Инженеры научили дроны ориентироваться в темноте при помощи «кошачьих усов»

Небольшие автономные дроны вскоре смогут ориентироваться в темноте, пыли и дыму с помощью искусственных усов, созданных по образцу усов животных. Именно следовательно исследователи из Делфтского технического университета в Нидерландах разработали лёгкий тактильный датчик на основе усов, который позволяет дронам ориентироваться и исследовать окружающее пространство с помощью лёгких прикосновений.

Дроны массой менее 100 граммов сталкиваются с серьёзными ограничениями по сенсорам, вычислительной мощности и энергопотреблению. Обычные датчики, такие как камеры, лидары и дальномеры, зачастую слишком тяжелы и становятся ненадёжными в условиях плохой видимости, в частности в задымлённых зданиях или пещерах. Чтобы решить эту проблему, доктор Салуа Хамаза и её команда разработали лёгкую тактильную систему восприятия с низкой задержкой, позволяющую ориентироваться без использования зрения. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Пара искусственных усов, вдохновлённых вибриссами грызунов и закреплённых в передней части миниатюрного дрона, обеспечивает непрерывную информацию об окружающей среде при контакте. У основания каждого уса установлены три миниатюрных датчика давления, позволяющие дрону обнаруживать контакт в трёх измерениях. Когда ус сгибается при соприкосновении с поверхностью, изменения давления используются для оценки глубины и положения точки контакта в пространстве. Это даёт дрону подробную информацию о близлежащих поверхностях и даёт возможность ему избегать препятствий, следовать вдоль поверхности и строить тактильные карты.

Одной из главных проблем было отделить настоящие сигналы прикосновения от помех, создаваемых самим дроном. Воздушные потоки от пропеллеров могут вызывать шум, дрейф и другие искажения. Для решения этой проблемы команда разработала лёгкую систему обработки данных в реальном времени, которая корректирует эти эффекты и преобразует сигналы усов в оценки глубины с миллиметровой точностью. С помощью бортового программного обеспечения система отделяет значимую тактильную информацию от турбулентности, создаваемой собственными пропеллерами дрона, и получает надёжные данные во время полёта, используя программу, занимающую всего 34 килобайта памяти (всего у устройства 192 Kb RAM).

Работая целиком на бортовом микроконтроллере, эта система обеспечивает восприятие, принятие решений и автономный полёт в реальном времени без внешних вычислительных систем или систем позиционирования.

В экспериментах дрон смог следовать вдоль контуров как твёрдых, так и мягких поверхностей в полной темноте и исследовать замкнутые пространства, двигаясь вдоль стен. Непрерывно собирая информацию с помощью усов, он также мог строить тактильные карты незнакомых помещений и находить появление, не полагаясь на камеры или другие системы машинного зрения.

Сочетая лёгкое оборудование с продвинутой бортовой обработкой данных, исследователи продемонстрировали, что осязание может служить надёжным способом восприятия окружающей среды даже для самых маленьких автономных летающих роботов.