Il radar ed il sistema di intelligenza artificiale consentono ai robot di vedere dietro gli angoli / Radar and AI system allows robots to see around corners

Il radar ed il sistema di intelligenza artificiale consentono ai robot di vedere dietro gli angoli / Radar and AI system allows robots to see around corners

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

HoloRadar utilizza le onde radio per vedere dietro gli angoli / HoloRadar uses radio waves to see around corners 

I ricercatori dell'Università della Pennsylvania hanno sviluppato un sistema che unisce radar ed intelligenza artificiale, fornendo ai robot un'immagine dei potenziali ostacoli dietro gli angoli.

Nota come HoloRadar, la tecnologia fa rimbalzare le onde radio su pareti e soffitti. Poiché queste forme d'onda sono molto più lunghe di quelle che compongono la luce visibile, le superfici agiscono come specchi, riflettendo i segnali verso il robot su cui è montato HoloRadar. 

"Dato che le onde radio sono molto più grandi delle minuscole variazioni superficiali delle pareti, queste superfici diventano di fatto degli specchi che riflettono i segnali radio in modi prevedibili", ha affermato Haowen Lai, dottorando in Informatica e Scienze dell'Informazione (CIS) presso l'Università della Pennsylvania e coautore di un nuovo articolo sulla tecnologia.

"È simile a come gli automobilisti umani a volte si affidano agli specchietti posizionati agli incroci ciechi. Poiché HoloRadar utilizza le onde radio, l'ambiente stesso si riempie di specchi, senza dover effettivamente modificare l'ambiente."

Tuttavia, il segnale ricevuto da HoloRadar è simile ad un insieme intricato di riflessioni, difficili da interpretare con i metodi tradizionali di elaborazione del segnale. Per superare questo problema, il gruppo ha sviluppato un sistema di intelligenza artificiale personalizzato che combina l'apprendimento automatico con la modellazione basata sulla fisica. Il sistema migliora innanzitutto la risoluzione dei segnali radio grezzi ed identifica molteplici "ritorni" corrispondenti a diversi percorsi di riflessione. Successivamente, utilizza un modello guidato dalla fisica per tracciare a ritroso tali riflessioni, annullando gli effetti speculari dell'ambiente e ricostruendo la scena 3D reale.

"In un certo senso, la sfida è simile a quella di entrare in una stanza piena di specchi", ha affermato Zitong Lan, dottorando in Ingegneria elettrica e dei sistemi (ESE) e coautore dell'articolo.

"Vediamo molte copie dello stesso oggetto riflesse in luoghi diversi, e la parte difficile è capire dove si trovano realmente. Il nostro sistema impara a invertire questo processo in modo basato sulla fisica."

HoloRadar è stato testato su un robot mobile in ambienti interni reali, riuscendo a ricostruire con successo muri, corridoi e soggetti umani nascosti, situati al di fuori del campo visivo del robot. Secondo i ricercatori, i lavori futuri esploreranno scenari esterni, come incroci e strade urbane, dove distanze maggiori e condizioni più dinamiche pongono ulteriori sfide.

"Si tratta di un passo importante verso una comprensione più completa da parte dei robot dell'ambiente circostante", ha affermato l'autore senior Mingmin Zhao, professore associato presso il CIS presso l'Università della Pennsylvania.

"Il nostro obiettivo a lungo termine è consentire alle macchine di operare in modo sicuro ed intelligente negli ambienti dinamici e complessi in cui gli esseri umani si muovono ogni giorno."

ENGLISH

Researchers at the University of Pennsylvania have developed a system that blends radar and AI, giving robots a picture of potential obstacles around corners.

Known as HoloRadar, the technology bounces radio waves off walls and ceilings. As these waveforms are much longer than those that make up visible light, the surfaces act like mirrors, reflecting signals back to the robot where HoloRadar is mounted. 

“Because radio waves are so much larger than the tiny surface variations in walls, those surfaces effectively become mirrors that reflect radio signals in predictable ways,” said Haowen Lai, a doctoral student in Computer and Information Science (CIS) at the University of Pennsylvania, and co-author of a new paper on the technology.

“It’s similar to how human drivers sometimes rely on mirrors stationed at blind intersections. Because HoloRadar uses radio waves, the environment itself becomes full of mirrors, without actually having to change the environment.”

However, the signal received by HoloRadar is like a tangled set of reflections that is challenging to interpret using traditional signal-processing methods. To overcome this, the team developed a custom AI system that combines machine learning with physics-based modelling. The system first enhances the resolution of raw radio signals and identifies multiple “returns” corresponding to different reflection paths. Next, it uses a physics-guided model to trace those reflections backward, undoing the mirror-like effects of the environment and reconstructing the actual 3D scene.

“In some sense, the challenge is similar to walking into a room full of mirrors,” said Zitong Lan, a doctoral student in Electrical and Systems Engineering (ESE) and co-author of the paper.

“You see many copies of the same object reflected in different places, and the hard part is figuring out where things really are. Our system learns how to reverse that process in a physics-grounded way.”

HoloRadar was tested on a mobile robot in real indoor environments, with the system successfully reconstructing walls, corridors and hidden human subjects located outside the robot’s line of sight. According to the researchers, future work will explore outdoor scenarios, such as intersections and urban streets, where longer distances and more dynamic conditions pose additional challenges.

“This is an important step toward giving robots a more complete understanding of their surroundings,” said senior author Mingmin Zhao, Assistant Professor in CIS at the University of Pennsylvania.

“Our long-term goal is to enable machines to operate safely and intelligently in the dynamic and complex environments humans navigate every day.”

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/radar-and-ai-combine-to-see-around-corners?