Yapay Zeka Destekli Arama ve Kurtarma Ekipmanına Sahip Bir Hamamböceği

Uluslararası robotik araştırmacıları, aksi takdirde kontrol altına alınması mümkün olmayan felaket senaryolarında minyatürleştirilmiş, makine öğrenimi destekli kızılötesi kurtulan tespit sistemini taşımak için 'yönlendirilebilir' canlı bir hamamböceği kullanan bir Kentsel Arama ve Kurtarma (USAR) sistemi geliştirdiler.

MKS sistem Singapur, Çin, Almanya ve Birleşik Krallık'taki araştırma departmanları arasındaki bir iş birliğidir. Madagaskar hamamböceğini bir araç olarak kullanır ve birkaç saat boyunca çalışacak kadar güce sahiptir.

Kaynak: https://arxiv.org/abs/2105.10869

Hibrit kurtarma sistemi, insan tespiti için kızılötesi (IR) görüntüler üzerinde eğitilmiş bir makine öğrenimi modeline sahiptir ve gerektiğinde otonom olarak çalışabilen ve bulunan hayatta kalanları bir üs işletim istasyonuna geri bildiren mobil IR tespit sistemine güç sağlar.

Sınırlı Yerel Kaynaklar

Makine öğrenimi çerçevesinin olağanüstü derecede ince kaynaklarla çalışması gerekir: Cihazın genel güç gereksinimlerinden sisteme yalnızca 191.8 kB statik RAM ve 1988 kB Flash bellek kalır ve bu da böcek için elektriksel uyarı da sağlamalıdır.

Hamam böceğinin sırt çantasının yukarıda resmedilen üç işlevsel bloğu, kablosuz uyarım, birincil denetleyici birimi ve çevresel bileşenlerden oluşur. Kızılötesi kaynaklı makine öğrenme sistemi ve navigasyon işlevi ise birincil denetleyici birimine yerleştirilmiştir. Hamam böceğinin geometrisine daha iyi uyum sağlamak için, cihazın devresi birkaç bileşene ayrılmıştır.

Madagaskar hamamböceği (arasında en büyük türler Dünyada, maksimum 15 g yük kapasitesine sahip olan bu canlı, yaratığın antenlerine (cerci) ve karnına yerleştirilen dört elektrot aracılığıyla, onu bir yöne veya diğerine yönlendiren küçük elektrik şoklarıyla kontrol edilir. Elektrotlar balmumu ile sabitlenmiştir.

Böcek Arama ve Kurtarmaya Yapay Zeka Ekleme

Yeni girişim, UC Berkeley ve Singapur'un Nanyang Teknoloji Üniversitesi'nin önceki çalışmalarını geliştiriyor. yönlendirilebilir böcekleri kullanma USAR senaryolarında.

Bir böceğin uçuş yolunu kontrol etmeye yönelik 2016 araştırması. Kaynak: https://www.youtube.com/watch?v=iljHXpE4LG8

Böcekler uçma yeteneğine sahip olsalar da, yük kapasiteleri daha sonra azalır, bu da yerleşik teknolojilerin potansiyel yeteneklerini düşürür ve özellikle bir makine öğrenme algoritmasını çalıştırmanın gerekli olduğu bir durumda güç tüketimi taleplerini kritik bir seviyeye getirir.

Yeni girişimdeki yerleşik otonom insan tanıma sistemi, aşağıdakileri kullanan bir görüntü sınıflandırma modeli kullanır: destek vektör makinesi (SVM) ve Yönlendirilmiş Gradyanların Histogramı.

Hamamböceğinin hareketi, entegre navigasyon sistemi tarafından yönlendirilir ve 'biyobot'u, aradaki engellerden habersiz, önceden belirlenmiş bir hedefe yönlendirir. Hamamböceğinin kendi güçlü navigasyon becerileri, çoğunlukla, ulaşılması imkansız bir yere ulaşmada karşılaşılan sorunların çoğunu çözer.

Kaynak: https://arxiv.org/abs/2105.10869

Yerleşik kızılötesi sistem 1 hz'de görüntü yakalar, karanlık alanlarda başarılı bir şekilde çalışır ve hayatta kalanları kablosuz olarak gerçek zamanlı olarak bir komuta merkezine bildirir. Enerjiden tasarruf etmek için, görüntü analiz sistemi yalnızca pozitif bir kızılötesi okuma tarafından tetiklenirse çalışmaya başlar.

Model yalnızca 18.3 kB Flash bellek ve 52.2 kB statik RAM kaplar ve 95 milisaniyelik bir hesaplama süresine ulaşır. Bir USAR senaryosunda makul işlem süresi çok önemlidir, aksi takdirde hamamböceği yön değiştirip araziyi katederken uzak kızılötesi imzalar işleme aralığında gözden kaçabilir.

Sistem ayrıca, olası bir kurtarma girişimi için yerel koşulları bildirmek ve kontrol merkezinin yaratığı tehlikeye atacak herhangi bir durumdan uzaklaştırmasına izin vermek için sıcaklık, nem ve CO2'yi izleyen sensörler içerir.

Simüle Edilmiş Arazilerde Test

Sistem, takılı ekipman nedeniyle hamam böceğinin ağırlık açısından dezavantajlı durumda olması nedeniyle, baş döndürücü tırmanışları içeren bazı özellikle zorlu konfigürasyonlar dışında, etkili engel aşma ile simüle edilmiş bir felaket senaryosunda (yukarıdaki resim) test edilmiştir.

Navigasyon mimarisi, başlangıçta hamamböceğinin bile daha fazla ilerleyemediği durumlar gibi ezici engellere takılıp kalma eğilimindeydi ve ardından araştırmacılar, uzun engeller karşısında performansı artırmak için tahmine dayalı bir geri bildirim navigasyon sistemi geliştirdiler. Sistem, engel olmayan veya az olan ortamlarda %100, yüksek engellerle daha yüksek başarı oranı elde edebildi.

Başarısızlığın meydana geldiği durumlarda, araştırmacılar bunun deneyin süresinin artırılmasıyla düzeltilebileceği sonucuna varırlar, ancak bunun mantıksal olarak zaman açısından kritik bir USAR senaryosunda sonuçları vardır.

Kızılötesi Görünüm

Yerleşik kızılötesi kamera, 32 derecelik görüş alanıyla 32×90 pikselde çalışan mütevazı özelliklere sahiptir. Görüntüler tetiklendiğinde, ortanca bir gürültü giderici filtreden geçirilir.

Sistem, insanları diğer termal imza türlerinden ayırmada %87'lik bir başarı oranı elde ediyor ve 90m ve 0.5m'lik bir yakınlık yarıçapında %1.5'a çıkıyor.

Enerji ve çip boyutu kısıtlamaları nedeniyle, ilk çalışmada yerleşik bir konum belirleme sistemi bulunmuyor ve bu nedenle hamamböceğinin konumunu gerçek zamanlı olarak takip etmek mümkün değil. Araştırmacılar, gelecekteki uygulamalarda, düşük enerjili konum sinyallerinin kontrol merkezine iletilmesiyle, tahmini hesaplama yönteminin güç tasarrufu sağlayan bir çözüm olarak uygulanabileceğini öne sürüyorlar.

Arama Kurtarma Operatörleri Olarak Böcekler

Son on yıl, arama ve kurtarma senaryoları için hibrit veya saf robotik sistemler oluşturmak üzere böceklerin esnekliğini ve yön bulma gücünü kullanmayı amaçlayan bir dizi araştırma projesi getirdi. Bu son girişimden önce gelen 2016 böcekle ilgili çalışmanın yanı sıra, tamamen robotik biçimde insektoid yetenekleri yeniden yaratmak için bir dizi girişimde bulunuldu.

Bunlar arasında UoC'den 2019 araştırma projesi robotik böceklerin aşırı kırılganlığını ele alan türünün ilk projelerinden biri olan hamamböceği ilkelerine dayanan ergonomik olarak basit bir robot sunan şirket.