Le WiFi aide les robots à naviguer dans les environnements intérieurs

Les ingénieurs de l’Université de Californie à San Diego ont développé une technologie à faible coût et à faible puissance qui aide les robots à cartographier leurs environnements intérieurs. Le système aide les robots à naviguer même lorsqu’il y a peu de lumière ou pas de repères ou de caractéristiques reconnaissables.

L’équipe de chercheurs appartient au groupe de recherche en communication sans fil, en détection et en réseautage, dirigé par le professeur d’ingénierie électrique et informatique de l’UC San Diego, Dinesh Bharadia. Il sera présenté à la conférence internationale 2022 sur la robotique et l’automatisation (ICRA) à Philadelphie, qui se déroule du 23 au 27 mai.

La recherche a été publiée dans IEEE Robotics and Automation.

Une nouvelle approche

La technologie récemment développée a des capteurs qui reposent sur les signaux WiFi pour permettre au robot de cartographier son environnement et son chemin. Le système est une nouvelle approche pour la navigation des robots intérieurs, et il est unique par rapport aux précédents qui utilisent des capteurs de lumière optique comme les caméras et les LiDARs.

Les capteurs « WiFi » utilisent des signaux de fréquence radio à la place de la lumière ou des indices visuels pour voir, ce qui leur permet de fonctionner mieux dans les environnements où les caméras et les LiDARs ont des difficultés. Ces types d’environnements sont généralement des environnements à faible luminosité, à luminosité changeante et à environnements répétitifs comme les longs couloirs.

Alternative aux LiDARs

Le WiFi aide la technologie à atteindre son statut d’alternative économique aux LiDARs, qui sont coûteux et nécessitent beaucoup de puissance.

« Nous sommes entourés de signaux sans fil presque partout où nous allons. La beauté de ce travail est que nous pouvons utiliser ces signaux quotidiens pour faire la localisation et la cartographie intérieure avec les robots », a déclaré Bharadia.

Aditya Arun est un étudiant en doctorat en ingénierie électrique et informatique dans le laboratoire de Bharadia et premier auteur de l’étude.

Les chercheurs ont construit le système prototype avec du matériel standard. Il se compose d’un robot équipé de capteurs WiFi construits à partir de transmetteurs-récepteurs WiFi commerciaux. Ces capteurs WiFi transmettent et reçoivent des signaux sans fil vers et depuis les points d’accès WiFi dans l’environnement, et c’est cette communication qui permet au robot de cartographier sa localisation et la direction de son mouvement.

Roshan Ayyalasomayajula est également un étudiant en doctorat en ingénierie électrique et informatique dans le laboratoire de Bharadia, ainsi que co-auteur de l’étude.

« Cette communication bidirectionnelle se produit déjà entre les appareils mobiles comme votre téléphone et les points d’accès WiFi tout le temps — il ne vous indique simplement pas où vous êtes », a déclaré Ayyalasomayajula. « Notre technologie se greffe sur cette communication pour faire la localisation et la cartographie dans un environnement inconnu. »

Les capteurs WiFi ne connaissent pas initialement l’emplacement du robot et où se trouvent les points d’accès WiFi dans l’environnement. Lorsque le robot se déplace, les capteurs appellent les points d’accès et écoutent leurs réponses, qui sont ensuite utilisées comme repères.

Chaque signal sans fil entrant et sortant porte ses propres informations physiques uniques qui peuvent être utilisées pour identifier où se trouvent les robots et les points d’accès les uns par rapport aux autres. Les algorithmes permettent aux capteurs WiFi d’extraire ces informations et de faire ces calculs. Les capteurs continuent à collecter plus d’informations et peuvent éventuellement localiser où se dirige le robot.

La technologie a été testée sur un étage d’un immeuble de bureaux, où plusieurs points d’accès ont été placés autour de l’espace. Un robot a été équipé de capteurs WiFi, ainsi que d’une caméra et d’un LiDAR pour effectuer des mesures de comparaison. L’équipe a contrôlé le robot et l’a fait voyager plusieurs fois autour de l’étage. Il a également tourné des coins et est allé le long de corridors étroits et sombres.

Les tests ont démontré que la précision de la localisation et de la cartographie fournie par les capteurs WiFi était comparable à celle des capteurs de caméra et de LiDAR commerciaux.

« Nous pouvons utiliser des signaux WiFi, qui sont essentiellement gratuits, pour faire une détection robuste et fiable dans des environnements visuellement difficiles », a déclaré Arun. « La détection WiFi pourrait potentiellement remplacer des LiDARs coûteux et compléter d’autres capteurs à faible coût tels que les caméras dans ces scénarios. »

L’équipe va maintenant travailler à combiner les capteurs WiFi et les caméras pour développer une technologie de cartographie encore plus complète.