ฝูงโดรนสามารถช่วยค้นหานักปีนเขาที่สูญหายได้: ระบบช่วยให้โดรนสำรวจภูมิประเทศร่วมกันภายใต้หลังคาป่าหนาทึบซึ่งสัญญาณ GPS ไม่น่าเชื่อถือ.

การค้นหานักเดินป่าที่หลงทางในป่าอาจเป็นกระบวนการที่ยากและใช้เวลานาน, เนื่องจากเฮลิคอปเตอร์และโดรนไม่สามารถมองเห็นผ่านยอดไม้หนาทึบได้. ล่าสุด, มีการเสนอว่าโดรนไร้คนขับ, ซึ่งสามารถกระดกและสานผ่านต้นไม้ได้, สามารถช่วยเหลือการค้นหาเหล่านี้ได้. แต่สัญญาณ GPS ที่ใช้ในการนำทางเครื่องบินอาจไม่น่าเชื่อถือหรือไม่มีเลยในสภาพแวดล้อมที่เป็นป่า. ในบทความที่นำเสนอในการประชุม International Symposium on Experimental Robotics ในสัปดาห์หน้า, นักวิจัยของ MIT บรรยายถึงระบบอัตโนมัติสำหรับฝูงโดรนเพื่อร่วมกันค้นหาใต้ร่มไม้หนาทึบ. โดรนใช้เฉพาะการคำนวณออนบอร์ดและการสื่อสารไร้สายเท่านั้น โดยไม่ต้องใช้ GPS.

นักวิจัยของ MIT อธิบายถึงระบบอัตโนมัติสำหรับฝูงโดรนเพื่อร่วมกันค้นหาใต้ร่มไม้หนาทึบโดยใช้เพียงการคำนวณออนบอร์ดและการสื่อสารไร้สาย - ไม่ต้องใช้ GPS.

รูปภาพ: เมลานี โกนิค

โดรนสี่ใบพัดอิสระแต่ละตัวมีเครื่องค้นหาระยะเลเซอร์สำหรับการประมาณตำแหน่ง, การแปลเป็นภาษาท้องถิ่น, และการวางแผนเส้นทาง. ขณะที่โดรนบินไปรอบๆ, มันสร้างแผนที่ 3 มิติของภูมิประเทศแต่ละอัน. อัลกอริธึมช่วยให้จดจำจุดที่ยังไม่ได้สำรวจและค้นหาแล้ว, ดังนั้นจึงรู้ได้ว่าเมื่อใดที่มีการทำแผนที่พื้นที่โดยสมบูรณ์. สถานีภาคพื้นดินนอกเรือจะหลอมรวมแผนที่แต่ละฉบับจากโดรนหลายลำให้เป็นแผนที่ 3 มิติทั่วโลกที่ผู้ช่วยเหลือมนุษย์สามารถตรวจสอบได้.

ในการนำไปปฏิบัติจริง, แม้ว่าจะไม่ได้อยู่ในระบบปัจจุบันก็ตาม, โดรนจะมาพร้อมกับระบบตรวจจับวัตถุเพื่อระบุตัวนักปีนเขาที่หายไป. เมื่อตั้งอยู่, โดรนจะแท็กตำแหน่งของนักปีนเขาบนแผนที่โลก. มนุษย์สามารถใช้ข้อมูลนี้เพื่อวางแผนภารกิจกู้ภัยได้.

“โดยพื้นฐานแล้ว, เรากำลังแทนที่มนุษย์ด้วยฝูงโดรนเพื่อทำให้ส่วนการค้นหาของกระบวนการค้นหาและกู้ภัยมีประสิทธิภาพมากขึ้น,” ผู้เขียนคนแรก Yulun Tian กล่าว, นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในภาควิชาการบินและอวกาศ (แอโรแอสโทร).

นักวิจัยได้ทดสอบโดรนหลายลำในการจำลองป่าที่สร้างขึ้นแบบสุ่ม, และทดสอบโดรนสองตัวในพื้นที่ป่าภายในศูนย์วิจัยแลงลีย์ของ NASA. ในการทดลองทั้งสอง, โดรนแต่ละตัวสร้างแผนที่พื้นที่ประมาณ 20 ตารางเมตรในเวลาประมาณสองถึงห้านาที และร่วมมือกันรวมแผนที่เข้าด้วยกันแบบเรียลไทม์. โดรนยังทำงานได้ดีในหลายตัวชี้วัด, รวมถึงความเร็วและเวลาโดยรวมในการทำภารกิจให้สำเร็จ, การตรวจจับลักษณะป่าไม้, และการรวมแผนที่ที่แม่นยำ.

“เด็กมีสิทธิ์เข้าถึงซ้ำซ้อน: แคทเธอรีน หลิว, นักศึกษาปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการวิทยาการคอมพิวเตอร์และปัญญาประดิษฐ์ของ MIT (CSAIL) และแอโรแอสโตร; ไคล์ โอเค, นักศึกษาปริญญาเอกใน CSAIL และภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์; Loc Tran และ Danette Allen จากศูนย์วิจัย NASA Langley; นิโคลัส รอย, ศาสตราจารย์ AeroAstro และนักวิจัย CSAIL; และโจนาธาน พี. ยังไง, Richard Cockburn Maclaurin ศาสตราจารย์ด้านการบินและอวกาศ.

การสำรวจและการทำแผนที่

บนโดรนแต่ละตัว, นักวิจัยได้ติดตั้งระบบ LIDAR, ซึ่งสร้างการสแกน 2 มิติของสิ่งกีดขวางโดยรอบโดยการยิงลำแสงเลเซอร์และวัดพัลส์ที่สะท้อน. สามารถใช้ตรวจจับต้นไม้ได้; อย่างไรก็ตาม, ถึงโดรน, ต้นไม้แต่ละต้นมีลักษณะคล้ายกันอย่างน่าทึ่ง. หากโดรนจำต้นไม้ไม่ได้, ไม่สามารถระบุได้ว่ามีการสำรวจพื้นที่แล้วหรือไม่.

นักวิจัยได้ตั้งโปรแกรมโดรนให้ระบุทิศทางของต้นไม้หลายต้นแทน, ซึ่งมีความโดดเด่นกว่ามาก. ด้วยวิธีนี้, เมื่อสัญญาณ LIDAR ส่งคืนกลุ่มต้นไม้, อัลกอริทึมจะคำนวณมุมและระยะห่างระหว่างต้นไม้เพื่อระบุคลัสเตอร์นั้น. “โดรนสามารถใช้เป็นลายเซ็นเฉพาะเพื่อบอกว่าพวกเขาเคยเยี่ยมชมพื้นที่นี้มาก่อนหรือว่าเป็นพื้นที่ใหม่หรือไม่,” เทียนกล่าว.

เทคนิคการตรวจจับคุณลักษณะนี้ช่วยให้สถานีภาคพื้นดินผสานแผนที่ได้อย่างแม่นยำ. โดยทั่วไปแล้วโดรนจะสำรวจพื้นที่เป็นวง, สแกนได้ทันที. สถานีภาคพื้นดินจะตรวจสอบการสแกนอย่างต่อเนื่อง. เมื่อโดรน 2 ลำวนเวียนวนอยู่ในกลุ่มต้นไม้เดียวกัน, สถานีภาคพื้นดินจะรวมแผนที่เข้าด้วยกันโดยการคำนวณการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ระหว่างโดรน, จากนั้นจึงรวมแผนที่แต่ละอันเข้าด้วยกันเพื่อรักษาทิศทางที่สอดคล้องกัน.

“การคำนวณการเปลี่ยนแปลงเชิงสัมพันธ์จะบอกคุณว่าคุณควรจัดแนวแผนที่ทั้งสองอย่างไร เพื่อให้สอดคล้องกับลักษณะของป่าไม้,” เทียนกล่าว.

ในสถานีภาคพื้นดิน, ซอฟต์แวร์นำทางหุ่นยนต์ที่เรียกว่า "การแปลและการทำแผนที่พร้อมกัน" (สแลม) — ซึ่งทั้งทำแผนที่ในพื้นที่ที่ไม่รู้จักและติดตามตัวแทนภายในพื้นที่ — ใช้อินพุต LIDAR เพื่อระบุตำแหน่งและจับตำแหน่งของโดรน. ซึ่งจะช่วยให้สามารถหลอมรวมแผนที่ได้อย่างแม่นยำ.

ผลลัพธ์ที่ได้คือแผนที่ที่มีคุณสมบัติภูมิประเทศ 3 มิติ. ต้นไม้ปรากฏเป็นบล็อกเฉดสีน้ำเงินถึงเขียว, ขึ้นอยู่กับความสูง. พื้นที่ที่ยังไม่ได้สำรวจจะมืดแต่จะกลายเป็นสีเทาเมื่อโดรนทำแผนที่. ซอฟต์แวร์วางแผนเส้นทางบนเครื่องบินจะสั่งให้โดรนสำรวจพื้นที่มืดๆ ที่ยังไม่ได้สำรวจเหล่านี้เสมอในขณะที่มันบินไปรอบๆ. การสร้างแผนที่ 3 มิติมีความน่าเชื่อถือมากกว่าการติดกล้องเข้ากับโดรนและเฝ้าติดตามฟีดวิดีโอ, เทียนกล่าว. การส่งสัญญาณวิดีโอไปยังสถานีกลาง, parser สังเกตวิดีโอคำบรรยาย, ต้องใช้แบนด์วิธจำนวนมากซึ่งอาจไม่มีในพื้นที่ป่า.

การค้นหาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

นวัตกรรมที่สำคัญคือกลยุทธ์การค้นหาแบบใหม่ที่ช่วยให้โดรนสำรวจพื้นที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น. ตามแนวทางดั้งเดิมมากขึ้น, โดรนจะค้นหาพื้นที่ที่ไม่รู้จักที่ใกล้ที่สุดเสมอ. อย่างไรก็ตาม, ซึ่งอาจอยู่ในทิศทางใดก็ได้จากตำแหน่งปัจจุบันของโดรน. โดรนมักจะบินในระยะทางสั้นๆ, แล้วหยุดเพื่อเลือกทิศทางใหม่.

“นั่นไม่เคารพไดนามิกของโดรน [ความเคลื่อนไหว],” เทียนกล่าว. “มันต้องหยุดและเลี้ยว, นั่นหมายความว่ามันไม่มีประสิทธิภาพมากนักในแง่ของเวลาและพลังงาน, และคุณไม่สามารถรับความเร็วได้จริงๆ”

แทนที่, โดรนของนักวิจัยสำรวจพื้นที่ที่ใกล้ที่สุด, ขณะที่พิจารณาทิศทางในปัจจุบัน. พวกเขาเชื่อว่าสิ่งนี้สามารถช่วยให้โดรนรักษาความเร็วที่สม่ำเสมอยิ่งขึ้นได้. กลยุทธ์นี้ — โดยที่โดรนมักจะเดินทางในรูปแบบเกลียว — ครอบคลุมพื้นที่การค้นหาได้เร็วกว่ามาก. “ในภารกิจค้นหาและกู้ภัย, เวลาเป็นสิ่งสำคัญมาก,” เทียนกล่าว.

ในกระดาษ, นักวิจัยได้เปรียบเทียบกลยุทธ์การค้นหาใหม่กับวิธีการแบบเดิมๆ. เมื่อเทียบกับพื้นฐานนั้น, กลยุทธ์ของนักวิจัยช่วยให้โดรนครอบคลุมพื้นที่ได้มากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ, เร็วขึ้นหลายนาทีและมีความเร็วเฉลี่ยสูงขึ้น.

ข้อจำกัดประการหนึ่งสำหรับการใช้งานจริงคือโดรนยังคงต้องสื่อสารกับสถานีภาคพื้นดินนอกบอร์ดเพื่อรวมแผนที่. ในการทดลองกลางแจ้งของพวกเขา, นักวิจัยต้องตั้งค่าเราเตอร์ไร้สายที่เชื่อมต่อโดรนแต่ละตัวกับสถานีภาคพื้นดิน. parser สังเกตวิดีโอคำบรรยาย, พวกเขาหวังที่จะออกแบบโดรนเพื่อสื่อสารแบบไร้สายเมื่อเข้าใกล้กัน, หลอมรวมแผนที่ของพวกเขา, แล้วตัดการสื่อสารเมื่อแยกจากกัน. สถานีภาคพื้นดิน, ในกรณีนั้น, จะใช้เพื่อตรวจสอบแผนที่โลกที่อัปเดตเท่านั้น.

แหล่งที่มา: http://news.mit.edu, โดย Rob Matheson