WiFi auttaa roboteja navigoimassa sisätiloissa

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

Tutkijaryhmä kuuluu langattoman viestinnän, tunnistamisen ja verkostoitumisen ryhmään, jonka johtaa UC San Diegon sähkö- ja tietotekniikan professori Dinesh Bharadia. Se esitetään vuoden 2022 robottiikan ja automaation kansainvälisellä 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 valon anturia, kuten kameroita ja LiDAR-eja.

”WiFi”-anturit käyttävät radiofrekvenssien sijaan valoa tai visuaalisia vihjeitä näkemiseen, mikä mahdollistaa niiden toiminnan ympäristöissä, joissa kamerat ja LiDARit käyvät vaikeuksiin. 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 tutkimuksen ensisijainen tekijä.

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

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

“Tämä kaksisuuntainen viestintä tapahtuu jo jatkuvasti matkapuhelimien ja WiFi-päätepisteiden 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-päätepisteiden sijaintia ympäristössä. Kun robotti liikkuu, anturit kutsuvat päätepisteitä 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 päätepisteet ovat suhteessa toisiinsa. Algoritmit mahdollistavat WiFi-antureiden poistaa tämän tiedon ja tehdä nämä laskelmat. Anturit jatkavat tietojen keräämistä ja voivat lopulta määrittää, minne robotti on menossa.

Teknologiaa testattiin toimistotalon kerroksessa, jossa useita päätepisteitä sijoitettiin ympäristöön. Robotti varustettiin WiFi-antureilla, kameralla ja LiDARilla vertailumittausten suorittamiseksi. Tutkijaryhmä ohjasi robottia ja teki sen liikkuvan 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 kartoitusnäyttö 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.