Gli ultrasuoni ispirati ai pipistrelli permettono ai droni delle dimensioni di un palmo di navigare attraverso nebbia e fumo / Bat-inspired ultrasound lets palm-sized drones navigate through fog, smoke

Gli ultrasuoni ispirati ai pipistrelli permettono ai droni delle dimensioni di un palmo di navigare attraverso nebbia e fumo / Bat-inspired ultrasound lets palm-sized drones navigate through fog, smoke

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

I ricercatori del Worcester Polytechnic Institute (WPI) stanno utilizzando sensori ad ultrasuoni ed un tipo di intelligenza artificiale (IA) per consentire a robot aerei di dimensioni palmari di navigare con potenza e capacità di calcolo limitate attraverso nebbia, fumo ed altre condizioni difficili durante le operazioni di ricerca e salvataggio.

Traendo ispirazione dai pipistrelli, il gruppo suggerisce che gli ultrasuoni potrebbero rappresentare una possibile soluzione per le tecnologie di navigazione che appesantiscono i droni o che presentano problemi in condizioni meteorologiche avverse.

"I pipistrelli, che pesano meno di due graffette, sono in grado di orientarsi con precisione in grotte buie, umide e polverose emettendo brevi cinguettii ed ascoltando i deboli echi grazie ad un numero limitato di neuroni", hanno spiegato i ricercatori. "Creando un sistema basato sugli ultrasuoni che necessita solo di due minuscoli sensori e di una minima potenza di calcolo, possiamo aprire nuove possibilità per i piccoli robot aerei, consentendo loro di percepire l'ambiente circostante, prendere decisioni ed operare autonomamente più a lungo in luoghi ingombri e pericolosi dove gli attuali robot aerei faticano".

In genere, i robot aerei autonomi utilizzano sensori, controllori, telecamere, una fonte di alimentazione ed algoritmi per comprendere l'ambiente circostante e prendere decisioni di navigazione. Mentre alcuni robot raccolgono informazioni sul paesaggio analizzando onde radio od impulsi luminosi, le tecnologie basate su lidar e radar tendono ad essere pesanti, energivore e costose. Inoltre, l'oscurità, le condizioni meteorologiche avverse ed il rumore possono interferire con i sistemi di percezione basati sulla luce.

Pertanto, il gruppo del WPI ha personalizzato un drone quadricottero aereo a forma di X, largo circa 15 cm e pesante circa 450 grammi, dotandolo di sensori ad ultrasuoni e di una barriera fisica, soprannominata scudo acustico, che attutisce il rumore delle eliche. Il gruppo ha inoltre utilizzato la tecnica di intelligenza artificiale del deep learning per addestrare il computer del robot ad analizzare deboli echi ultrasonici, in modo simile a come il cervello di un pipistrello elabora i suoni per decifrare gli echi.

Il robot è stato testato sia all'aperto, in una zona boschiva, sia al chiuso, in un laboratorio attrezzato con ostacoli come pali di plastica trasparente o di metallo.

Nel frattempo, alcuni test al chiuso sono stati condotti al buio con ostacoli neri, mentre altri hanno previsto l'utilizzo di nebbia o neve sul percorso ad ostacoli.

Secondo quanto riportato, il robot ha avuto un tasso di successo compreso tra il 72% e il 100% nel percorrere percorsi impegnativi durante 180 test. Tuttavia, ha incontrato difficoltà nell'evitare oggetti sottili, come pali di metallo e rami d'albero esili.

Un articolo che descrive in dettaglio il robot, intitolato "Ultrasuoni da milliwatt per la navigazione in ambienti con scarsa visibilità su robot aerei di dimensioni palmari", è apparso sulla rivista Science Robotics .

ENGLISH

Researchers at Worcester Polytechnic Institute (WPI) are using ultrasound sensors and a type of artificial intelligence (AI) to enable palm-sized aerial robots to navigate with limited power and computation through fog, smoke and other difficult conditions amid search-and-rescue operations.

Taking inspiration from bats, the team suggests that ultrasound may be a possible solution to navigation technologies that add weight to a drone or that falter in poor conditions.

"Bats that weigh less than two paper clips can accurately navigate in dark, damp, and dusty caves by sending out short chirps and listening to the weak echoes with a limited number of neurons," the researchers explained. "By creating an ultrasound-based system that needs just two tiny sensors and little computation, we can open up opportunities for small aerial robots to perceive their surroundings, make decisions, and independently operate longer in cluttered, hazardous places where current aerial robots struggle."

Typically, autonomous aerial robots use sensors, controllers, cameras, a power source and algorithms to understand their surroundings and to make navigational decisions. While some robots gather information about a landscape by analyzing radio waves or light pulses, technology based on lidar and radar tend to be heavy, power intensive and expensive. Further, darkness, bad weather and noise can interfere with light-based perception systems.

As such, the WPI team customized an X-shaped aerial quadrotor drone about 6 inches wide and weighing 1 lb with ultrasound sensors and a physical barrier dubbed an acoustic shield that dampens propeller noise. The team also used the AI technique deep learning to train the robot's computer to analyze weak ultrasound echo patterns much like the way a bat brain processes sound to decipher echoes.

The robot was tested both outdoors in a wooded area and indoors in a laboratory outfitted with obstacles like transparent plastic or metal poles.

Meanwhile some indoor tests were conducted in the dark with black obstacles, while others featured fog or snow blown onto the obstacle course.

The robot reportedly had a success rate of 72% to 100% in navigating through challenging courses during 180 tests. However, the robot struggled with dodging thin objects, like metal poles and slender tree branches.

An article detailing the robot, “Milliwatt ultrasound for navigation in visually degraded environments on palm-sized aerial robots,” appears in the journal Science Robotics.

Da:

https://electronics360.globalspec.com/article/23562/bat-inspired-ultrasound-lets-palm-sized-drones-navigate-through-fog-smoke?uid=%2D1474234620&uh=f9d092&md=260522&mh=bad1a5&Vol=Vol21Issue5&Pub=46&LinkId=2225622&keyword=link%5F2225622&itemid=415843&bid=45829324&frmtrk=newsletter&cid=nl