WiFi Ajuda Robôs a Navegar em Ambientes Internos

Engenheiros da Universidade da Califórnia, San Diego, desenvolveram uma tecnologia de baixo custo e baixa potência que ajuda robôs a mapear seus ambientes internos. O sistema ajuda os robôs a navegar mesmo quando há pouca iluminação ou nenhum marco ou recurso reconhecível.

A equipe de pesquisadores pertence ao Grupo de Comunicação Sem Fio, Sensoriamento e Rede, liderado pelo professor de engenharia elétrica e computação da UC San Diego, Dinesh Bharadia. Ele será apresentado na Conferência Internacional de 2022 sobre Robótica e Automação (ICRA) em Filadélfia, que ocorre de 23 a 27 de maio.

A pesquisa foi publicada em IEEE Robotics and Automation.

Uma Nova Abordagem

A tecnologia recém-desenvolvida tem sensores que dependem de sinais WiFi para permitir que o robô mapeie seu ambiente e caminho. O sistema é uma nova abordagem para a navegação de robôs internos e é única em comparação com as anteriores que usam sensores de luz óptica, como câmeras e LiDARs.

Os sensores “WiFi” usam sinais de frequência de rádio em vez de luz ou pistas visuais para ver, o que os permite funcionar melhor em ambientes onde as câmeras e LiDARs têm dificuldade. Esses tipos de ambientes são geralmente de baixa luz, luz cambiante e ambientes repetitivos, como longos corredores.

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Alternativa para LiDARs

O WiFi ajuda a tecnologia a alcançar seu status como uma alternativa econômica para LiDARs, que são caros e consomem muita potência.

“Estamos cercados por sinais sem fio quase em todos os lugares. A beleza deste trabalho é que podemos usar esses sinais do dia a dia para fazer localização e mapeamento internos com robôs”, disse Bharadia.

Aditya Arun é um estudante de doutorado em engenharia elétrica e computação no laboratório de Bharadia e autor principal do estudo.

Os pesquisadores construíram o sistema protótipo com hardware de prateleira. Ele consiste em um robô equipado com sensores WiFi construídos a partir de transceptores WiFi comercialmente disponíveis. Esses sensores WiFi transmitem e recebem sinais sem fio para e de pontos de acesso WiFi no ambiente, e essa comunicação é o que permite que o robô mapeie sua localização e direção de movimento.

Roshan Ayyalasomayajula também é um estudante de doutorado em engenharia elétrica e computação no laboratório de Bharadia, bem como coautor do estudo.

“Essa comunicação de duas vias já está acontecendo entre dispositivos móveis, como seu telefone, e pontos de acesso WiFi o tempo todo – é só que não está dizendo onde você está”, disse Ayyalasomayajula. “Nossa tecnologia se aproveita dessa comunicação para fazer localização e mapeamento em um ambiente desconhecido.”

Os sensores WiFi inicialmente não sabem a localização do robô e onde os pontos de acesso WiFi estão no ambiente. À medida que o robô se move, os sensores chamam os pontos de acesso e ouvem suas respostas, que são usadas como marcos.

Cada sinal sem fio de entrada e saída carrega sua própria informação física única que pode ser usada para identificar onde os robôs e os pontos de acesso estão em relação um ao outro. Os algoritmos permitem que os sensores WiFi extraiam essa informação e façam esses cálculos. Os sensores continuam a coletar mais informações e podem eventualmente localizar para onde o robô está indo.

A tecnologia foi testada em um andar de um prédio de escritórios, onde vários pontos de acesso foram colocados ao redor do espaço. Um robô foi então equipado com os sensores WiFi, bem como uma câmera e um LiDAR para realizar medições para comparação. A equipe controlou o robô e o fez viajar várias vezes ao redor do andar. Ele também virou cantos e foi por longos e estreitos corredores com espaços brilhantemente e fracamente iluminados.

Os testes demonstraram que a precisão da localização e mapeamento fornecida pelos sensores WiFi estava em pé de igualdade com a dos sensores comerciais de câmera e LiDar.

“Podemos usar sinais WiFi, que são essencialmente gratuitos, para fazer sensoriamento robusto e confiável em ambientes visualmente desafiadores”, disse Arun. “O sensoriamento WiFi pode potencialmente substituir LiDARs caros e complementar outros sensores de baixo custo, como câmeras, nesses cenários.”

A equipe agora trabalhará para combinar sensores WiFi e câmeras para desenvolver uma tecnologia de mapeamento ainda mais completa.