Drony s nočním viděním: AI echolokace inspirovaná netopýry výrazně zlepší záchranné mise

Malé vzdušné roboty se potýkají s navigací ve tmě a v prostředí s nízkou viditelností. Současné drony se spoléhají především na kamery nebo laserové senzory (lidar), které však selhávají v náročných podmínkách, jako je kouř, mlha, prach, sníh nebo úplná tma.

Malé vzdušné roboty se potýkají s navigací ve tmě a v prostředí s nízkou viditelností. Současné drony se spoléhají především na kamery nebo laserové senzory (lidar), které však selhávají v náročných podmínkách, jako je kouř, mlha, prach, sníh nebo úplná tma. Vědci z Worcester Polytechnic Institute vyvinuli systém vnímání založený na ultrazvuku, který je inspirován echolokací netopýrů, aby tuto výzvu překonali.

Netopýři jsou mistry v navigaci za špatné viditelnosti; prosperují v tmavých, vlhkých a prašných jeskyních a dokáží pomocí echolokace detekovat překážky tenké jako lidský vlas, přičemž sami váží jen jako dvě kancelářské sponky. Vydávají zvukové vlny a naslouchají slabým ozvěnám odraženým od objektů. Přenos této schopnosti na vzdušné roboty je však náročný kvůli silnému hluku z vrtulí. Vědci představili dvě klíčové inovace: fyzický akustický štít inspirovaný chrupavkou netopýřího ucha, který snižuje hluk vrtulí kolem akustických senzorů, a neuronovou síť Saranga, která se učí rozpoznávat vzory a obnovovat slabé echo signály z velmi hlučných měření. Tyto technologie společně umožňují robotu odhadovat polohu překážek ve 3D a bezpečně navigovat s minimální spotřebou energie v řádu miliwattů.

Tyto drony jsou velmi užitečné pro pátrací a záchranné operace, zejména v omezených, dynamických a nebezpečných prostředích, protože jsou malé a levné. Záchranné akce se často odehrávají v podmínkách s velmi špatnou viditelností, například při lesních požárech, v zřícených budovách, jeskyních nebo v prašném venkovním prostředí. V těchto scénářích se tradiční senzory, jako jsou kamery a lidar, stávají nespolehlivými. Ultrazvukové snímání nezávisí na světelných podmínkách a funguje v kouři, prachu i ve tmě. Nový systém slibuje novou třídu malých, nízkonákladových robotů, které mohou pracovat tam, kde současné systémy selhávají. Ve srovnání se stávajícími řešeními může tato práce snížit spotřebu energie tisíckrát, hmotnost desetkrát a náklady stokrát.

Tento výzkum může vést k vysoce funkčním, autonomním, malým vzdušným robotům pro kritické humanitární aplikace, jako jsou pátrací a záchranné operace, boj proti pytláctví a průzkum jeskyní. Navigace pomocí sonaru s podporou umělé inteligence může vést k bezpečnějším, rychlejším a nákladově efektivnějším robotům pro časově citlivé operace, kde je omezený přístup pro člověka nebo větší vrtulníky. Jde o krok k možnosti nasazení rojů vzdušných robotů, podobně jako skupin netopýrů, k průzkumu nebezpečných prostředí a hledání přeživších. Průlomy v matematickém modelování, návrhu neuronových sítí a charakterizaci senzorů umožní další nízkoenergetické aplikace pro tyto drony, například monitorování životního prostředí. Vědci pracují na zlepšení rychlosti letu, dosahu snímání a velikosti systému a zkoumají nové biologicky inspirované návrhy a kombinaci ultrazvuku s jinými typy snímání. Jejich konečným cílem je vytvořit spolehlivé, nízkoenergetické vzdušné roboty, které mohou spolehlivě fungovat v dynamických prostředích a umožnit reálné nasazení při pátracích a záchranných operacích.