WPI tyrėjus įkvėpė paukščiai ir šikšnosparniai, galintys naršyti prasto matomumo vietovėje, pilnoje kliūčių. | Šaltinis: Worcesterio politechnikos institutas
Vusterio politechnikos instituto mokslininkas semiasi įkvėpimo iš šikšnosparnių, kad sukurtų mažyčius skraidančius robotus paieškai ir gelbėjimui. Nitin Sanket, WPI robotikos inžinerijos docentas, vadovauja projektui.
Įsivaizduokite: dingo žmogus. Oras prastas. Galbūt yra rūko, dūmų ar dulkių. Galbūt naktis artėja. Poreikis surasti asmenį nesiliauja, bet dėl sąlygų kai kuriems orlaiviams gali nepavykti ieškoti. Sanketas to nelaiko neįveikiama problema.
„Paieškos ir gelbėjimo sraigtasparniais už vieną misiją gali kainuoti net 100 000 USD“, – sakė jis. Roboto ataskaita. „Lidaras yra geras, bet ištroškęs energijos, ir jūs negalite laukti, kol dūmai išnyks avarinėmis sąlygomis.
Įkvėpta šikšnosparnių gebėjimo naršyti drėgnuose, dulkėtuose urvuose, Sanket komanda kuria oro dronus, kurie gali naudoti echolokaciją. Navigacija, pagrįsta ultragarso technologija, gali išplėsti sritį, kurioje galima ieškoti naktį, gaisruose ar rūke.
„Mane visada žavėjo tai, kaip gamtos ekspertai skrajutės, pavyzdžiui, vabzdžiai ir paukščiai, gali be vargo įveikti sunkius kliūčių ruožus medžiodami grobį“, – sakė Sanketas. “Mūsų robotai, nors ir labai sudėtingi, neprilygsta šioms biologinėms skrajutėms. Tai paskatino mane pamąstyti, kaip galime semtis įkvėpimo iš gamtos kurdami geresnius autonominius oro robotus.”
Sanketas ir jo komanda WPI kuria aparatinę ir programinę įrangą, leidžiančią oro robotams skristi savarankiškai. Jie naudoja dirbtinį intelektą, norėdami išmokyti robotą filtruoti ir interpretuoti garso signalus bei išmokti naršyti ir išvengti kliūčių.
Jie taip pat sukūrė techninę įrangą, kad sumažintų triukšmo trukdžius ir pagerintų robotų veikimo patikimumą.
Sanket uždirba NSF dotaciją, kad pagerintų echolokaciją
Prof. Sanketas gavo 704 908 USD dotaciją iš Nacionalinio mokslo fondo šiems oro robotams sukurti. Projekte jis dirba su WPI bakalauro ir magistrantūros studentais savo laboratorijoje universiteto miestelyje. Universiteto laboratorijoje įrengta skraidymo zona, kurioje komanda gali išbandyti savo sukurtus ir suprogramuotus robotus.
Projekte pagrindinis dėmesys skiriamas oro robotams, mažesniems nei 100 mm (3,9 colio) ir sveriantiems mažiau nei 100 g (3,5 uncijos), leisti naršyti nepasikliaujant regėjimu. Vietoj to Sanket komanda sukurs garsu pagrįstą jutimo sistemą. Tačiau ultragarsas yra sudėtinga jutimo forma.
Robotų sraigtų ūžesys skleidžia didelį triukšmą, o ultragarsu paprastai sunku atskirti mažas savybes. Sanket požiūris į šiuos iššūkius sprendžia įvairiais frontais. Aparatūros požiūriu komanda naudoja metamedžiagas, kad sumažintų triukšmo trukdžius.
„Kai turite įprastą medžiagą, ji turi bendrų savybių, bet pakeitus geometriją, ji pradeda elgtis kitaip“, – sakė jis. “Sumanus dizainas leidžia moduliuoti garsą. Pagalvokite apie plokščią plastiką, o ne apie vingiuotą dizainą, kuris mažiau atspindi – pagalvokite apie putas, naudojamas garsui slopinti.”
„Mes darome kažką panašaus į tai, kaip žmonės užsikabina ausis arba šikšnosparniai keičia ausų formą, kad surinktų garsą“, – aiškino Sanketas. “Dirbame su jutiklių gamintojais, siekdami skleisti mažos galios garsą. Šikšnosparniai gali rėkti 140 decibelų dažniu – tai šimtus kartų mažiau.”
WPI tyrėjai taip pat tiria įvairius varymo būdus, tokius kaip sparnų plakimas, sakė jis.
WPI kuria AI, kad padėtų analizuoti signalus, koordinuoti dronus
Kalbant apie programinę įrangą, komanda taiko fizikos pagrindu pagrįstą gilųjį mokymąsi, kad filtruotų ir interpretuotų ultragarso signalus. Komanda naudoja hierarchinį sustiprinimo mokymosi navigacijos krūvą, kuris moko robotus, kaip judėti link tikslų, išvengiant kliūčių.
“Mes kruopščiai projektuojame neuroninį tinklą, kurį mechaninis dizainas padeda sumažinti”, – sakė Sanketas. “Pirmiausia sakau studentams, kad jis turi veikti su robotu – nėra debesies, nėra infrastruktūros. Mes tai išsiaiškiname eidami.”
Naudodama šį roboto suvokimo, biologiškai įkvėpto dirbtinio intelekto ir roboto mokymosi derinį, „Sanket“ siekia sukurti nebrangius, energiją taupančius dronų būrius, kurie galėtų sėkmingai veikti ten, kur regėjimo sistemos negali.
Jis sakė, kad tikisi, kad dronai naudos jutiklių sintezę, kad papildytų kitus jutiklio būdus su echolokacija. Galų gale jis gali naudoti ultragarsą, kad padėtų nustatyti išgyvenusiųjų širdies plakimus.
„Ultragarso skiriamoji geba yra prasta, palyginti su kameromis, tačiau galime grįžti prie biologinių modelių ir dirbti su IMU (tarpiniais matavimo vienetais) ir kitais jutikliais“, – sakė Sanketas. „Šikšnosparniai kartu sukūrė abu dalykus.
„Mes jau gana gerai išvengiame kliūčių, bet norime tai padaryti greičiau nei 2 m/s (4,4 mylios per valandą), o tai yra lėta paieškai ir gelbėjimui“, – pažymėjo jis. „Važiuojant greitkeliu miške, garsai suspaudžiami, į tai turime atsižvelgti kurdami modelius. Mes ruošiamės diegti realiame pasaulyje po trejų ar penkerių metų.
Jis sakė, kad kitos programos, be paieškos ir gelbėjimo, galėtų apimti stebėjimą nelaimės zonose ir pavojingoje aplinkoje.
Sanketas teigė, kad garsu pagrįstos navigacijos principai galėtų būti naudingi tokioms įvairioms sritims kaip savaeigiai automobiliai, koralinių rifų išsaugojimas ir ugnikalnių tyrinėjimai. | Šaltinis: Worcesterio politechnikos institutas
