V robotické laboratoři Worcesterského polytechnického institutu (WPI) testují malé drony založené na echolokaci Tyto drony podobné netopýrům jsou navrženy tak, aby fungovaly tam, kde selhává zrak: ve tmě, hustém kouři nebo bouřkách. Tato letadla velikosti dlaně jsou zaměřena na... pátrací a záchranné mise ve scénářích, které jsou v současnosti pro obchodní modely velmi složité.
Tým vedený Nitinem Sanketem, odborným asistentem robotického inženýrství na WPI, vychází z velmi běžné reality v nouzových situacích: Katastrofy přerušily dodávky elektřiny A mnoho operací probíhá v noci. Proto se inspirovali přírodou a vytvořili platformy, které létají s „ušima“ místo toho, aby se spoléhaly na kamery, a které jsou posíleny nízkoenergetickými navigačními a řídicími algoritmy.
Jak funguje echolokace v těchto mikrodronech?
Prototyp používá ultrazvukový senzor Je to jednoduché, podobné jako u automatických kohoutků, vyzařují pulzy a měří ozvěnu, aby se odvodily vzdálenosti a zabránilo se srážkám. Tento princip, podobný principu používanému netopýry, umožňuje detekovat průhledné překážky nebo s nízkým kontrastem, kde by kamery nedokázaly dostatečně zachytit obraz.
V laboratorních demonstracích byl dron nejprve vypuštěn za okolního světla a poté za slabého osvětlení. tlumené červené světloa také umělou mlhu a sníh. Při přiblížení k plexisklové stěně systém opakovaně brzdil a couval, což prokázalo, že akustická ozvěna byla dostatečná pro bezpečné manévrování.
Jednou z překážek byla hluk vrtulecož kontaminovalo ultrazvukové údaje. Aby se tento problém zmírnil, vědci navrhli pouzdra vytištěná na 3D tiskárně, která tlumí rušení a orientují akustický paprsek, čímž se zlepšuje poměr signálu k šumu za letu.
Tým doplňuje fyzickou stránku o umělá inteligence filtrovat a klasifikovat ozvěny v reálném čase. Tyto modely pomáhají rozlišit relevantní odrazy od šumu a falešných poplachů, což je klíčový faktor, pokud chcete škálovat na složitější mise bez zvýšení spotřeby energie.
Od prototypů k autonomním rojům
Kromě základního létání se vědci snaží posunout od manuální ovládání ke kooperativnímu nasazení. Myšlenka spočívá v tom, že několik dronů si rozdělí terén, učí se z toho, co ostatní vidí (nebo slyší), a činí lokální rozhodnutí o tom, kde pokračovat v hledání, přičemž člověk jedná jako strategický dozorce.
V tomto duchu pracoval Ryan Williams, docent na Virginské technologické univerzitě, na programování dronů, které koordinují své trajektorie se záchrannými týmy. Jeho skupina využila historická data z tisíců případů pohřešovaných osob, aby modelovaly, jak se někdo ztratí v lese pohybuje, a tak upřednostnily nejpravděpodobnější oblasti hledání.
S těmito modely systém umisťuje drony do oblastí s vyšší pravděpodobností a upravuje vzorec vyhledávání na základě nových informací. Kombinace... plánování trasy A „akustické“ senzory otevírají dveře k řešením, která fungují i bez spolehlivého GPS nebo jasného vidění.
Týmy připouštějí, že konečným cílem je, aby autonomie přestala být pouze symbolická. Dnes je nasazení skutečně autonomní drony V záchranných operacích je vzácný; výzvou je prokázat bezpečnost, robustnost a sledovatelnost rozhodnutí pro jeho operační využití.
Aplikace a operační rozsah
V posledních letech se objevily příklady použití dronů při záchranných operacích: povodně v PákistánuPřípad v Kalifornii dva dny po vodopádu nebo umístění bezpečné cesty pro tři uvězněné horníky v Kanadě. To byly konvenční systémy, ale přístup WPI si klade za cíl zaplnit mezery tam, kde selhává vize a načasování je to všechno.
Pokud tyto technologie dospějí, záchranné služby v Evropa a Španělsko Mohly by se ukázat jako užitečné v situacích zahrnujících kouř, prach, sníh nebo složité interiéry, jako jsou průmyslové budovy, tunely nebo zchátralé stavby. Vědci zdůrazňují, že klíčem je udržet nízké náklady a energetickou účinnost, aby bylo možné nasadit mnoho jednotek současně.
Pro usnadnění přijetí se prototyp WPI spoléhá na komponenty hobby stupeň a kompaktní provedení, která snižují celkové náklady. Čím dostupnější hardware, tím snazší bude dostat tyto křemíkové „netopýry“ do katalogů civilní ochrany.
Co zbývá vyřešit
Příroda nastavuje laťku vysoko. Netopýr je schopen rozlišovat ozvěny výběrem toho, co slyší, a detekcí objektů jemných jako vlas ze vzdálenosti několika metrů. Drony mají k takové citlivosti a selektivitě stále daleko, a to jak z hlediska hardwaru, tak i zpracování.
Projekt WPI, který má grant od Národní vědecké nadacePokroku se dosahuje krok za krokem: vylepšují se kryty, zdokonalují se signálové filtry, optimalizuje se spotřeba energie a posiluje se navigace. Přesto přetrvávají výzvy, jako je hluk pohonu, energie dostupná v tak malých formátech a validace v reálných prostředích s měnícími se podmínkami.
Akademický ekosystém souběžně zkoumá, jak integrovat učení skutečných vyhledávacích dat a koordinovat činnost s lidskými týmy v terénu. Konvergence mezi akustickými senzory a zrakem, kde je to možné a modely pohybu by mohly urychlit přechod od ověření konceptu k nasazení.
Obraz vykreslený těmito pokroky je jasný: mikrodrony s „ušima“Tyto levné a efektivní drony by mohly pokrýt noční směnu při pátrání a záchraně a operovat v rojích tam, kde je omezená viditelnost. Technická a regulační práce stále trvá, ale cesta nastíněná WPI a Virginia Tech otevírá realistickou cestu k bezpečnému provozu ve tmě, kouři nebo bouřkách.
