W laboratorium robotyki Instytutu Politechnicznego w Worcester (WPI) przeprowadzane są testy małe drony oparte na echolokacji Te drony przypominające nietoperze zostały zaprojektowane do działania w miejscach, gdzie widoczność jest ograniczona: w ciemności, gęstym dymie lub w burzach. Te samoloty wielkości dłoni są przeznaczone do… misje poszukiwawczo-ratownicze w scenariuszach, które obecnie są bardzo skomplikowane dla modeli biznesowych.
Zespół pod kierownictwem Nitina Sanketa, adiunkta inżynierii robotyki na WPI, wychodzi od bardzo powszechnej rzeczywistości sytuacji kryzysowych: Katastrofy odcinają dopływ prądu Wiele operacji odbywa się w nocy. Dlatego inspirowali się naturą, tworząc platformy latające za pomocą „uszów” zamiast kamer, wzmocnione energooszczędnymi algorytmami nawigacji i sterowania.
Jak działa echolokacja w tych mikrodronach?
Prototyp wykorzystuje czujnik ultradźwiękowy To proste, podobne do działania automatycznych kranów, które emitują impulsy i mierzą echo, aby określić odległość i uniknąć kolizji. Ta zasada, nawiązująca do tej stosowanej przez nietoperze, pozwala na wykrywanie… przezroczyste przeszkody lub z niskim kontrastem, w którym kamery nie dałyby rady.
Podczas pokazów laboratoryjnych dron został najpierw wystrzelony w świetle otoczenia, a następnie w warunkach słabego oświetlenia. słabe czerwone światłoa także sztuczną mgłę i śnieg. Zbliżając się do ściany z pleksiglasu, system wielokrotnie hamował i cofał, co dowodziło, że echo akustyczne było wystarczające do bezpiecznego manewrowania.
Jedną z przeszkód było hałas śmigłaktóry zanieczyszczał odczyty ultradźwiękowe. Aby temu zaradzić, naukowcy zaprojektowali obudowy drukowane w technologii 3D, które tłumią zakłócenia i orientują wiązkę akustyczną, poprawiając stosunek sygnału do szumu w locie.
Zespół uzupełnia aspekt fizyczny o sztuczna inteligencja do filtrowania i klasyfikowania ech w czasie rzeczywistym. Modele te pomagają odróżnić istotne odbicia od szumów i fałszywych alarmów, co jest kluczowym czynnikiem, jeśli chcesz skalować misje do bardziej złożonych celów bez zwiększania zużycia energii.
Od prototypów do autonomicznych rojów
Poza podstawowym lotem naukowcy chcą przejść od sterowanie ręczne do wspólnych wdrożeń. Idea polega na tym, że kilka dronów dzieli teren, uczy się z tego, co widzą (lub słyszą) inni i podejmuje lokalne decyzje o tym, gdzie kontynuować poszukiwania, a człowiek pełni rolę strategicznego nadzorcy.
W tym samym duchu Ryan Williams, adiunkt na Virginia Tech, pracował nad programowaniem dronów, które koordynują swoje trajektorie z zespołami ratunkowymi. Jego grupa wykorzystała dane historyczne z tysięcy przypadków osób zaginionych, aby odtworzyć sposób poruszania się osoby, która zgubiła się w lesie, i w ten sposób ustalić priorytety w zakresie obszarów poszukiwań.
Dzięki tym modelom system pozycjonuje drony w obszarach o wyższym prawdopodobieństwie i dostosowuje schemat wyszukiwania na podstawie nowych informacji. Połączenie planowanie ścieżki A czujniki „akustyczne” otwierają drzwi do rozwiązań, które działają nawet bez niezawodnego GPS-u i wyraźnego widzenia.
Zespoły przyznają, że ostatecznym celem jest to, aby autonomia przestała być jedynie symboliczna. Dziś wdrażanie prawdziwie autonomiczne drony Jest to środek rzadko stosowany w operacjach ratowniczych, wyzwaniem jest wykazanie bezpieczeństwa, solidności i możliwości śledzenia decyzji w zakresie jego operacyjnego wykorzystania.
Zastosowania i zakres operacyjny
Ostatnie lata przyniosły przykłady wykorzystania dronów w operacjach ratunkowych: powodzie w PakistaniePrzypadek w Kalifornii po dwóch dniach od wodospadu, czy lokalizacja bezpiecznej drogi dla trzech uwięzionych górników w Kanadzie. To były konwencjonalne systemy, ale podejście WPI ma na celu wypełnienie luk, w których wizja zawodzi, a wyczucie czasu to wszystko.
Jeśli te technologie dojrzeją, służby ratunkowe w Europa i Hiszpania Mogą okazać się przydatne w scenariuszach związanych z dymem, kurzem, śniegiem lub skomplikowanymi wnętrzami, takimi jak budynki przemysłowe, tunele czy zniszczone konstrukcje. Kluczem, jak podkreślają badacze, jest utrzymanie niskich kosztów i energooszczędności, aby umożliwić jednoczesne wdrożenie wielu jednostek.
Aby ułatwić adopcję, prototyp WPI opiera się na komponentach gatunek hobbystyczny i kompaktowe konstrukcje, które obniżają całkowity koszt. Im tańszy sprzęt, tym łatwiej będzie wprowadzić te krzemowe „nietoperze” do katalogów ochrony cywilnej.
Co pozostaje do rozwiązania
Natura stawia poprzeczkę wysoko. Nietoperz jest zdolny rozróżniać echa wybierając to, co słyszy i wykrywając obiekty tak drobne jak włos z odległości kilku metrów. Drony wciąż są dalekie od tej czułości i selektywności, zarówno pod względem sprzętu, jak i przetwarzania.
Projekt WPI, który ma dotacja z Narodowej Fundacji NaukiPostępy postępują krok po kroku: ulepszamy obudowy, udoskonalamy filtry sygnału, optymalizujemy zużycie energii i wzmacniamy nawigację. Mimo to wciąż istnieją wyzwania, takie jak hałas silnika, energia dostępna w tak małych formatach oraz walidacja w rzeczywistych warunkach i zmieniających się warunkach.
Równocześnie ekosystem akademicki bada, w jaki sposób zintegrować naukę rzeczywistych danych z wyszukiwań i koordynujemy działania z zespołami ludzkimi w terenie. Konwergencja czujników akustycznych i wizji, tam gdzie to możliwe a modele ruchu mogą przyspieszyć przejście od dowodu koncepcji do wdrożenia.
Obraz, jaki wyłania się z tych postępów, jest jasny: mikrodrony z „uszami”Niedrogie i wydajne, drony te mogłyby pracować na nocnej zmianie w akcjach poszukiwawczo-ratunkowych oraz operować w rojach, gdzie widoczność jest ograniczona. Nadal trwają prace techniczne i regulacyjne, ale ścieżka wytyczona przez WPI i Virginia Tech otwiera realistyczny sposób na bezpieczne operowanie w ciemności, w dymie lub podczas burz.
