Ультралегкий Sonar Plus AI дозволяє мініатюрним дронам орієнтуватися в просторі, як кажани

(MENAFN- The Conversation) Щоб допомогти малим літаючим роботам орієнтуватися в темряві та в інших середовищах з низькою видимістю, мої колеги й я розробили ультразвукову систему сприйняття, натхненну ехолокацією кажанів.

Поточні роботи значною мірою покладаються на камери або виявлення й визначення відстані за допомогою світла, відоме як lidar, або на обидва ці підходи. Але такі датчики виходять з ладу в умовах, які візуально складні, як-от дим, туман, пил, сніг або повна темрява.

Я є науковим інженером, який розробляє біоінспіровані мікророботи. Щоб розв’язати цю проблему, наша дослідницька група звернулася до експертів природи з навігації в умовах поганої видимості: кажанів. Вони процвітають у темних, вологих і запилених печерах та можуть виявляти перешкоди, тонкі, як людська волосина, за допомогою ехолокації, при цьому важать приблизно як дві скріпки. Вони випромінюють звукові хвилі та слухають слабкі відлуння, відбиті від об’єктів.

Однак уможливити таке сприйняття на повітряних роботах надзвичайно складно, адже пропелери створюють дуже багато шуму. Це трохи схоже на те, як намагатися слухати свого друга, поки поруч із вами піднімається в повітря реактивний двигун.

Щоб подолати цю проблему, ми пропонуємо дві ключові ідеї. По-перше, фізичний акустичний щит, натхненний хрящем вуха кажана, зменшує шум пропелерів навколо акустичних датчиків, які працюють як «вуха» робота. По-друге, нейромережа під назвою Saranga відновлює слабкі сигнали ехолокації з дуже шумних вимірювань, навчаючись патернам з часом, натхненно так, як кажани обробляють звук.

Разом це дає змогу роботу оцінювати місцезнаходження перешкод у 3D та безпечно навігувати, використовуючи потужність для зондування на рівні міліват.

Why it matters

Такі типи дронів дуже корисні для пошуку та рятування, особливо в тісних, динамічних і небезпечних середовищах, оскільки вони малі й недорогі. Операції з пошуку та рятування часто відбуваються в середовищах, де видимість дуже погана, як-от лісові пожежі, зруйновані будівлі, печери або запилені умови на відкритому повітрі. У цих сценаріях традиційні датчики, такі як камери й lidar, часто стають ненадійними.

Кажани не покладаються лише на зір і натомість використовують ехолокацію для сприйняття світу. Ультразвукове зондування не залежить від умов освітлення та працює в димі, пилу й темряві.

Наша робота показує, що можна перенести цю можливість на літаючих роботів, навіть попри сильний шум пропелерів на борту. Сонар, підсилений екрануванням від шуму та машинним навчанням, обіцяє забезпечити новий клас малих недорогих роботів, які здатні працювати в середовищах, де нинішні системи зазнають невдачі.

Це дослідження може забезпечити високофункціональні автономні крихітні літаючі роботи для критично важливих гуманітарних застосувань, таких як пошук і рятування, протидія браконьєрству та дослідження печер. Навігація із застосуванням ШІ-сонара може привести до безпечніших, швидших і більш економічних роботів для операцій, що залежать від часу, де доступ людини або більшого гелікоптера обмежений. Це крок до того, щоб мати змогу розгортати зграї літаючих роботів — подібно до груп кажанів — для дослідження небезпечних середовищ і пошуку постраждалих.

Прориви в математичному моделюванні, дизайні нейромереж і характеристиках датчиків дадуть можливість іншим малопотужним застосуванням для цих дронів, таким як моніторинг довкілля. Наша робота може зменшити споживання енергії в 1 000 разів, масу — у 10 разів і вартість — у 100 разів порівняно з нинішніми рішеннями.

What other research is being done

Більшість систем аеронавігації покладаються на камери, датчики глибини або lidar, які погіршують роботу за низької видимості. Радар працює в таких умовах, але є енерговитратним для малих дронів. Попередні роботи досліджували ультразвукове зондування переважно на наземних роботах, але застосувати його до літаючих роботів було складно через шум пропелерів і слабкі сигнали.

What’s next

Ми працюємо над покращенням швидкості польоту, дальності зондування та розміру системи. Ми також вивчаємо нові біоінспіровані конструкції та поєднуємо ультразвук з іншими типами зондування.

Зрештою, наша мета — створити надійних малопотужних літаючих роботів, які можуть стабільно працювати в динамічних середовищах, і забезпечити реальне розгортання для пошуку та рятування.

The Research Brief — це короткий огляд цікавої академічної роботи.

MENAFN28032026000199003603ID1110910812