v kataloge civilne zaščite.
Kaj je še treba rešiti
Narava postavlja visoke standarde. Netopir je zmožen razločuje odmeve z izbiranjem, kaj sliši, in zaznavanjem predmetov, drobnih kot las, z razdalje nekaj metrov. Droni so še vedno daleč od te občutljivosti in selektivnosti, tako v smislu strojne opreme kot obdelave.
Projekt WPI, ki ima nepovratna sredstva Nacionalne znanstvene fundacijeNapredek se dogaja korak za korakom: izboljšujejo se ohišja, izpopolnjujejo se signalni filtri, optimizira se poraba energije in izboljšuje se navigacija. Kljub temu pa ostajajo izzivi, kot so hrup pogona, energija, ki je na voljo v tako majhnih formatih, in validacija v resničnih okoljih s spreminjajočimi se pogoji.
Vzporedno akademski ekosistem raziskuje, kako integrirati učenje dejanskih podatkov iskanja in usklajevanje s človeškimi ekipami na terenu. Konvergenca med akustičnimi senzorji in vidom, kjer je to mogoče in modeli gibanja bi lahko pospešili preskok od dokaza koncepta do uvedbe.
Slika, ki jo naslikajo ti napredki, je jasna: mikrodroni z "ušesi"Ti poceni in učinkoviti brezpilotni letalniki bi lahko pokrivali nočno izmeno iskanja in reševanja ter delovali v rojih, kjer je vidljivost omejena. Tehnično in regulativno delo še ni rešeno, vendar pot, ki sta jo začrtala WPI in Virginia Tech, odpira realističen način za varno delovanje v temi, dimu ali nevihtah.
