WiFiがロボットの室内環境のナビゲーションを支援

カリフォルニア大学サンディエゴ校のエンジニアは、ロボットが室内環境をマッピングするのを助ける低コスト、低消費電力の技術を開発しました。このシステムは、ロボットが低照度や特徴のない環境でもナビゲートできるようになります。

研究チームは、UCサンディエゴの電気電子工学教授であるDinesh Bharadiaが率いるワイヤレスコミュニケーションセンシングおよびネットワーキンググループに所属しています。2022年5月23日から27日までフィラデルフィアで開催される2022年ロボティクスおよび自動化国際会議（ICRA）で発表される予定です。

この研究は、IEEEロボティクスおよび自動化に掲載されています。

新しいアプローチ

新しく開発された技術には、ロボットが環境とパスをマッピングできるようにするためのWiFiシグナルを使用するセンサーが搭載されています。このシステムは、室内ロボットナビゲーションに対する新しいアプローチであり、カメラやLiDARなどの光学センサーを使用する従来のシステムとは異なります。

「WiFi」センサーは、光や視覚的な手がかりではなく、ラジオ周波数シグナルを使用して「見る」ことができます。これにより、カメラやLiDARが苦手とする低照度、変化する照度、繰り返しの環境（例：長い廊下）での作業が可能になります。

https://www.youtube.com/watch?v=JjalvBHqC94

LiDARの代替

WiFiは、LiDARよりも経済的な代替手段となります。LiDARは高価で、多大な電力が必要です。

「私たちは、ほとんどの場所でワイヤレスシグナルに囲まれています。この研究の美点は、ロボットの室内位置特定とマッピングにこれらの日常的なシグナルを使用できることです」とBharadiaは述べました。

Aditya Arunは、Bharadiaの研究室の電気電子工学の博士課程の学生であり、この研究の第一著者です。

研究者は、オフザシェルフのハードウェアを使用してプロトタイプシステムを構築しました。WiFiセンサーを搭載したロボットで構成されており、これらのWiFiセンサーは商用のWiFiトランシーバーから作成されています。これらのWiFiセンサーは、環境内のWiFiアクセスポイントとの間でワイヤレスシグナルを送受信し、この通信によりロボットが自分の位置と移動方向をマッピングできます。

Roshan Ayyalasomayajulaも、Bharadiaの研究室の電気電子工学の博士課程の学生であり、この研究の共同著者です。

「この双方向の通信は、すでにモバイルデバイス（例：携帯電話）とWiFiアクセスポイントの間で常に発生しています。ただし、現在の位置については通知されません」とAyyalasomayajulaは述べました。「私たちの技術は、この通信を利用して未知の環境での位置特定とマッピングを行います」。

WiFiセンサーは最初、ロボットの位置と環境内のWiFiアクセスポイントの位置を認識できません。ロボットが移動すると、センサーはアクセスポイントに呼び出し、返信を待ちます。これらの返信はランドマークとして使用されます。

各入出力のワイヤレスシグナルには、ロボットとアクセスポイントの相対的な位置を特定するために使用できる独自の物理情報が含まれています。アルゴリズムにより、WiFiセンサーがこの情報を抽出し、計算を行うことができます。センサーはさらに情報を収集し、最終的にロボットの移動方向を特定できます。

この技術は、複数のアクセスポイントが配置されたオフィスビルのフロアでテストされました。ロボットはWiFiセンサー、カメラ、LiDARを搭載して比較のための測定を行い、チームはロボットを複数回フロアを周回させ、コーナーを曲がり、明るく暗いスペースのある長い廊下を移動させました。

テスト結果は、WiFiセンサーによる位置特定とマッピングの精度が、商用カメラとLiDARセンサーの精度と同等であることを示しました。

「私たちは、実質的に無料のWiFiシグナルを使用して、視覚的に困難な環境でのロバストで信頼性の高いセンシングを行うことができます」とArunは述べました。「WiFiセンシングは、LiDARの代わりに使用でき、カメラなどの他の低コストセンサーを補完することができます」。

チームは、より完全なマッピング技術を開発するために、WiFiセンサーとカメラを組み合わせる作業に取り組む予定です。