Дрон с усами: как маленький робот научился летать на ощупь
Камера, LiDAR и GPS выглядят очевидным набором для автономного дрона. Но у каждого из этих способов есть слабое место. Камера теряется в темноте, пыль и дым портят изображение, а GPS вообще может оказаться бесполезным внутри здания.
Исследователи из Делфтского технического университета пошли в другую сторону. Они буквально добавили дрону усы.
Как дрон ориентируется без камеры
На передней части аппарата установили два тонких вибрисса, направленных вверх под углом. Каждый ус соединён с тремя миниатюрными датчиками давления.
Когда ус касается поверхности, датчики фиксируют изменение нагрузки. По этим изменениям система определяет положение дрона относительно препятствия и оценивает расстояние до него.
Дальше начинается самое интересное. Аппарат способен следовать вдоль поверхности, избегать препятствий и постепенно составлять карту пространства. Для этого ему не нужно видеть окружающий мир.
Принцип знаком по животным. Грызуны используют вибриссы, чтобы перемещаться в тесных и тёмных пространствах, где зрение практически бесполезно. Исследователи перенесли ту же идею на миниатюрную летающую машину.
Всего 34 КБ для обработки данных
Для такого сенсора мало просто почувствовать столкновение. Пропеллеры создают воздушные потоки, которые постоянно воздействуют на конструкцию и могут имитировать контакт с поверхностью.
Учёные разработали алгоритм, который отделяет влияние турбулентности от реального касания. Вся система работает непосредственно на борту дрона и занимает всего 34 КБ памяти.
Для сравнения, современные системы компьютерного зрения обычно требуют гораздо более серьёзных вычислительных ресурсов. Здесь же задача решается почти архаичным способом: физический контакт заменяет часть сложной обработки изображения.
Точность системы достигает миллиметрового уровня. При этом сам аппарат весит менее 100 граммов.
Где такой дрон действительно пригодится
Главный сценарий связан с поисково спасательными операциями. После обрушения здания внутри могут оставаться люди или животные, а пространство заполняют пыль и дым. Отправлять туда человека опасно. Большой дрон тоже может оказаться слишком громоздким.
Маленький аппарат с тактильными сенсорами способен проникнуть в узкие участки завалов и исследовать их практически вслепую.
Похожий принцип уже давно работает в робототехнике. Подводные аппараты используют сонар, роботы исследуют поверхность с помощью тактильных датчиков, а животные вообще обходятся без сложной электроники. Но для дрона такой подход особенно интересен из-за жёстких ограничений по массе и энергопотреблению.
Именно здесь появляется неожиданный вывод. Чем меньше автономный робот, тем меньше смысла пытаться запихнуть в него полноценный набор человеческих органов чувств. Иногда несколько физических датчиков и 34 КБ кода решают задачу эффективнее огромной системы компьютерного зрения.
