WiFi pomáhá robotům navigovat v vnitřních prostředích

Inženýři z Kalifornské univerzity v San Diegu vyvinuli technologii s nízkými náklady a nízkou spotřebou energie, která pomáhá robotům mapovat jejich vnitřní prostředí. Systém umožňuje robotům navigovat i v případech, kdy je málo světla nebo nejsou rozpoznatelné orientační body nebo rysy.

Tým výzkumníků patří do skupiny Wireless Communication Sensing and Networking Group, kterou vede profesor Dinesh Bharadia z oddělení elektrotechniky a počítačového inženýrství UC San Diego. Představen bude na konferenci ICRA 2022 v Philadelphii, která se koná od 23. do 27. května.

Výzkum byl zveřejněn v IEEE Robotics and Automation.

Úplně nová přístup

Nově vyvinutá technologie má senzory, které spoléhají na signály WiFi, aby umožnily robotovi mapovat své prostředí a cestu. Systém je úplně nová přístup pro navigaci robotů v vnitřních prostorách a je jedinečný ve srovnání s předchozími, které používají optické světelné senzory, jako jsou kamery a LiDARy.

Senzory „WiFi“ používají rádiové frekvenční signály místo světla nebo vizuálních podnětů, aby „viděly“, což umožňuje lépe fungovat v prostředích, kde kamery a LiDARy mají potíže. Tyto typy prostředí jsou obvykle s nízkým osvětlením, měnícím se osvětlením a opakujícími se prostředími, jako jsou dlouhé chodby.

Alternativa k LiDARům

WiFi pomáhá této technologii dosáhnout statusu ekonomické alternativy k LiDARům, které jsou drahé a vyžadují mnoho energie.

“Jsme obklopeni bezdrátovými signály téměř všude, kam chodíme. Krása této práce spočívá v tom, že můžeme tyto všední signály použít pro vnitřní lokalizaci a mapování s roboty,” řekl Bharadia.

Aditya Arun je doktorand elektrotechniky a počítačového inženýrství v Bharadiově laboratoři a první autor studie.

Výzkumníci postavili prototypový systém s použitím běžně dostupného hardwaru. Skládá se z robota vybaveného senzory WiFi, postavenými z komerčně dostupných WiFi transceiverů. Tyto senzory WiFi vysílají a přijímají bezdrátové signály z a do WiFi přístupových bodů v prostředí, a tato komunikace umožňuje robotovi mapovat svou polohu a směr pohybu.

Roshan Ayyalasomayajula je také doktorand elektrotechniky a počítačového inženýrství v Bharadiově laboratoři a spoluautor studie.

“Tato oboustranná komunikace již probíhá mezi mobilními zařízeními, jako je váš telefon, a WiFi přístupovými body neustále – pouze vám neříká, kde jste,” řekl Ayyalasomayajula. “Naše technologie využívá tuto komunikaci pro lokalizaci a mapování v neznámém prostředí.”

Senzory WiFi jsou nejprve nevědomé o poloze robota a o poloze WiFi přístupových bodů v prostředí. Když se robot pohybuje, senzory volají přístupové body a naslouchají jejich odpovědím, které se poté používají jako orientační body.

Každý příchozí a odchozí bezdrátový signál nese svou vlastní jedinečnou fyzickou informaci, která může být použita k identifikaci, kde se robot a přístupové body nachází vzhledem k sobě. Algoritmy umožňují senzorům WiFi extrahovat tuto informaci a provádět tyto výpočty. Senzory pokračují v získávání více informací a mohou nakonec lokalizovat, kam se robot pohybuje.

Technologie byla testována na patře kancelářské budovy, kde byly umístěny několik přístupových bodů kolem prostoru. Robot byl vybaven senzory WiFi, jakož i kamerou a LiDARem pro provedení měření pro srovnání. Tým ovládal robota a nechal ho několikrát projet po patře. Také otočil rohy a šel dolů po dlouhých a úzkých chodbách s jasně a tmavě osvětlenými prostory.

Testy prokázaly, že přesnost lokalizace a mapování poskytovaná senzory WiFi byla srovnatelná s přesností komerčních kamer a senzorů LiDAR.

“Můžeme použít signály WiFi, které jsou prakticky zdarma, pro robustní a spolehlivou detekci v vizuálně náročných prostředích,” řekl Arun. “Detekce WiFi by mohla potenciálně nahradit drahé LiDARy a doplnit ostatní nízkonákladové senzory, jako jsou kamery, v těchto scénářích.”

Tým nyní bude pracovat na kombinaci senzorů WiFi a kamer pro vývoj ještě úplnější technologie mapování.