Vědec z Worcester Polytechnic Institute čerpá inspiraci od netopýrů při vývoji miniaturních létajících robotů určených pro pátrací a záchranné operace. Projekt vede Nitin Sanket, odborný asistent v oboru robotického inženýrství na WPI.
Představte si situaci: pohřešuje se člověk. Počasí je nepříznivé. Možná je mlha, kouř nebo prach. Možná se blíží soumrak. Potřeba najít danou osobu nezmizí, ale podmínky mohou některým letadlům v pátrání zabránit. Sanket to nepovažuje za nepřekonatelný problém.
„Pátrací a záchranné mise s helikoptérami mohou stát až 100 000 dolarů za misi,“ řekl The Robot Report. „Lidar je dobrý, ale energeticky náročný, a v nouzových podmínkách nemůžete čekat, až se kouř rozptýlí.“
Inspirován schopností netopýrů orientovat se ve vlhkých a prašných jeskyních navrhuje Sanketův tým vzdušné drony, které dokážou využívat echolokaci. Navigace založená na ultrazvukové technologii může rozšířit oblast, kterou lze prohledávat v noci, při lesních požárech nebo v mlze.
„Vždy mě fascinovalo, jak experti na létání v přírodě, jako jsou hmyz a ptáci, dokážou bez námahy proplouvat náročnými překážkovými drahami při lovu kořisti,“ uvedl Sanket. „Naše roboty, ačkoli velmi složité, se těmto biologickým létajícím tvorům nevyrovnají. To mě vedlo k úvahám, jak můžeme čerpat inspiraci z přírody a vytvořit lepší autonomní vzdušné roboty.“
Sanket a jeho tým na WPI vytvářejí hardware i software, které umožní vzdušným robotům létat autonomně. Využívají umělou inteligenci k tomu, aby robota naučili filtrovat a interpretovat zvukové signály a naučili se navigovat a vyhýbat se překážkám.
Navrhli také hardware, který minimalizuje rušení hlukem a zlepšuje spolehlivost výkonu robotů.
Sanket získal grant NSF na rozvoj echolokace
Profesor Sanket obdržel grant ve výši 704 908 dolarů od National Science Foundation na vývoj těchto vzdušných robotů. Na projektu pracuje se studenty bakalářského a magisterského studia na WPI ve své laboratoři v kampusu. Univerzitní laboratoř je vybavena prostorem pro létání, kde tým může testovat roboty, které navrhli a naprogramovali.
Projekt se zaměřuje na umožnění vzdušným robotům, menším než 100 mm a vážícím méně než 100 g, navigovat bez spoléhání se na zrak. Místo toho Sanketův tým vyvíjí senzorový systém založený na zvuku. Ultrazvuk je však složitá forma snímání.
Vír vrtulí robotů vytváří značný hluk a ultrazvuk má obvykle potíže s rozlišením malých prvků. Sanketův přístup řeší tyto výzvy na více frontách. Z hlediska hardwaru tým používá metamateriály ke snížení rušení hlukem.
„Když máte normální materiál, má obecné vlastnosti, ale když změníte geometrii, začne se chovat jinak,“ vysvětlil. „Chytrý design mu umožňuje modulovat zvuk. Představte si plochý plast versus zvlněný design, který odráží méně – pomyslete na pěnu používanou při tlumení zvuku.“
„Děláme něco podobného, jako když si lidé přikládají dlaně k uším nebo netopýři mění tvar svých uší, aby zachytili zvuk,“ vysvětlil Sanket. „Pracujeme s výrobci senzorů na vysílání zvuku s nízkou spotřebou energie. Netopýři mohou křičet na 140 decibelů – toto je stokrát méně.“
Výzkumníci z WPI také zkoumají různé způsoby pohonu, jako jsou mávající křídla, dodal.
WPI vyvíjí AI pro analýzu signálů a koordinaci dronů
Pokud jde o software, tým aplikuje hluboké učení informované fyzikou k filtrování a interpretaci ultrazvukových signálů. Tým používá hierarchický navigační systém posilovaného učení, který učí roboty, jak se pohybovat k cílům a zároveň se vyhýbat překážkám.
„Pečlivě navrhujeme neuronovou síť, kterou mechanický design pomáhá zmenšit,“ řekl Sanket. „Nejprve studentům říkám, že to musí fungovat na robotovi – žádný cloud, žádná infrastruktura. Zjišťujeme to průběžně.“
Prostřednictvím této kombinace vnímání robotů, AI inspirované biologií a učení robotů se Sanket snaží vytvořit levné, energeticky účinné roje dronů, které mohou uspět tam, kde systémy založené na vidění selhávají.
Uvedl, že očekává, že drony budou používat fúzi senzorů k doplnění dalších senzorových modalit echolokací. Ultrazvuk by nakonec mohl pomoci detekovat srdeční tep přeživších.
„Rozlišení ultrazvuku je ve srovnání s kamerami slabé, ale můžeme se vrátit k biologickým modelům a pracovat s IMU a dalšími senzory,“ řekl Sanket. „Netopýři vyvinuli obě věci společně.“
„Vyhýbání se překážkám už zvládáme docela dobře, ale chceme to dělat rychleji než 2 m/s, což je pro pátrání a záchranu pomalé,“ poznamenal. „Při dálničních rychlostech v lese se zvuky komprimují, což musíme v modelech zohlednit. Připravujeme se na nasazení v reálném světě za tři až pět let.“
Další aplikace mimo pátrání a záchranu by mohly zahrnovat monitorování v katastrofických zónách a nebezpečných prostředích, uvedl.
Sanket dodal, že principy navigace založené na zvuku by mohly prospět tak rozmanitým oborům, jako jsou samořídící automobily, ochrana korálových útesů a průzkum sopek.
Zdroj: therobotreport.com
Zdroj: eTEC.NEWS
