Il WiFi aiuta i robot a navigare in ambienti interni

Gli ingegneri dell’Università della California a San Diego hanno sviluppato una tecnologia a basso costo e a bassa potenza che aiuta i robot a mappare i loro ambienti interni. Il sistema aiuta i robot a navigare anche quando c’è poca luce o non ci sono punti di riferimento riconoscibili.

Il team di ricercatori appartiene al Wireless Communication Sensing and Networking Group, guidato dal professore di ingegneria elettrica e informatica della UC San Diego Dinesh Bharadia. Sarà presentato alla Conferenza internazionale su robotica e automazione 2022 (ICRA) a Philadelphia, che si terrà dal 23 al 27 maggio.

La ricerca è stata pubblicata su IEEE Robotics and Automation.

Un nuovo approccio

La tecnologia appena sviluppata ha sensori che si affidano ai segnali WiFi per abilitare il robot a mappare il suo ambiente e percorso. Il sistema è un nuovo approccio per la navigazione dei robot interni e si distingue dai precedenti che utilizzano sensori di luce ottica come telecamere e LiDAR.

I sensori “WiFi” utilizzano segnali a frequenza radio invece di luci o segnali visivi per vedere, il che consente loro di funzionare meglio in ambienti in cui le telecamere e i LiDAR hanno difficoltà. Questi tipi di ambienti sono solitamente a luce bassa, con luci che cambiano e ambienti ripetitivi come lunghi corridoi.

Alternativa ai LiDAR

Il WiFi aiuta la tecnologia a raggiungere lo status di alternativa economica ai LiDAR, che sono costosi e richiedono molta potenza.

“Siamo circondati da segnali wireless quasi ovunque andiamo. La bellezza di questo lavoro è che possiamo utilizzare questi segnali quotidiani per fare localizzazione e mappatura interna con i robot”, ha detto Bharadia.

Aditya Arun è uno studente di dottorato in ingegneria elettrica e informatica nel laboratorio di Bharadia e primo autore dello studio.

I ricercatori hanno costruito il sistema prototipo con hardware standard. Consiste in un robot dotato di sensori WiFi costruiti con trasmettitori WiFi commerciali. I sensori WiFi trasmettono e ricevono segnali wireless da e verso i punti di accesso WiFi nell’ambiente, e questa comunicazione è ciò che consente al robot di mappare la sua posizione e la direzione del movimento.

Roshan Ayyalasomayajula è anche uno studente di dottorato in ingegneria elettrica e informatica nel laboratorio di Bharadia, nonché coautore dello studio.

“Questa comunicazione bidirezionale sta già avvenendo tra dispositivi mobili come il tuo telefono e i punti di accesso WiFi tutto il tempo – non ti sta solo dicendo dove sei”, ha detto Ayyalasomayajula. “La nostra tecnologia si basa su questa comunicazione per fare localizzazione e mappatura in un ambiente sconosciuto”.

I sensori WiFi non sono inizialmente a conoscenza della posizione del robot e della posizione dei punti di accesso WiFi nell’ambiente. Mentre il robot si muove, i sensori chiamano i punti di accesso e ascoltano le loro risposte, che vengono utilizzate come punti di riferimento.

Ogni segnale wireless in entrata e in uscita porta le proprie informazioni fisiche univoche che possono essere utilizzate per identificare dove si trovano i robot e i punti di accesso l’uno rispetto all’altro. Gli algoritmi consentono ai sensori WiFi di estrarre queste informazioni e fare questi calcoli. I sensori continuano a raccogliere più informazioni e possono eventualmente localizzare dove sta andando il robot.

La tecnologia è stata testata su un piano di un edificio per uffici, dove sono stati posizionati diversi punti di accesso intorno allo spazio. Un robot è stato quindi dotato di sensori WiFi, nonché di una telecamera e di un LiDAR per eseguire misurazioni per confronto. Il team ha controllato il robot e lo ha fatto viaggiare più volte intorno al piano. Ha anche girato angoli e percorso corridoi lunghi e stretti con spazi luminosi e scuri.

I test hanno dimostrato che l’accuratezza della localizzazione e della mappatura fornita dai sensori WiFi era pari a quella dei sensori commerciali di telecamere e LiDAR.

“Possiamo utilizzare i segnali WiFi, che sono essenzialmente gratuiti, per fare rilevamento robusto e affidabile in ambienti visivamente impegnativi”, ha detto Arun. “Il rilevamento WiFi potrebbe potenzialmente sostituire i costosi LiDAR e complementare altri sensori a basso costo come le telecamere in questi scenari”.

Il team lavorerà ora per combinare i sensori WiFi e le telecamere per sviluppare una tecnologia di mappatura ancora più completa.