WiFi pomáhá robotům navigovat v vnitřních prostředích

Inženýři z University of California San Diego vyvinuli nízkonákladovou a nízkoenergetickou technologii, která pomáhá robotům mapovat své vnitřní prostředí. Systém pomáhá robotům navigovat i v případech, kdy je nízké osvětlení nebo nejsou rozpoznatelné žádné 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. Bude prezentován na konferenci 2022 International Conference on Robotics and Automation (ICRA) v Philadelphii, která se koná od 23. do 27. května.

Výzkum byl zveřejněn v IEEE Robotics and Automation.

Nový přístup

Nově vyvinutá technologie má senzory, které využívají signály WiFi k umožnění robotovi mapovat své prostředí a cestu. Systém je novým přístupem pro navigaci robotů v interiéru a je jedinečný ve srovnání s předchozími, které využívají optické senzory, jako jsou kamery a LiDARy.

Senzory „WiFi“ využívají rádiové signály místo světla nebo vizuálních podnětů k „vidění“, což umožňuje jejich lepší fungování v prostředích, kde mají kamery a LiDARy potíže. Tyto typy prostředí jsou obvykle s nízkým osvětlením, měnícím se osvětlením a opakujícími se prostředími, jako jsou dlouhé chodby.

https://www.youtube.com/watch?v=JjalvBHqC94

Náhrada za LiDARy

WiFi pomáhá technologii dosáhnout statusu ekonomické náhrady za LiDARy, 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 využít k vnitřní lokalizaci a mapování s roboty,” řekl Bharadia.

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

Výzkumníci postavili prototyp systému s využitím běžně dostupného hardwaru. Skládá se z robota vybaveného senzory WiFi, postavenými z komerčně dostupných WiFi transceiverů. Tyto senzory WiFi vysílají a přijímají bezdrátové signály k a od 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 dvoucestná 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 k lokalizaci a mapování v neznámém prostředí.”

Senzory WiFi jsou最初 nevědomé o poloze robota a kde jsou WiFi přístupové body 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 nacházejí 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 poté vybaven senzory WiFi, stejně jako kamerou a LiDARem, aby provedl měření pro srovnání. Tým ovládal robota a nechal ho několikrát projet po patře. Také otočil rohy a šel po dlouhých a úzkých chodbách s jasně a tmavě osvětlenými prostory.

Testy prokázaly, že přesnost lokalizace a mapování poskytovaná senzory WiFi byla srovnatelná s tou, kterou poskytují komerční kamery a LiDARy.

“Můžeme použít signály WiFi, které jsou prakticky zdarma, k robustnímu a spolehlivému snímání ve vizuálně náročných prostředích,” řekl Arun. “Snímání WiFi by mohlo potenciálně nahradit drahé LiDARy a doplnit jiné nízkonákladové senzory, jako jsou kamery, v těchto scénářích.”

Tým nyní bude pracovat na kombinaci senzorů WiFi a kamer k vývoji ještě úplnější technologie mapování.