Этот дрон умеет играть в вышибалы – и побеждать
Используя новый тип камер, исследователи из Цюрихского университета продемонстрировали летающего робота, который может обнаруживать и избегать быстро движущихся объектов. Шаг навстречу беспилотникам, которые могут летать быстрее в суровых условиях, добиваясь большего за меньшее время.
Дроны могут делать много вещей, но избегание препятствий еще не является их сильной стороной - особенно когда они движутся быстро. Хотя многие летающие роботы оснащены камерами, которые могут обнаруживать препятствия, дрону требуется от 20 до 40 миллисекунд для обработки изображения и реакции. Это может показаться быстрым, но этого недостаточно, чтобы избежать птицы или другого дрона, или даже статического препятствия, когда сам дрон летит на высокой скорости. Это может быть проблемой, когда беспилотники используются в непредсказуемых средах или когда их много в одной области.
Реакция в несколько миллисекунд
Чтобы решить эту проблему, исследователи из Цюрихского университета оснастили квадрокоптер (беспилотник с четырьмя пропеллерами) специальными камерами и алгоритмами, которые сократили время его реакции до нескольких миллисекунд – достаточно, чтобы избежать мяча, брошенного в него с близкого расстояния. Результаты, опубликованные в журнале Science Robotics, могут сделать беспилотники более эффективными в таких ситуациях, как последствия стихийного бедствия.
“Для поисково-спасательных приложений, таких как после землетрясения, время очень важно, поэтому нам нужны беспилотные летательные аппараты, которые могут перемещаться как можно быстрее, чтобы достичь большего в пределах их ограниченного времени автономной работы”, - объясняет Давиде Скарамуцца, который возглавляет группу робототехники и восприятия в Университете Цюриха, а также NCCR Robotics Search and Rescue Grand Challenge. "Однако при навигации быстрые дроны также более подвержены риску столкновения с препятствиями, и даже больше, если они движутся. Мы поняли, что новый тип камеры, называемый Event Camera, Идеально подходит для этой цели”.
Камеры событий имеют умные пиксели.
Традиционные видеокамеры, подобные тем, которые есть в каждом смартфоне, регулярно делают снимки всей сцены. Это сделано, выставляя пиксели изображения все одновременно. Таким образом, однако, движущийся объект может быть обнаружен только после того, как все пиксели были проанализированы бортовым компьютером. С другой стороны, камеры событий имеют интеллектуальные пиксели, которые работают независимо друг от друга. Пиксели, которые не обнаруживают изменений, остаются молчаливыми, а те, которые видят изменение интенсивности света, немедленно отправляют информацию. Это означает, что бортовой компьютер должен будет обрабатывать только крошечную долю всех пикселей изображения, что значительно ускоряет вычисления.
Камеры событий являются недавним нововведением, и существующие алгоритмы обнаружения объектов для дронов не работают с ними. Таким образом, исследователи должны были изобрести свои собственные алгоритмы, которые собирают все события, записанные камерой за очень короткое время, а затем вычитают эффект собственного движения дрона, который обычно учитывает большинство изменений в том, что видит камера.
Всего 3,5 миллисекунды для обнаружения входящих объектов.
Скарамузза и его команда впервые протестировали камеры и алгоритмы в одиночку. Они бросали в камеру предметы разных форм и размеров и измеряли, насколько эффективен алгоритм их обнаружения. Уровень успеха варьировался от 81 до 97 процентов, в зависимости от размера объекта и расстояния броска, и системе потребовалось всего 3,5 миллисекунды для обнаружения входящих объектов.
Затем началось самое серьезное испытание: поставить камеры на настоящий беспилотник, полетать на нем как в помещении, так и на улице и бросать предметы прямо в него. Дрон был способен избегать объектов – включая мяч, брошенный с трехметрового расстояния и движущийся со скоростью 10 метров в секунду-более чем в 90 процентах случаев. Когда дрон «знал» размер объекта заранее, одной камеры было достаточно. Когда вместо этого ему приходилось сталкиваться с объектами различного размера, для обеспечения стереоскопического обзора использовались две камеры.
Согласно Scaramuzza, эти результаты показывают, что камеры событий могут увеличить скорость, с которой беспилотники могут перемещаться, до десяти раз, таким образом расширяя их возможные приложения. «Однажды беспилотники будут использоваться для самых разных применений, таких как доставка грузов, перевозка людей, аэрофотосъемка и, конечно, поиск и спасение», - говорит он. «Но предоставление возможности роботам быстрее воспринимать и принимать решения может изменить правила игры и для других областей, где надежное обнаружение входящих препятствий играет решающую роль, таких как автомобильная промышленность, хорошая доставка, транспортировка, добыча полезных ископаемых и дистанционный контроль с помощью роботов».
Почти так же надежны, как пилоты-люди.
В будущем команда ставит перед собой задачу протестировать эту систему на еще более гибком квадротекторе. «Наша конечная цель состоит в том, чтобы в один прекрасный день автономные беспилотники управлялись так же хорошо, как пилоты человеческих беспилотников. В настоящее время во всех поисковых и спасательных приложениях, где задействованы дроны, человек фактически контролирует ситуацию. Если бы у нас были автономные беспилотные летательные аппараты, столь же надежные, как и человеческие пилоты, мы могли бы использовать их для миссий, которые находятся вне прямой видимости или вне досягаемости дистанционного управления», - говорит Давид Фаланга, аспирант, который является основным автором. статьи.
Эта работа финансировалась Швейцарским национальным научным фондом через Национальный центр компетентности в области исследований (NCCR) робототехники.
https://zen.yandex.ru/media/id/5df75d7f8d5b5f00b0263343/etot...