Το WiFi Βοηθά τους Ρομπότ να Πλοηγούν σε Εσωτερικούς Χώρους

Οι μηχανικοί στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Σαν Ντιέγκο έχουν αναπτύξει μια τεχνολογία χαμηλού κόστους και χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας που βοηθά τους ρομπότ να χαρτογραφούν τους εσωτερικούς χώρους. Το σύστημα βοηθά τους ρομπότ να πλοηγούν ακόμη και όταν υπάρχει χαμηλό φωτισμό ή δεν υπάρχουν αναγνωρίσιμα ορόσημα ή χαρακτηριστικά.

Η ομάδα των ερευνητών ανήκει στην Ομάδα Ασύρματης Επικοινωνίας, Ανίχνευσης και Δικτύωσης, η οποία διηύθύνεται από τον καθηγητή ηλεκτρικής και υπολογιστικής μηχανικής του UC San Diego, Dinesh Bharadia. Θα παρουσιαστεί στη Διεθνή Конференσία Ρομποτικής και Αυτομάτου Ελέγχου (ICRA) του 2022 στη Φιλαδέλφεια, η οποία θα διεξαχθεί από τις 23 έως τις 27 Μαΐου.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο IEEE Ρομποτική και Αυτόματος Έλεγχος.

Μια Όλως Νέα Προσέγγιση

Η νεοαναπτυγμένη τεχνολογία έχει αισθητήρες που βασίζονται σε σήματα WiFi για να επιτρέψουν στον ρομπότ να χαρτογραφήσει το περιβάλλον και τη διαδρομή του. Το σύστημα είναι μια ολώς νέα προσέγγιση για την πλοήγηση ρομπότ σε εσωτερικούς χώρους και είναι μοναδικό σε σύγκριση με τις προηγούμενες που χρησιμοποιούν αισθητήρες οπτικού φωτός όπως κάμερες και LiDARs.

Οι αισθητήρες “WiFi” χρησιμοποιούν σήματα ραδιοσυχνοτήτων αντί για φως ή οπτικά σημάδια για να δουν, γεγονός που τους επιτρέπει να λειτουργούν καλύτερα σε περιβάλλοντα όπου οι κάμερες και οι LiDARs έχουν δυσκολίες. Αυτά τα είδη περιβαλλόντων είναι συνήθως με χαμηλό φωτισμό, μεταβαλλόμενο φως και επαναλαμβανόμενα περιβάλλοντα όπως μακρά δρομολόγια.

Εναλλακτική Λύση για LiDARs

Το WiFi βοηθά την τεχνολογία να επιτύχει το καθεστώς της ως οικονομική εναλλακτική λύση για LiDARs, τα οποία είναι ακριβά και απαιτούν πολλή ενέργεια.

“Είμαστε περικυκλωμένοι από ασύρματα σήματα σχεδόν παντού που πάμε. Η ομορφιά αυτής της εργασίας είναι ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα καθημερινά σήματα για εσωτερική τοποθεσία και χαρτογράφηση με ρομπότ,” είπε ο Bharadia.

Ο Aditya Arun είναι φοιτητής διδακτορικού στο εργαστήριο του Bharadia και πρώτος συγγραφέας της μελέτης.

Οι ερευνητές κατασκεύασαν το πρωτότυπο σύστημα με υλικό που υπάρχει στην αγορά. Συνίσταται από ένα ρομπότ που είναι εξοπλισμένο με αισθητήρες WiFi που κατασκευάστηκαν από εμπορικά διαθέσιμους ασύρματους μεταδότες. Οι αισθητήρες WiFi μεταδίδουν και λαμβάνουν ασύρματα σήματα από και προς τα σημεία πρόσβασης WiFi στο περιβάλλον, και αυτή η επικοινωνία είναι που επιτρέπει στον ρομπότ να χαρτογραφήσει τη θέση και τη διεύθυνση της κίνησής του.

Ο Roshan Ayyalasomayajula είναι επίσης φοιτητής διδακτορικού στο εργαστήριο του Bharadia, καθώς και συν-συγγραφέας της μελέτης.

“Αυτή η αμφίδρομη επικοινωνία συμβαίνει ήδη μεταξύ κινητών συσκευών όπως το τηλέφωνό σας και των σημείων πρόσβασης WiFi όλα τα χρόνια — απλώς δεν σας λέει πού βρίσκεστε,” είπε ο Ayyalasomayajula. “Η τεχνολογία μας επιβιβάζεται σε αυτή την επικοινωνία για να κάνει τοποθεσία και χαρτογράφηση σε ένα άγνωστο περιβάλλον.”

Οι αισθητήρες WiFi αρχικά δεν γνωρίζουν τη θέση του ρομπότ και πού βρίσκονται τα σημεία πρόσβασης WiFi στο περιβάλλον. Όταν το ρομπότ κινείται, οι αισθητήρες καλούν τα σημεία πρόσβασης και ακούνε τις απαντήσεις τους, οι οποίες χρησιμοποιούνται ως ορόσημα.

Κάθε εισερχόμενο και εξερχόμενο ασύρματο σήμα μεταφέρει τη δική του μοναδική φυσική πληροφορία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να पहचθεί πού βρίσκονται τα ρομπότ και τα σημεία πρόσβασης σε σχέση με το άλλο. Οι αλγόριθμοι επιτρέπουν στους αισθητήρες WiFi να εξάγουν αυτή την πληροφορία και να κάνουν αυτές τις υπολογίσεις. Οι αισθητήρες συνεχίζουν να λαμβάνουν περισσότερες πληροφορίες και μπορούν τελικά να εντοπίσουν πού πηγαίνει το ρομπότ.

Η τεχνολογία δοκιμάστηκε σε ένα όροφο ενός κτηρίου γραφείων, όπου τοποθετήθηκαν πολλά σημεία πρόσβασης γύρω από τον χώρο. Ένα ρομπότ εξοπλίστηκε με αισθητήρες WiFi, καθώς και μια κάμερα και ένα LiDAR για να πραγματοποιήσουν μετρήσεις για σύγκριση. Η ομάδα έλεγχε το ρομπότ και το έκανε να ταξιδέψει πολλές φορές γύρω από τον όροφο. Επίσης, γύρισε γωνίες και πήγε xuống μακρά και στενά δρομολόγια με φωτισμένα και σκουρόχρωμα διαστήματα.

Οι δοκιμές απέδειξαν ότι η ακρίβεια της τοποθεσίας και της χαρτογράφησης που παρέχονται από τους αισθητήρες WiFi ήταν στην ίδια επίπεδο με εκείνη των εμπορικών καμερών και αισθητήρων LiDar.

“Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε σήματα WiFi, τα οποία είναι ουσιαστικά δωρεάν, για να κάνουμε ασφαλή και αξιόπιστη ανίχνευση σε οπτικά απαιτητικά περιβάλλοντα,” είπε ο Arun. “Η ανίχνευση WiFi θα μπορούσε να αντικαταστήσει τα ακριβά LiDARs και να συμπληρώσει άλλους φθηνούς αισθητήρες όπως οι κάμερες σε αυτές τις περιπτώσεις.”

Η ομάδα θα εργαστεί τώρα για να συνδυάσει αισθητήρες WiFi και κάμερες για να αναπτύξει μια ακόμη πιο ολοκληρωμένη τεχνολογία χαρτογράφησης.