WiFi pomaga robotom pri navigaciji v notranjih okoljih

Inženirji na kalifornijski univerzi San Diego so razvili poceni tehnologijo z nizko porabo energije, ki robotom pomaga preslikati njihova notranja okolja. Sistem pomaga robotom pri navigaciji, tudi če je svetloba šibka ali ni prepoznavnih orientacijskih točk ali značilnosti. 

Skupina raziskovalcev pripada skupini za zaznavanje in mreženje brezžične komunikacije, ki jo vodi profesor elektrotehnike in računalništva UC San Diego Dinesh Bharadia. Predstavljen bo na mednarodni konferenci o robotiki in avtomatizaciji (ICRA) leta 2022 v Filadelfiji, ki bo potekala od 23. do 27. maja. 

Raziskava je bila objavljena v IEEE Robotika in avtomatizacija. 

Povsem nov pristop

Na novo razvita tehnologija ima senzorje, ki se zanašajo na signale WiFi in omogočajo robotu, da preslika svoje okolje in pot. Sistem je povsem nov pristop za robotsko navigacijo v zaprtih prostorih in je edinstven v primerjavi s prejšnjimi, ki uporabljajo optične svetlobne senzorje, kot so kamere in LiDAR.

Senzorji "WiFi" uporabljajo radiofrekvenčne signale namesto svetlobe ali vizualnih znakov, da vidijo, kar jim omogoča boljše delovanje v okoljih, kjer imajo kamere in LiDAR težave. Tovrstna okolja so običajno šibka svetloba, spreminjajoča se svetloba in ponavljajoča se okolja, kot so dolgi hodniki. 

Alternativa LiDAR-jem

WiFi pomaga tehnologiji doseči svoj status kot ekonomična alternativa LiDAR-jem, ki so dragi in zahtevajo veliko energije. 

»Skoraj povsod smo obdani z brezžičnimi signali. Lepota tega dela je, da lahko te vsakodnevne signale uporabimo za lokalizacijo in kartiranje v zaprtih prostorih z roboti,« je dejal Bharadia.

Aditya Arun je doktor elektrotehnike in računalništva. študent v laboratoriju Bharadie in prvi avtor študije. 

Raziskovalci so izdelali prototipni sistem s standardno strojno opremo. Sestavljen je iz robota, opremljenega s senzorji WiFi, zgrajenimi iz komercialno dostopnih sprejemnikov WiFi. Ti senzorji WiFi oddajajo in sprejemajo brezžične signale do dostopnih točk WiFi v okolju in iz njih, ta komunikacija pa robotu omogoča, da preslika svojo lokacijo in smer gibanja. 

Roshan Ayyalasomayajula je tudi doktor elektrotehnike in računalništva. študent v laboratoriju Bharadia, pa tudi soavtor študije. 

»Ta dvosmerna komunikacija že ves čas poteka med mobilnimi napravami, kot je vaš telefon, in dostopnimi točkami WiFi – samo ne pove vam, kje ste,« je dejal Ayyalasomayajula. "Naša tehnologija uporablja to komunikacijo za lokalizacijo in kartiranje v neznanem okolju."

Senzorji WiFi najprej ne zaznajo lokacije robota in kje v okolju so dostopne točke WiFi. Ko se robot premika, senzorji kličejo dostopne točke in poslušajo njihove odgovore, ki se nato uporabijo kot orientacijske točke. 

Vsak dohodni in odhodni brezžični signal nosi svoje edinstvene fizične informacije, ki jih je mogoče uporabiti za identifikacijo, kje so roboti in dostopne točke drug glede na drugega. Algoritmi omogočajo senzorjem WiFi, da izločijo te informacije in izvedejo te izračune. Senzorji še naprej zbirajo več informacij in lahko na koncu ugotovijo, kam gre robot. 

Tehnologijo smo preizkusili v nadstropju poslovne stavbe, kjer je bilo po prostoru postavljenih več dostopnih točk. Nato je bil robot opremljen s senzorji WiFi ter kamero in LiDAR za izvajanje meritev za primerjavo. Ekipa je nadzorovala robota in ga prisilila, da večkrat potuje po tleh. Zavilo je tudi za vogale in se spustilo po dolgih in ozkih hodnikih s svetlo in slabo osvetljenimi prostori. 

Preizkusi so pokazali, da je bila natančnost lokalizacije in kartiranja, ki ju zagotavljajo senzorji WiFi, enaka natančnosti komercialne kamere in senzorjev LiDar. 

»Signale WiFi, ki so v bistvu brezplačni, lahko uporabimo za robustno in zanesljivo zaznavanje v vizualno zahtevnih okoljih,« je dejal Arun. "Zaznavanje WiFi bi lahko nadomestilo drage LiDAR-je in dopolnilo druge poceni senzorje, kot so kamere v teh scenarijih."

Ekipa si bo zdaj prizadevala združiti WiFi senzorje in kamere za razvoj še popolnejše tehnologije kartiranja.