تساعد واي فاي الروبوتات على التنقل في البيئات الداخلية

قام مهندسون في جامعة كاليفورنيا سان دييغو بتطوير تقنية منخفضة التكلفة ومنخفضة القوة التي تساعد الروبوتات على رسم خريطة بيئاتها الداخلية. وتساعد النظام الروبوتات على التنقل حتى في وجود إضاءة منخفضة أو عدم وجود معالم أو ميزات يمكن التعرف عليها.

ينتمي فريق الباحثين إلى مجموعة الاتصالات اللاسلكية والحس والشبكات، والتي يقودها أستاذ الهندسة الكهربائية والحاسوب في جامعة كاليفورنيا سان دييغو دنيش بهاراديا. وسيتم تقديمها في مؤتمر 2022 الدولي للروبوتات والتحكم الآلي في فيلادلفيا، والذي يجرى من 23 إلى 27 مايو.

نشرت الأبحاث في IEEE Robotics and Automation.

نهج جديد كليًا

تعتمد التقنية الجديدة التي تم تطويرها على حساسات تعتمد على إشارات واي فاي لتمكين الروبوت من رسم خريطة بيئته ومساره. والنظام نهج جديد كليًا للتنقل الداخلي للروبوتات، وهو فريد عند مقارنته بالنهج السابقة التي تستخدم حساسات الضوء البصري مثل الكاميرات والليزر.

تستخدم حساسات “واي فاي” إشارات التردد الإشعاعي بدلاً من الإشارات الضوئية أو البصرية للرؤية، مما يمكنها من العمل بشكل أفضل في البيئات التي تواجه فيها الكاميرات والليزر صعوبات. وتكون هذه البيئات عادةً منخفضة الإضاءة، متغيرة الإضاءة، وبيئات متكررة مثل الممرات الطويلة.

بديل للليزر

تساعد واي فاي التقنية على تحقيق وضعها كبديل اقتصادي للليزر، والتي تكون غالية الثمن وتتطلب الكثير من الطاقة.

“نحن محاطون بإشارات لاسلكية تقريبًا في كل مكان نذهب إليه. وجمال هذا العمل هو أننا يمكن أن نستخدم هذه الإشارات اليومية للتنقل الداخلي وتحديد الموقع مع الروبوتات،” قال بهاراديا.

أديتيا أرون هو طالب دكتوراه في الهندسة الكهربائية والحاسوب في مختبر بهاراديا و هو مؤلف الدراسة الأول.

قام الباحثون ببناء نظام النموذج باستخدام الأجهزة المتاحة في السوق. ويتكون من روبوت مزود بحساسات واي فاي مصنوعة من مغيرات واي فاي تجارية. وتعيد هذه الحساسات واي فاي إرسال واستقبال الإشارات اللاسلكية إلى نقط وصول واي فاي في البيئة، وهذا التواصل هو ما يمكن الروبوت من رسم موقعها واتجاه حركتها.

روشان أيالاسوماياجولا هو أيضًا طالب دكتوراه في الهندسة الكهربائية والحاسوب في مختبر بهاراديا و هو مؤلف مشارك في الدراسة.

“هذا التواصل المتبادل يحدث بالفعل بين الأجهزة المحمولة مثل هاتفك ونقاط وصول واي فاي في جميع الأوقات – إنه فقط لا يخبرك بمكانك،” قال أيالاسوماياجولا. “تعتمد تقنيتنا على هذا التواصل لتحديد الموقع وتحديد الموقع في بيئة غير معروفة.”

تكون حساسات واي فاي في البداية غير على دراية بموقع الروبوت ونقاط وصول واي فاي في البيئة. ومع تحرك الروبوت، تدعو الحساسات نقاط الوصول وتستمع لردودها، والتي يتم استخدامها كمراكز.

تحمل كل إشارة لاسلكية واردة وصادرة معلومات فيزيائية فريدة يمكن استخدامها لتحديد موقع الروبوتات ونقاط الوصول بالنسبة لبعضها البعض. وتتيح الخوارزميات للحساسات واي فاي استخراج هذه المعلومات وإجراء هذه الحسابات. وتستمر الحساسات في جمع المزيد من المعلومات ويمكنها في النهاية تحديد موقع الروبوت.

تم اختبار التقنية على طابق من مبنى المكتب، حيث تم وضع عدة نقاط وصول حول الفضاء. ثم تم تزويد روبوت بحساسات واي فاي، وكاميرا وليزر لإجراء القياسات للمقارنة. وقام الفريق بتحريك الروبوت وجعله يسافر عدة مرات حول الطابق. كما قام بتحويل الزوايا والذهاب في ممرات طويلة وضيقة مع مساحات مضاءة بشكل ساطع ومظلم.

أظهرت الاختبارات أن دقة تحديد الموقع ورسم الخريطة التي قدمتها حساسات واي فاي كانت على نفس مستوى دقة الحساسات التجارية للكاميرا والليزر.

“يمكننا استخدام إشارات واي فاي، والتي هي أساسًا مجانية، للكشف والرسم في البيئات الصعبة بصريًا،” قال أرون. “يمكن أن تحل تقنية واي فاي محل ليزرات باهظة الثمن وتكمل حساسات منخفضة التكلفة الأخرى مثل الكاميرات في هذه السيناريوهات.”

سيعمل الفريق الآن على دمج حساسات واي فاي والكاميرات لتطوير تقنية رسم خريطة أكثر اكتمالا.