Дронове, вдъхновени от прилепите: Ултразвукова ехолокация осигурява автономно ‘зрение’ в пълен мрак
Учени от Политехническия институт в Устър (WPI) разработиха нов клас миниатюрни дронове, наречени PeAR, които използват ултразвукова ехолокация, вдъхновена от прилепите. Тази технология им позволява автономно да се ориентират и да избягват препятствия в условия на пълна тъмнина, дим и сняг, където визуалните системи се провалят. Дроновете, които получиха грант от 705 000 долара от Националната научна фондация, са предназначени предимно за опасни операции по търсене и спасяване.
Учени от Политехническия институт в Устър (WPI) в САЩ разработват нов клас миниатюрни дронове, които използват ултразвук, за да се ориентират в среда с ниска или нулева видимост. Тези машини, вдъхновени от природната способност на прилепите да навигират в тъмното, могат да се движат безопасно дори там, където роботите, разчитащи на оптични системи, са безполезни.
Лабораторията по роботика в WPI служи като тестова площадка за тези иновативни въздушни роботи. Изследователите са се обърнали към природата, търсейки решение на проблема с ориентацията в тъмни и задимени пространства.
„Изграждаме нов клас дронове с технологии, изградени върху това, което правят прилепите: ехолокация – изпращане на звуков импулс, прослушване на слабо ехо и разпознаване на препятствията. Това е различно и по-добро от съвременните технологии, защото работи в дим, тъмнина, сняг, което е изключително важно при операциите по търсене и спасяване. Сегашните роботи са големи, обемисти, скъпи и не могат да работят при различни сценарии. Нашите роботи са по-малки. Затова са и по-безопасни и пъргави.“
— проф. Нитин Дж. Санкет, преподавател по роботика от Политехническия институт в Устър
Резултатът от това изследване е прилепът дрон PeAR, кръстен на групата за възприятие и автономна роботика в института. Тези дронове използват ултразвукови сензори и ехолокация, за да „виждат“, където камерите и другите оптични системи се провалят. Дроновете могат да работят без камери, GPS или лазерни сензори, което ги прави особено подходящи за спасителни операции в зони с лоша видимост, като например при бедствия или в бойни условия.
Приложение при търсене и спасяване
Професор Нитин Дж. Санкет подчертава значението на технологията за операциите по търсене и спасяване (ТСР), които често се случват през нощта или в тежки условия.
„Сега роботите за издирване и спасяване работят основно през деня и при идеалните сценарии. Проблемът е, че търсенето и спасяването са скучна и опасна работа, която много често се случва по тъмно. Докато търсехме решение на този проблем, искахме да е нещо практично. Затова се обърнахме към природата, какво е измислила тя, да реши проблема с ориентирането в тъмни и прашни пещери. Прилепите бяха нашето решение. Те са сладки животни и могат да ни помогнат при търсенето и спасяването в тежки условия.“
— проф. Нитин Дж. Санкет, преподавател по роботика от Политехническия институт в Устър
Въздушните роботи са компактни, евтини и енергийно ефективни. За разработката на технологията със студенти и докторанти от лабораторията по роботика, Националната научна фондация отпуска на проф. Санкет грант от 705 000 долара.
Интеграция на невронни мрежи и бъдещи стъпки
Изследователите продължават да усъвършенстват миниатюрните дронове, като използват дълбоко обучение и невронни мрежи за обработка на ехосигналите. Една от ключовите иновации е, че невронните мрежи филтрират шума от собствените пропелери, позволявайки прецизна интерпретация на ехото. Ултразвуковата ехолокация им позволява да създават триизмерна звукова карта на околната среда.
Проучвания показват, че дори дронове с четири микрофона и един говорител могат да реконструират очертанията на помещения, разширявайки потенциала на технологията за вътрешна навигация. Въпреки това, някои експерти посочват, че обхватът на ултразвуковата ехолокация е ограничен до 2-5 метра. Това налага комбиниране с други технологии за по-голяма ефективност в открити пространства, като хибридните системи се очертават като бъдещето на автономните дронове.
Текущите разработки включват интеграция на ехолокацията с други сензори, което ще позволи откриване на сърдечен ритъм на оцелели и по-бързо реагиране при спасителни операции. Следващата ключова стъпка е създаването на въздушни роботи, които са способни сами да вземат решения къде да търсят. За тази цел, доцент Райън Уилямс от Вирджиния Тек използва исторически данни от хиляди случаи на изчезнали хора, за да изгради модел, предсказващ поведението на изгубени в природата хора. Следващата стъпка е създаването на въздушни роботи, способни сами да вземат решения къде да търсят.
