Worcester Politeknik Enstitüsü'nün (WPI) robotik laboratuvarında testler yapılıyor yankı konumlamasına dayalı küçük dronlar Bu yarasa benzeri insansız hava araçları, görüşün yetersiz kaldığı yerlerde, yani karanlıkta, yoğun dumanda veya fırtınalarda çalışmak üzere tasarlanmıştır. Avuç içi büyüklüğündeki bu uçaklar, arama ve kurtarma görevleri Şu anda iş modelleri için oldukça karmaşık olan senaryolarda.
WPI'da robotik mühendisliği yardımcı doçenti olan Nitin Sanket liderliğindeki ekip, acil durumlarda çok yaygın bir gerçeklikten yola çıkıyor: Afetler elektrik kesintisine yol açtı Ve birçok operasyon gece gerçekleşiyor. Bu yüzden, kameralara güvenmek yerine "kulaklarla" uçan, düşük güç tüketimli navigasyon ve kontrol algoritmalarıyla güçlendirilmiş platformlar yaratmak için doğadan ilham aldılar.
Peki bu mikrodronlarda yankı bulma nasıl çalışıyor?
Prototip bir ultrasonik sensör Basit, otomatik musluklarınkine benzer şekilde, darbeler yayar ve mesafeleri tahmin etmek ve çarpışmaları önlemek için yankıyı ölçer. Yarasaların kullandığı ilkeyle ilişkili olan bu ilke, onun şunları tespit etmesini sağlar: şeffaf engeller veya düşük kontrastlı, kameraların yetersiz kalacağı durumlarda.
Laboratuvar gösterilerinde, drone önce ortam ışığında, ardından düşük ışıkta fırlatıldı. loş kırmızı bir ışıkYapay sis ve kar da cabası. Pleksiglas bir duvara yaklaşırken, sistem tekrar tekrar fren yapıp geri vitese geçti ve akustik yankının güvenli manevra için yeterli olduğunu gösterdi.
Engellerden biri şuydu: pervane gürültüsüBu durum, ultrasonik okumaları kirletiyordu. Araştırmacılar, bu durumu hafifletmek için, paraziti azaltan ve akustik ışını yönlendiren, uçuş sırasında sinyal-gürültü oranını iyileştiren 3 boyutlu yazıcıyla üretilmiş muhafazalar tasarladılar.
Takım fiziksel yönünü şu şekilde tamamlıyor: yapay zeka Yankıları gerçek zamanlı olarak filtrelemek ve sınıflandırmak için. Bu modeller, ilgili yansımaları gürültüden ve yanlış alarmlardan ayırmanıza yardımcı olur; bu da enerji tüketimini artırmadan daha karmaşık görevlere ölçeklendirmek istiyorsanız önemli bir faktördür.
Prototiplerden otonom sürülere
Temel uçuşun ötesinde, araştırmacılar uçuştan uçuşa geçmeyi hedefliyorlar. Manuel kontrol İşbirlikçi konuşlandırmalara. Buradaki fikir, birkaç insansız hava aracının araziyi bölerek, diğerlerinin gördüklerinden (veya duyduklarından) ders çıkarması ve aramaya nerede devam edileceğine dair yerel kararlar almasıdır; insan ise stratejik bir denetleyici olarak hareket eder.
Bu doğrultuda, Virginia Tech'te doçent olan Ryan Williams, kurtarma ekipleriyle yörüngelerini koordine eden dronların programlanması üzerinde çalıştı. Grubu, binlerce vakadan gelen tarihsel veriler Kayıp kişilerin ormanda kaybolan birinin nasıl hareket ettiğini modellemek ve böylece en olası arama alanlarına öncelik vermek.
Bu modellerle sistem, dronları daha yüksek olasılıklı alanlara konumlandırıyor ve arama modelini yeni bilgilere göre ayarlıyor. yol planlaması Ve "akustik" sensörler, güvenilir GPS veya net görüş olmadan bile çalışan çözümlere kapı açıyor.
Ekiplerin kabul ettiği nihai hedef, özerkliğin yalnızca sembolik olmaktan çıkmasıdır. Bugün, gerçekten otonom dronlar Kurtarma operasyonlarında kullanımı nadirdir; zorluk, operasyonel kullanımında güvenliği, sağlamlığı ve kararların izlenebilirliğini göstermektir.
Uygulamalar ve operasyonel kapsam
Son yıllarda kurtarma operasyonlarında drone'ların kullanıldığına dair örnekler mevcuttur: Pakistan'daki sellerKaliforniya'da bir şelaleden iki gün sonra yaşanan bir vaka veya Kanada'da mahsur kalan üç madenci için güvenli bir rotanın bulunması. Bunlar geleneksel sistemlerdi, ancak WPI'nin yaklaşımı, görüşün yetersiz kaldığı ve zamanlama Her şey bu.
Eğer bu teknolojiler olgunlaşırsa, acil servislerde Avrupa ve İspanya Duman, toz, kar veya endüstriyel binalar, tüneller veya harap yapılar gibi karmaşık iç mekanların bulunduğu senaryolarda faydalı olabilirler. Araştırmacılar, asıl meselenin, birçok ünitenin aynı anda konuşlandırılmasına olanak sağlamak için maliyetleri düşük ve enerji verimli tutmak olduğunu vurguluyor.
Benimsenmesini kolaylaştırmak için WPI prototipi, aşağıdaki bileşenlere dayanmaktadır: hobi sınıfı ve genel maliyeti düşüren kompakt tasarımlar. Donanım ne kadar uygun fiyatlı olursa, bu silikon "yarasaları" sivil savunma kataloglarına sokmak o kadar kolay olacaktır.
Çözülmesi gereken ne kaldı?
Doğa çıtayı yükseğe koyar. Bir yarasa şunları yapabilir: yankıları ayırt etmek Duyduklarını seçerek ve birkaç metre öteden saç teli kadar ince nesneleri tespit ederek. İHA'lar ise hem donanım hem de işlem gücü açısından hâlâ bu hassasiyet ve seçicilikten çok uzak.
WPI projesi, Ulusal Bilim Vakfı'ndan hibeİlerleme adım adım sağlanıyor: gövdeler iyileştiriliyor, sinyal filtreleri geliştiriliyor, güç tüketimi optimize ediliyor ve navigasyon güçlendiriliyor. Yine de, itme gürültüsü, bu kadar küçük formatlarda mevcut enerji ve değişen koşullara sahip gerçek dünya ortamlarında doğrulama gibi zorluklar devam ediyor.
Paralel olarak, akademik ekosistem nasıl keşfediliyor? öğrenmeyi entegre etmek Gerçek arama verilerinden yararlanın ve sahadaki insan ekipleriyle koordine olun. Mümkün olan yerlerde akustik sensörler ile görme arasındaki yakınsama ve hareket modelleri, kavram kanıtından dağıtıma geçişi hızlandırabilir.
Bu ilerlemelerin çizdiği tablo açıktır: "kulaklı" mikrodronlarUygun fiyatlı ve verimli olan bu dronlar, arama ve kurtarma operasyonlarında gece vardiyasında görev alabilir ve görüş mesafesinin kısıtlı olduğu yerlerde sürüler halinde çalışabilir. Teknik ve düzenleyici çalışmalar devam etse de, WPI ve Virginia Tech tarafından çizilen yol, karanlıkta, dumanda veya fırtınalarda güvenli bir şekilde operasyon yapmanın gerçekçi bir yolunu açıyor.
