WiFi helpt robots bij het navigeren in binnenomgevingen

Ingenieurs aan de University of California San Diego hebben een technologie met lage kosten en laag vermogen ontwikkeld die robots helpt bij het in kaart brengen van hun binnenomgeving. Het systeem helpt de robots te navigeren, zelfs wanneer er weinig licht is of geen herkenbare oriëntatiepunten of kenmerken. 

Het team van onderzoekers behoort tot de Wireless Communication Sensing and Networking Group, die wordt geleid door UC San Diego elektrotechniek- en informatica-professor Dinesh Bharadia. Het zal worden gepresenteerd op de 2022 International Conference on Robotics and Automation (ICRA) in Philadelphia, die loopt van 23 tot 27 mei. 

Het onderzoek is gepubliceerd in IEEE Robotics and Automation. 

Een geheel nieuwe benadering

De nieuw ontwikkelde technologie heeft sensoren die gebruikmaken van WiFi-signalen om de robot in staat te stellen zijn omgeving en route in kaart te brengen. Het systeem is een geheel nieuwe benadering voor indoor robotnavigatie en is uniek in vergelijking met eerdere benaderingen die gebruikmaken van optische lichtsensoren zoals camera’s en LiDARs.

De “WiFi”-sensoren gebruiken radiogolfsignalen in plaats van licht of visuele signalen om te zien, waardoor ze beter werken in omgevingen waar camera’s en LiDARs moeite hebben. Deze soorten omgevingen zijn meestal weinig licht, veranderend licht en herhalende omgevingen zoals lange gangen. 

Alternatief voor LiDARs

De WiFi helpt de technologie om zijn status te bereiken als een economisch alternatief voor LiDARs, die duur en veel vermogen vereisen. 

“We worden omringd door draadloze signalen bijna overal waar we gaan. De schoonheid van dit werk is dat we deze alledaagse signalen kunnen gebruiken om indoor lokaliseren en in kaart brengen met robots,” zei Bharadia.

Aditya Arun is een elektrotechniek- en informatica-promovendus in Bharadia’s lab en eerste auteur van de studie. 

De onderzoekers hebben het prototype-systeem gebouwd met standaardhardware. Het bestaat uit een robot uitgerust met WiFi-sensoren gebouwd met commercieel beschikbare WiFi-transceivers. Deze WiFi-sensoren zenden en ontvangen draadloze signalen naar en van WiFi-toegangspunten in de omgeving, en deze communicatie is wat de robot in staat stelt om zijn locatie en bewegingsrichting in kaart te brengen. 

Roshan Ayyalasomayajula is ook een elektrotechniek- en informatica-promovendus in Bharadia’s lab, evenals co-auteur van de studie. 

“Deze tweerichtingscommunicatie gebeurt al tussen mobiele apparaten zoals uw telefoon en WiFi-toegangspunten de hele tijd — het vertelt u alleen niet waar u bent,” zei Ayyalasomayajula. “Onze technologie maakt gebruik van deze communicatie om lokaliseren en in kaart brengen te doen in een onbekende omgeving.”

De WiFi-sensoren zijn eerst onbewust van de locatie van de robot en waar de WiFi-toegangspunten zijn in de omgeving. Als de robot beweegt, roepen de sensoren de toegangspunten op en luisteren naar hun antwoorden, die vervolgens als oriëntatiepunten worden gebruikt. 

Elk inkomend en uitgaand draadloos signaal draagt zijn eigen unieke fysieke informatie die kan worden gebruikt om te bepalen waar de robots en toegangspunten zich ten opzichte van elkaar bevinden. De algoritmes stellen de WiFi-sensoren in staat om deze informatie te extraheren en deze berekeningen uit te voeren. De sensoren blijven meer informatie oppikken en kunnen uiteindelijk bepalen waar de robot naartoe gaat. 

De technologie is getest op een verdieping van een kantoorgebouw, waar meerdere toegangspunten rond de ruimte waren geplaatst. Een robot was uitgerust met de WiFi-sensoren, evenals een camera en een LiDAR om metingen voor vergelijking uit te voeren. Het team controleerde de robot en liet hem meerdere keren rond de verdieping rijden. Het draaide ook hoeken om en ging door lange en smalle gangen met helder en zwak verlichte ruimtes. 

De tests toonden aan dat de nauwkeurigheid van lokaliseren en in kaart brengen die werd geleverd door de WiFi-sensoren gelijk was aan die van de commerciële camera- en LiDAR-sensoren. 

“We kunnen WiFi-signalen gebruiken, die in wezen gratis zijn, om robuust en betrouwbaar te meten in visueel uitdagende omgevingen,” zei Arun. “WiFi-sensoren kunnen mogelijk dure LiDARs vervangen en andere goedkope sensoren zoals camera’s in deze scenario’s aanvullen.”

Het team zal nu werken aan het combineren van WiFi-sensoren en camera’s om een nog completere in kaart brengtechnologie te ontwikkelen.