WiFi auttaa robotteja navigoimaan sisätiloissa

San Diegon Kalifornian yliopiston insinöörit ovat kehittäneet edullisen ja vähän energiaa kuluttavan teknologian, joka auttaa roboteja kartoittamaan sisätiloja. Järjestelmä auttaa roboteja navigoimaan myös silloin, kun valaistus on heikko tai tunnistettavia maamerkkejä tai piirteitä ei ole.

Tutkijaryhmä kuuluu langattoman viestinnän, tunnistamisen ja verkostoitumisen ryhmään, jota johtaa UC San Diegon sähkö- ja tietotekniikan professori Dinesh Bharadia. Se esitetään vuoden 2022 robotiikan ja automaation kansainvälisessä konferenssissa Philadelphiassa, joka järjestetään 23.-27. toukokuuta.

Tutkimus on julkaistu IEEE Robotics and Automation -julkaisussa.

Uusi lähestymistapa

Uusi teknologia käyttää WiFi-signaaleja, joiden avulla robotti voi kartoittaa ympäristöään ja reittiään. Järjestelmä on uusi lähestymistapa sisätilojen robotti-navigointiin, ja se on ainutlaatuinen verrattuna aikaisempiin menetelmiin, jotka käyttävät optisia valoantureita, kuten kameroita ja LiDAR-eja.

”WiFi”-anturit käyttävät radiotaajuisia signaaleja valon tai visuaalisten vihjeiden sijaan näkemiseen, mikä mahdollistaa niiden toiminnan ympäristöissä, joissa kamerat ja LiDARit kohtaavat vaikeuksia. Nämä ympäristöt ovat yleensä heikkovaloisia, vaihtelevia valaistuksia ja toistuvia ympäristöjä, kuten pitkiä käytäviä.

Vaihtoehto LiDAR-eille

WiFi mahdollistaa teknologian aseman taloudellisena vaihtoehtona LiDAR-eille, jotka ovat kalliita ja vaativat paljon virtaa.

“Olemme ympäröity langattomilla signaaleilla melkein joka paikassa, mihin menemmekin. Tämän työn kauneus on, että voimme käyttää näitä jokapäiväisiä signaaleja sisäpaikannukseen ja kartoittamiseen roboteilla”, sanoi Bharadia.

Aditya Arun on sähkö- ja tietotekniikan tohtorikoulutettava Bharadian laboratoriossa ja ensimmäinen kirjoittaja.

Tutkijat rakensivat prototyyppijärjestelmän valmiista laitteista. Se koostuu robotista, jossa on WiFi-anturit, jotka on valmistettu kaupallisesti saatavista WiFi-lähetin-vastaanottimista. Nämä WiFi-anturit lähettävät ja vastaanottavat langattomia signaaleja ympäristön WiFi-tukiasemiin ja niistä, ja tämä viestintä mahdollistaa robotin kartoittaa sijaintinsa ja liikkeensä suunnan.

Roshan Ayyalasomayajula on myös sähkö- ja tietotekniikan tohtorikoulutettava Bharadian laboratoriossa ja tutkimuksen yhteiskirjoittaja.

“Tämä kaksisuuntainen viestintä tapahtuu jo jatkuvasti matkapuhelimien ja WiFi-tukiasemien välillä – se vain ei kerro sinulle, missä olet”, sanoi Ayyalasomayajula. “Meidän teknologiamme hyödyntää tätä viestintää paikannukseen ja kartoittamiseen tuntemattomassa ympäristössä.”

WiFi-anturit eivät aluksi tiedä robotin sijaintia eikä WiFi-tukiasemien sijaintia ympäristössä. Kun robotti liikkuu, anturit kutsuvat tukiasemia ja kuuntelevat heidän vastauksiaan, joita sitten käytetään maamerkkeinä.

Jokainen saapuva ja lähtevä langaton signaali kantaa omaa fysikaalista tietoa, jota voidaan käyttää määrittämään, missä robotit ja tukiasemat ovat suhteessa toisiinsa. Algoritmit mahdollistavat WiFi-antureiden poimia tämän tiedon ja tehdä nämä laskelmat. Anturit jatkavat tietojen keräämistä ja voivat lopulta määrittää, minne robotti on menossa.

Teknologiaa testattiin toimistotalon kerroksessa, jossa useita tukiasemia sijoitettiin ympäristöön. Robotti varustettiin WiFi-antureilla, kameralla ja LiDARilla vertailumittausten suorittamiseksi. Tutkijaryhmä ohjasi robottia ja sai sen liikkumaan useita kertoja kerroksen ympäri. Se myös kääntyi kulmissa ja meni pitkiä ja kapeita käytäviä, joissa oli eri valaistusolosuhteita.

Testit osoittivat, että WiFi-anturien tarjoama paikannus- ja kartoitustarkkuus oli vertailukelpoinen kaupallisten kamerien ja LiDAR-anturien kanssa.

“Voimme käyttää WiFi-signaaleja, jotka ovat käytännössä ilmaisia, vahvaan ja luotettavaan havainnointiin visuaalisesti haastavissa ympäristöissä”, sanoi Arun. “WiFi-havainnointi voi mahdollisesti korvata kalliit LiDARit ja täydentää muita edullisia antureita, kuten kameroita näissä tilanteissa.”

Tutkijaryhmä aikoo nyt yhdistää WiFi-anturit ja kamerat kehittääkseen vielä täydellisemmän kartoitusteknologian.