В лабораторията по роботика на Политехническия институт Уорчестър (WPI) се провеждат тестове малки дронове, базирани на ехолокация Тези дронове, подобни на прилепи, са проектирани да работят там, където зрението се проваля: в тъмнина, гъст дим или бури. Тези летателни апарати с размерите на длан са насочени към мисии за търсене и спасяване в сценарии, които в момента са много сложни за бизнес моделите.
Екипът, ръководен от Нитин Санкет, доцент по роботика в WPI, изхожда от една много широко разпространена реалност при извънредни ситуации: Бедствията прекъсват електрозахранването И много операции се извършват през нощта. Ето защо те са черпили вдъхновение от природата, за да създадат платформи, които летят с „уши“, вместо да разчитат на камери, подсилени с навигационни и управляващи алгоритми с ниска мощност.
Как работи ехолокацията в тези микродронове?
Прототипът използва ултразвуков сензор Това е просто, подобно на това на автоматичните кранове, излъчва импулси и измерва ехото, за да се изчислят разстоянията и да се избегнат сблъсъци. Този принцип, подобен на този, използван от прилепите, му позволява да открива прозрачни препятствия или с нисък контраст, където камерите биха се провалили.
При лабораторни демонстрации дронът първо е бил изстрелян при околна светлина, а след това при слаба светлина. слаба червена светлинакакто и изкуствена мъгла и сняг. При приближаване до плексигласова стена, системата многократно е спирала и е давала заден ход, демонстрирайки, че акустичното ехо е достатъчно за безопасно маневриране.
Едно от препятствията беше шум от витлотокоето е замърсявало ултразвуковите показания. За да смекчат това, изследователите са проектирали 3D-принтирани корпуси, които намаляват смущенията и ориентират акустичния лъч, подобрявайки съотношението сигнал/шум по време на полет.
Екипът допълва физическия аспект с изкуствен интелект да филтрират и класифицират ехото в реално време. Тези модели помагат за разграничаване на съответните отражения от шума и фалшивите аларми, ключов фактор, ако искате да се приспособите към по-сложни мисии, без да увеличавате консумацията на енергия.
От прототипи до автономни рояци
Отвъд основния полет, изследователите се стремят да преминат от ръчно управление до кооперативни разполагания. Идеята е няколко дрона да разделят терена, да се учат от това, което другите виждат (или чуват), и да вземат локални решения за това къде да продължат търсенето, като човекът действа като стратегически надзорник.
В този дух, Райън Уилямс, доцент във Вирджиния Тек, е работил върху програмирането на дронове, които координират траекториите си със спасителните екипи. Неговата група е използвала исторически данни от хиляди случаи на изчезнали лица, за да се моделира как се движи някой, който се е изгубил в гората, и по този начин да се приоритизират най-вероятните райони за търсене.
С тези модели системата позиционира дроновете в зони с по-висока вероятност и коригира модела на търсене въз основа на нова информация. Комбинацията от планиране на пътя А „акустичните“ сензори отварят вратата към решения, които работят дори без надежден GPS или ясно зрение.
Крайната цел, признават екипите, е автономията да престане да бъде просто символична. Днес разполагането на наистина автономни дронове Той е рядък в спасителните операции; предизвикателството е в демонстрирането на безопасност, надеждност и проследимост на решенията за оперативното му използване.
Приложения и оперативен обхват
Последните години предоставиха примери за използване на дронове в спасителни операции: наводнения в ПакистанСлучай в Калифорния два дни след водопад или местоположението на безопасен маршрут за трима заседнали миньори в Канада. Това бяха конвенционални системи, но подходът на WPI има за цел да запълни празнините там, където визията не успява и времето това е всичко.
Ако тези технологии се развият, аварийни служби в Европа и Испания Те биха могли да се окажат полезни в сценарии, включващи дим, прах, сняг или сложни интериори, като например промишлени сгради, тунели или порутени конструкции. Ключът, подчертават изследователите, е да се поддържат ниски разходи и енергийна ефективност, за да се позволи едновременното разполагане на много устройства.
За да се улесни приемането, прототипът на WPI разчита на компоненти на хоби клас и компактни дизайни, които намаляват общите разходи. Колкото по-достъпен е хардуерът, толкова по-лесно ще бъде тези силициеви „прилепи“ да бъдат включени в каталозите на гражданската защита.
Какво остава да бъде решено
Природата е поставила летвата високо. Прилепът е способен разграничава ехото като избира това, което чува, и открива обекти с фини размери на косъм от няколко метра разстояние. Дроновете все още са далеч от тази чувствителност и селективност, както по отношение на хардуера, така и на обработката.
Проектът WPI, който има грант от Националната научна фондацияНапредъкът се постига стъпка по стъпка: подобряване на корпусите, усъвършенстване на сигналните филтри, оптимизиране на консумацията на енергия и подобряване на навигацията. Въпреки това остават предизвикателства, като например шума от задвижването, наличната енергия в толкова малки формати и валидирането в реални среди с променящи се условия.
Успоредно с това, академичната екосистема проучва как интегриране на обучението на реални данни от търсенето и координиране с човешки екипи на място. Сближаване между акустичните сензори и зрението, където е възможно и моделите на движение биха могли да ускорят прехода от доказателство за концепция към внедряване.
Картината, нарисувана от тези постижения, е ясна: микродронове с „уши“Евтини и ефикасни, тези дронове биха могли да покрият нощната смяна за търсене и спасяване и да работят на групи, където видимостта е ограничена. Техническата и регулаторната работа остава, но пътят, очертан от WPI и Virginia Tech, открива реалистичен начин за безопасна работа в тъмнина, дим или бури.
