TUdelft
Majhni avtonomni droni bi kmalu lahko leteli v temi, prahu in dimu s pomočjo umetnih brkov, ki so navdihnjeni z živalmi. Zaradi njihove majhnosti namreč ni mogoče uporabljati velikih ali težkih senzorjev za navigacijo.
Zato so raziskovalci s Tehnične univerze v Delftu razvili lahek taktilni senzor na osnovi brkov, ki dronom omogoča navigacijo in raziskovanje okolice z nežnim dotikom. Študija je bila pred kratkim objavljena v reviji Nature Communications.
Orientiranje v zapletenih okoljih je temeljna spretnost avtonomnih robotov. Vendar pa se droni, ki tehtajo manj kot 100 gramov, soočajo z resnimi omejitvami na področju zaznavanja, računske moči in energije. Konvencionalni senzorji, kot so kamere, LiDAR ali daljinomeri, so pogosto pretežki in postanejo nezanesljivi v okoljih z omejeno vidljivostjo, kot so z dimom napolnjene stavbe ali jame.
Da bi to težavo odpravili, sta dr. Salua Hamaza in njena ekipa razvili lahek sistem taktilnega zaznavanja z nizko zakasnitvijo, ki omogoča navigacijo, neodvisno od vida.
Navdihnjeno z brki glodalcev
Na sprednjem delu majhnega drona je nameščen par umetnih brkov, navdihnjenih z brki glodalcev, ki med stikom zagotavljajo neprekinjeno povratno informacijo o okolju. Za razliko od prejšnjih sistemov, ki temeljijo na stiku in se pogosto opirajo na večje drone, opremljene z robotskimi rokami ali mehanskimi odbijači, ta pristop omogoča aktivno taktilno zaznavanje v realnem času na majhnem letečem robotu. Pri tem se dotik uporablja kot glavni način zaznavanja.
Salua Hamaza je dejala: »Naš cilj je opremiti drone z zmogljivim taktilnim zaznavanjem – ne za manipulacijo v zraku, temveč za nov koncept taktilne navigacije. Z dotikom raziskovati in leteti skozi neznano. Vendar to prinaša izziv: da bi taktilno zaznavanje delovalo na dronih, mora biti lahkotno, z majhno zakasnitvijo in nizko porabo energije. Navdihnili smo se pri naravi in odgovor našli v brkih.«
Vsak brk je na svojem dnu opremljen s tremi miniaturnimi senzorji tlaka, kar dronu omogoča zaznavanje stika v treh dimenzijah. Ko se brk po stiku s površino upogne, se na podlagi sprememb tlaka oceni globina stika in njegova prostorska lega. To dronu zagotavlja podrobne informacije o bližnjih površinah in omogoča ravnanja, kot so izogibanje oviram, sledenje površinam in taktilno kartiranje.
Filtriranje šuma
Glavni izziv je bil ločevanje pristnih signalov dotika od motenj, ki jih povzroča sam dron. Zračni tok, ki ga ustvarjajo propelerji, lahko povzroča šum, odklon in druge motnje. Da bi to rešili, je ekipa razvila lahek sistem za obdelavo v realnem času, ki te učinke popravi in signale brkov pretvori v ocene globine z milimetrsko natančnostjo. S pomočjo napredne ugnezdene programske opreme sistem loči pomembne informacije o dotiku od turbulenc, ki jih ustvarjajo lastni propelerji drona, in med letom pridobi zanesljive taktilne informacije, pri čemer porabi le 34 kilobajtov pomnilnika.
Chaoxiang Ye je dejal: »Želeli smo pokazati, da se dotik ne sme izvajati na račun velikosti ali računske moči. Celoten naš proces taktilnega zaznavanja poteka na sami napravi in porabi le 34 kilobajtov pomnilnika. To majhnemu dronu omogoča, da v realnem času zazna svoje okolje in se nanj odzove.«
To vodilo, ki deluje izključno na mikrokontrolerju, omogoča zaznavanje v realnem času, sprejemanje odločitev in avtonomno letenje brez zunanjih računalniških sistemov za določanje položaja.
Navigacija zgolj z dotikom
V poskusih je dron v popolni temi uspel slediti obrisom tako trdnih kot mehkih površin ter raziskovati zaprte prostore s pomočjo gibanja ob stenah. Z neprekinjenim zbiranjem informacij prek svojih brkov je lahko ustvarjal tudi taktilne zemljevide neznanih okolij in našel izhod, ne da bi se zanašal na kamere ali druge senzorje, ki temeljijo na vidu.
To delo približuje letalsko robotiko zmogljivostim podgan, ki s svojimi brki najdejo pot v temnih in prepolnih okoljih. S kombinacijo lahke strojne opreme in napredne ugnezdene obdelave podatkov so raziskovalci dokazali, da lahko dotik služi kot zanesljiv način zaznavanja tudi za najmanjše avtonomne leteče robote.
