Авангардна технология дава суперзрение на роботизираните системи с помощта на радиосигнали

В надпреварата за разработване на надеждни "сетива" за роботите едно от най-големите предизвикателства е проектирането на системи за сензорни възприятия, чиято ефективност не се влияе от агресивни среди и влошени метеорологични условия. Традиционните сензори за машинно зрение, базирани на светлини технологии, като камери и LiDAR датчици, се провалят в силно задимени обекти, както и при мъгливо време.

 

Природата обаче многократно е доказвала, че възприемането на околната среда не зависи непременно от светлината. Редица организми са еволюирали така, че да могат да опознават околния свят и без да го виждат. Прилепите използват за навигация отразени звукови вълни, а акулите ловуват, като долавят електрическите полета от движенията на жертвата си.

 

Иновативен подход към машинното зрение

 

Научноизследователски екип от Училището по инженерство и приложни науки към Университета в Пенсилвания (Penn Engineering) залага на радиовълни в революционна своя разработка, чрез която се надява да даде суперзрение на роботите.

 

Радиосигналите са с по-голяма дължина на вълната от светлинните и могат много по-ефективно да преминават през пушек или мъгла, както и да "виждат" през някои материали. Даже само по тези показатели радиовълните "бият с разлика" човешкото зрение. Роботите пък традиционно разчитат на ограничен набор от възможности, що се отнася до своеобразните си очи.

 

Те обикновено са или камери, или лидарни сензори, които по принцип предоставят детайлни изображения на обектите в зрителното поле, но пък са безполезни при влошени условия на видимост. Радарните датчици, които също са сред често използваните средства в това направление и дори "виждат" през стените, генерират груби и неясни изображения с ниска резолюция, които рядко са достатъчно добър източник на информация.

 

Да виждаш дори… с "широко затворени очи"

 

Учените от лабораторията WAVES Lab (Wireless, Audio, Vision, and Electronics for Sensing) и научноизследователския център PRECISE (Penn Research In Embedded Computing and Integrated Systems Engineering) към Университета в Пенсилвания са разработили уникална система, наречена PanoRadar, която трансформира прости радиовълни в детайлни триизмерни изображения на средата с помощта на изкуствен интелект. Според създателите си тя комбинира най-доброто от двата свята – надеждността на радиосигналите във взискателни условия на видимост и високата разделителна способност на сензорите за машинно зрение.

 

PanoRadar е сензорно устройство, което функционира подобно на морски фар – сканира с лъч околното пространство на 360°, като се върти в кръг. За целта системата е оборудвана с набор от антени, които при движението си изпращат радиовълни и анализират отраженията им.

 

Благодарение на изкуствен интелект устройството всъщност е много по-сложно от обикновен скенер. То интелигентно комбинира измервания от всички ъгли на завъртане, за да повиши резолюцията на изображенията. И макар себестойността на системата да е значително по-малка от тази на едно типично скъпо решение, базирано на LiDAR, стратегията за 360-градусов обхват генерира плътна зона от виртуални измервателни точки, които позволяват на PanoRadar да достигне висока разделителна способност с точност под милиметъра, сравнима с тази при лидарната технология.

 

 

Предизвикателства не липсват

 

Ключов за разработката е методът за обработка на радиоизмерванията, разказват учените. Сложни алгоритми с изкуствен интелект и машинно самообучение позволяват извличането на богата 3D информация от средата. AI платформата, разбира се, трябва първо да бъде обучена. Това е едно от първите по-сериозни предизвикателства, които екипът среща в рамките на проекта, тъй като високата резолюция е необходимо да бъде поддържана по време на движение, а дори и малка грешка може значително да влоши качеството.

 

Друга трудност е научаването на системата да разбира какво вижда. "В средите на закрито са налице постоянни модели и геометрии. Използвахме ги, за да помогнем на устройството да интерпретира получените сигнали, като същевременно сравнявахме с данни от контролна LiDAR система, за да гарантираме истинността на интерпретацията и непрекъснатото подобряване на когнитивните способности на PanoRadar", разказват изследователите.

 

Полеви тестове в сгради с различен тип и предназначение доказват, че радиолокацията преодолява редица проблеми, които възпират традиционните сензори. Радиовълните не могат така лесно да бъдат блокирани от частици във въздуха. Системата, разработена от екипа, е подходяща за детекция дори на обекти и повърхности, които са предизвикателство за LiDAR технологиите, като стъкло.

 

Какво предстои

 

Високата резолюция позволява прецизно откриване на хора в работната зона – критично условие за успешните бъдещи приложения на решението, например в автономни роботи и превозни средства, както и в спасителни мисии, инспекция на опасни зони и обекти в индустрията и т. н.

 

Учените планират да тестват разработката си в още по-тясна колаборация с други сензорни технологии, като камери за машинно зрение и лидари, за да създадат мултимодални сетивни системи за разнообразни роботизирани и автономни мобилни платформи, които взаимно компенсиран недостатъците си и подсилват предимствата си. Така бъдещите роботи ще са максимално добре подготвени да разрешават различни предизвикателства в истинския свят, убедени са изследователите.

 

Повече за иновацията вижте във видеото:

 

 

Източник: University of Pennsylvania

Ключови думи: Роботи   зрение   радари   LiDar   лидарни сензори   камери   машинно зрение   радиовълни   радиосигнали   Университет в Пенсилвания  

Област: Роботика