La laboratorul de robotică al Institutului Politehnic Worcester (WPI) se testează drone mici bazate pe ecolocație Aceste drone asemănătoare liliecilor sunt concepute să opereze acolo unde vederea este slabă: în întuneric, fum dens sau furtuni. Aceste aeronave de mărimea palmei sunt destinate... misiuni de căutare și salvare în scenarii care sunt în prezent foarte complicate pentru modelele de afaceri.
Echipa, condusă de Nitin Sanket, profesor asistent de inginerie robotică la WPI, pornește de la o realitate foarte răspândită în situațiile de urgență: Dezastrele au întrerupt alimentarea cu energie electrică Și multe operațiuni au loc noaptea. De aceea, s-au inspirat din natură pentru a crea platforme care zboară cu „urechi” în loc să se bazeze pe camere, întărite cu algoritmi de navigație și control cu consum redus de energie.
Cum funcționează ecolocația în aceste microdrone?
Prototipul folosește un senzor cu ultrasunete Este simplu, similar cu cel al robinetelor automate, emitând impulsuri și măsurând ecoul pentru a deduce distanțele și a evita coliziunile. Acest principiu, înrudit cu cel folosit de lilieci, îi permite să detecteze obstacole transparente sau cu contrast scăzut, unde camerele ar fi insuficiente.
În demonstrațiile de laborator, drona a fost lansată mai întâi în lumină ambientală și apoi în lumină slabă. o lumină roșie slabăprecum și ceață artificială și zăpadă. La apropierea de un perete din plexiglas, sistemul frâna și dădea înapoi în mod repetat, demonstrând că ecoul acustic era suficient pentru o manevrare în siguranță.
Unul dintre obstacole a fost zgomotul eliceicare contamina citirile cu ultrasunete. Pentru a atenua acest lucru, cercetătorii au proiectat carcase imprimate 3D care atenuează interferențele și orientează fasciculul acustic, îmbunătățind raportul semnal-zgomot în zbor.
Echipa completează aspectul fizic cu inteligența artificială pentru a filtra și clasifica ecourile în timp real. Aceste modele ajută la distingerea reflexiilor relevante de zgomot și alarme false, un factor cheie dacă doriți să vă adaptați la misiuni mai complexe fără a crește consumul de energie.
De la prototipuri la roiuri autonome
Dincolo de zborul de bază, cercetătorii doresc să treacă de la manual de control la desfășurări cooperative. Ideea este ca mai multe drone să împartă terenul, să învețe din ceea ce văd (sau aud) celelalte și să ia decizii locale cu privire la locul în care să continue căutarea, persoana acționând ca un supraveghetor strategic.
În acest sens, Ryan Williams, profesor asociat la Virginia Tech, a lucrat la programarea dronelor care își coordonează traiectoriile cu echipele de salvare. Grupul său a folosit date istorice din mii de cazuri a persoanelor dispărute pentru a modela modul în care se mișcă cineva care se rătăcește într-o pădure și, astfel, pentru a prioritiza zonele cele mai probabile de căutare.
Cu aceste modele, sistemul poziționează dronele în zone cu probabilitate mai mare și ajustează modelul de căutare pe baza noilor informații. Combinația dintre planificarea traseului Iar senzorii „acustici” deschid ușa către soluții care funcționează chiar și fără GPS fiabil sau vedere clară.
Scopul final, recunosc echipele, este ca autonomia să înceteze să mai fie doar simbolică. Astăzi, desfășurarea drone cu adevărat autonome Este rar utilizat în operațiunile de salvare; provocarea constă în demonstrarea siguranței, robusteții și trasabilității deciziilor pentru utilizarea sa operațională.
Aplicații și domeniu de aplicare operațional
Ultimii ani au oferit exemple de drone utilizate în operațiuni de salvare: inundații în PakistanUn caz în California după două zile de la o cascadă sau localizarea unei rute sigure pentru trei mineri blocați în Canada. Acestea erau sisteme convenționale, dar abordarea WPI își propune să umple golurile acolo unde viziunea eșuează și sincronizare este totul.
Dacă aceste tehnologii se maturizează, servicii de urgență în Europa și Spania Acestea s-ar putea dovedi utile în scenarii care implică fum, praf, zăpadă sau interioare complexe, cum ar fi clădiri industriale, tuneluri sau structuri dărăpănate. Cercetătorii subliniază că esențialul este menținerea costurilor scăzute și eficientă din punct de vedere energetic pentru a permite implementarea simultană a mai multor unități.
Pentru a facilita adoptarea, prototipul WPI se bazează pe componente ale grad hobby și designuri compacte care reduc costul total. Cu cât hardware-ul este mai accesibil, cu atât va fi mai ușor să se includă aceste „lilieci” de siliciu în cataloagele de protecție civilă.
Ce rămâne de rezolvat
Natura ridică ștacheta la un nivel înalt. Un liliac este capabil de discriminarea ecourilor prin selectarea a ceea ce aude și detectarea obiectelor fine ca firul de păr de la câțiva metri distanță. Dronele sunt încă departe de această sensibilitate și selectivitate, atât din punct de vedere hardware, cât și al procesării.
Proiectul WPI, care are o grant de la Fundația Națională pentru ȘtiințăProgresele se înregistrează pas cu pas: îmbunătățirea carcasei, rafinarea filtrelor de semnal, optimizarea consumului de energie și consolidarea navigației. Chiar și așa, rămân provocări, cum ar fi zgomotul de propulsie, energia disponibilă în formate atât de mici și validarea în medii reale cu condiții în schimbare.
În paralel, ecosistemul academic explorează modul în care integrarea învățării a datelor reale de căutare și să se coordoneze cu echipele umane de pe teren. Convergența dintre senzorii acustici și vedere, acolo unde este posibil iar modelele de mișcare ar putea accelera saltul de la demonstrarea conceptului la implementare.
Imaginea schițată de aceste progrese este clară: microdrone cu „urechi”Ieftine și eficiente, aceste drone ar putea acoperi tura de noapte pentru căutare și salvare și ar putea opera în roiuri unde vizibilitatea este limitată. Rămâne de realizat muncă tehnică și de reglementare, dar calea trasată de WPI și Virginia Tech deschide o modalitate realistă de a opera în siguranță în întuneric, fum sau furtuni.
