Sonar siêu nhẹ Plus AI giúp drone nhỏ bé điều hướng như dơi

(MENAFN- The Conversation) Để giúp các robot bay nhỏ điều hướng trong bóng tối và các môi trường khác có tầm nhìn kém, các đồng nghiệp của tôi và tôi đã phát triển một hệ thống tri giác dựa trên siêu âm, lấy cảm hứng từ định vị bằng tiếng vang của loài dơi.

Các robot hiện tại dựa rất nhiều vào camera hoặc phát hiện và đo khoảng cách bằng ánh sáng, được biết đến như lidar, hoặc cả hai. Nhưng các cảm biến này không hoạt động hiệu quả trong những điều kiện thị giác khó khăn, như khói, sương mù, bụi, tuyết hoặc hoàn toàn trong bóng tối.

Tôi là một kỹ sư khoa học phát triển các vi robot lấy cảm hứng sinh học. Để giải quyết thách thức này, nhóm nghiên cứu của tôi đã tìm đến những bậc thầy của tự nhiên trong việc điều hướng tầm nhìn kém: loài dơi. Chúng sinh sống tốt trong các hang động tối, ẩm và nhiều bụi, và có thể phát hiện vật cản mảnh như sợi tóc của con người bằng định vị bằng tiếng vang, đồng thời nhẹ đến mức chỉ như hai chiếc kẹp giấy. Chúng phát ra sóng âm và lắng nghe các tiếng vang yếu phản xạ từ các vật thể.

Tuy nhiên, việc tích hợp khả năng cảm nhận này lên robot bay là cực kỳ thách thức vì cánh quạt tạo ra rất nhiều tiếng ồn. Nó giống như việc cố gắng nghe lời bạn của mình trong lúc một động cơ phản lực đang cất cánh ngay bên cạnh bạn.

Để vượt qua vấn đề này, chúng tôi đề xuất hai ý tưởng then chốt. Thứ nhất, một tấm chắn âm học vật lý lấy cảm hứng từ sụn tai của loài dơi giúp giảm tiếng ồn do cánh quạt xung quanh các cảm biến âm học, đóng vai trò như đôi tai của robot. Thứ hai, một mạng lưới thần kinh có tên Saranga phục hồi các tín hiệu tiếng vang yếu từ các phép đo cực kỳ nhiễu bằng cách học các mẫu theo thời gian, lấy cảm hứng từ cách loài dơi xử lý âm thanh.

Cùng với nhau, điều này cho phép robot ước lượng vị trí chướng ngại vật trong không gian 3D và điều hướng an toàn bằng công suất cảm nhận ở mức miliwatt.

Vì sao điều này quan trọng

Các loại drone này rất hữu ích cho tìm kiếm và cứu nạn, đặc biệt trong những môi trường chật hẹp, biến động và nguy hiểm, vì chúng nhỏ và chi phí thấp. Hoạt động tìm kiếm-cứu nạn thường diễn ra ở những nơi có tầm nhìn rất kém, chẳng hạn như cháy rừng, các công trình sụp đổ, hang động hoặc điều kiện ngoài trời nhiều bụi. Trong các tình huống này, các cảm biến truyền thống như camera và lidar thường trở nên không đáng tin cậy.

Loài dơi không chỉ dựa vào thị giác mà thay vào đó sử dụng định vị bằng tiếng vang để tri giác thế giới. Cảm nhận siêu âm không phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng và hoạt động trong khói, bụi và bóng tối.

Công trình của chúng tôi cho thấy rằng có thể mang khả năng này đến các robot bay, bất chấp tiếng ồn mạnh từ cánh quạt gắn trên bo mạch. Hệ thống sonar được tăng cường nhờ cơ chế che chắn nhiễu và học máy hứa hẹn sẽ tạo ra một lớp robot nhỏ, giá thấp mới có thể hoạt động trong những môi trường mà các hệ thống hiện tại thất bại.

Nghiên cứu này có thể tạo điều kiện cho các robot bay tự chủ nhỏ bé có chức năng cao cho các ứng dụng nhân đạo quan trọng, như tìm kiếm và cứu nạn, chống nạn săn trộm và khám phá hang động. Điều hướng sonar có hỗ trợ AI có thể dẫn tới các robot an toàn hơn, nhanh hơn và tiết kiệm chi phí hơn cho các nhiệm vụ cần thời gian, nơi mà việc tiếp cận của con người hoặc trực thăng lớn bị hạn chế. Đây là một bước tiến để có thể triển khai các bầy robot bay, tương tự như các nhóm dơi, nhằm khám phá các môi trường nguy hiểm và tìm kiếm người sống sót.

Những đột phá trong mô hình hóa toán học, thiết kế mạng lưới thần kinh và đặc tính hóa cảm biến sẽ cho phép các ứng dụng tiêu hao điện năng thấp khác cho các drone này, chẳng hạn như giám sát môi trường. Công trình của chúng tôi có thể giảm điện năng tiêu thụ lên 1.000 lần, giảm trọng lượng lên 10 lần và giảm chi phí lên 100 lần so với các giải pháp hiện tại.

Nghiên cứu khác nào đang được thực hiện

Hầu hết các hệ thống điều hướng trên không đều dựa vào camera, cảm biến độ sâu hoặc lidar, vốn suy giảm hiệu năng trong điều kiện tầm nhìn kém. Radar hoạt động trong các điều kiện này nhưng tiêu tốn năng lượng lớn đối với các drone nhỏ. Nghiên cứu trước đây đã khám phá cảm nhận siêu âm chủ yếu trên robot mặt đất, nhưng việc áp dụng cho robot bay đã khó khăn do tiếng ồn cánh quạt và tín hiệu yếu.

Sắp tới điều gì

Chúng tôi đang làm việc để cải thiện tốc độ bay, phạm vi cảm nhận và kích thước hệ thống. Chúng tôi cũng đang khám phá các thiết kế mới lấy cảm hứng sinh học và kết hợp siêu âm với các loại cảm nhận khác.

Cuối cùng, mục tiêu của chúng tôi là xây dựng các robot bay đáng tin cậy, tiêu thụ ít năng lượng, có thể hoạt động ổn định trong các môi trường biến động và mở đường cho việc triển khai trong thực tế cho tìm kiếm và cứu nạn.

Bản tin Nghiên cứu là phần tóm lược ngắn về một công trình học thuật thú vị.

MENAFN28032026000199003603ID1110910812