Дрон использует интеллект муравьев, чтобы добраться домой
Visual_Route_following_for_Tiny_Autonomous_Robots_Science_Robotics.mp4
Дрон использует всенаправленную камеру, чтобы делать снимки окружающей обстановки – так же, как это делают муравьи со своими большими сложными глазами.
Крошечные воздушные дроны имеют множество потенциальных применений, но их способность ориентироваться сильно ограничена ничтожной вычислительной мощностью на борту. Ученые теперь приступили к устранению этого ограничения, взяв пример с насекомых-фуражиров, таких как муравьи.
Среди прочего, микродроны однажды смогут выполнять такие задачи, как поиск выживших в местах стихийных бедствий, разведку в опасных условиях или даже опыление сельскохозяйственных культур. Почти во всех случаях им придется самостоятельно вылетать в определенный район, а затем возвращаться на свою базу.
Когда дело доходит до возвращения на базу, варианты навигации в настоящее время включают GPS на открытом воздухе или беспроводную связь с модулями навигационных маяков в помещении. Тем не менее, GPS не работает в помещении, а модули навигации вряд ли будут предварительно установлены в большинстве зданий.
Более крупные дроны могут использовать системы LiDAR и компьютерного зрения для создания 3D-карт своего окружения на пути домой, по которым они впоследствии следуют, чтобы вернуться обратно. Однако создание таких карт требует больших вычислительных мощностей и памяти, которые крошечные микропроцессоры в микродронах просто не могут обеспечить.
Одна из ранее предложенных альтернатив предполагает, что такие дроны просто сделают серию снимков своего окружения по пути домой. На обратном пути – предполагая, что они следуют тем же маршрутом – они просто ищут ориентиры на этих снимках в порядке, обратном тому, в котором они были сделаны. Хотя это более эффективный метод навигации, необходимое количество снимков по-прежнему требует слишком много памяти.
Чтобы резко сократить это число, ученые из Делфтского технологического университета Нидерландов (TU Delft) обратились к муравьям и другим насекомым-фуражерам. По сути, муравьи делают мысленные снимки, когда выходят из своей колонии, но они также (примерно) подсчитывают количество шагов, которые они делают между этими снимками.
Этот процесс подсчета шагов, известный как одометрия, позволяет им делать гораздо меньше снимков, чем в противном случае потребовалось бы. Они просто сопоставляют свое окружение с одним снимком, делают запомненное количество шагов, а затем проверяют следующий снимок. Эта процедура повторяется снимок за снимком, пока насекомое не достигнет своей колонии.
Миниатюрный дрон CrazyFlie, использованный в исследовании
Команда Делфтского технического университета под руководством профессоров Тома ван Дейка и Гвидо де Кроона применила тот же принцип к миниатюрному квадрокоптеру CrazyFlie весом 56 граммов), который они оснастили всенаправленной камерой. Конечно, воздушные дроны не ходят, поэтому коптер не может считать свои шаги, как муравей.
«Что касается одометрии, наш дрон делает что-то похожее на медоносных пчел: он интегрирует движение, определяемое оптическим потоком», — говорит нам де Крун. «Для этого у нашего робота есть небольшая направленная вниз камера, которая отслеживает, как быстро предметы проходят в поле зрения».
Более того, эта камера также отслеживает направление движения земли под ней.
На обратном пути, как только дрон определил, что он пролетел записанное расстояние/направление по одному записанному снимку, он сравнивает текущее изображение с камеры со следующим записанным снимком. Учитывая тот факт, что на обратном пути самолет неизбежно немного сместится, он корректирует свой курс до тех пор, пока два изображения почти не совпадут.
«Предположим, что в поле зрения есть дерево, и на снимке оно больше, чем на текущем изображении. Тогда дрону нужно двигаться к этому дереву, так как оно также станет больше на изображении», — объясняет де Кроон.
Передвигаясь таким образом внутри помещения, дрон смог автономно вернуться на базу по извилистой 100-метровой (328-футовой) полосе препятствий, используя всего 1,16 килобайт памяти – это вполне соответствует возможностям большинства коммерческих микросхем. дроны. Фактически, квадрокоптер, как сообщается, теперь является рекордсменом как самый легкий дрон, когда-либо осуществлявший навигацию на основе видения.
Увидеть это в действии можно в следующем видео. Статья об исследовании была недавно опубликована в журнале Science Robotics .
.webp.eaa889004891070e3f33b7d0caabc1df.webp)
