VIDEO: Dron leti u zatvorenom prostoru u mraku

U budućnosti bi se autonomni dronovi mogli koristiti za prijevoz zaliha između velikih skladišta u zatvorenim prostorima. Dron bi mogao uletjeti u polumračnu strukturu veličine nekoliko nogometnih igrališta, jureći duž stotine identičnih prolaza prije nego što pristane na točno mjesto gdje je njegova pošiljka potrebna.

Većina današnjih bespilotnih letjelica vjerojatno bi se mučila odraditi ovaj zadatak, budući da bespilotne letjelice obično navigiraju vani koristeći GPS, koji ne radi u zatvorenim okruženjima. Za unutarnju navigaciju, neki dronovi koriste računalni vid ili lidar, ali obje tehnike su nepouzdane u tamnim okruženjima ili sobama s ravnim zidovima ili elementima koji se ponavljaju.

Istraživači s američkog instituta tehnologije MIT-a predstavili su novi pristup koji omogućuje dronu da se sam lokalizira ili odredi svoj položaj u zatvorenom, mračnom i slabo vidljivom okruženju.

Istraživači su razvili sustav nazvan MiFly, u kojem dron koristi radiofrekventne (RF) valove, koje reflektira jedna oznaka postavljena u njegovu okolinu, kako bi se autonomno samolokalizirao, kao što možete vidjeti u ovom videu.

Budući da MiFly omogućuje samolokalizaciju sa samo jednom malom oznakom, koja se može zalijepiti na zid poput naljepnice, bio bi jeftiniji i lakši za implementaciju od sustava koji zahtijevaju više oznaka. Osim toga, budući da MiFly oznaka odražava signale koje šalje dron, umjesto da generira vlastiti signal, njime se može upravljati s vrlo malom snagom.

Dva gotova radara postavljena na dron omogućuju mu lokaliziranje u odnosu na oznaku. Ta su mjerenja spojena s podacima s ugrađenog računala drona, što mu omogućuje procjenu putanje.

Istraživači su proveli stotine eksperimenata letenja s pravim dronovima u zatvorenim prostorima i otkrili da je MiFly dosljedno lokalizirao dron na manje od 7 centimetara.

Kako bi omogućili bespilotnim letjelicama da se sami lokaliziraju u mračnim, zatvorenim okruženjima, istraživači su odlučili iskoristiti signale milimetarskih valova. Milimetarski valovi, koji se obično koriste u modernim radarima i 5G komunikacijskim sustavima, rade u mraku i mogu putovati kroz svakodnevne materijale poput kartona, plastike i unutarnjih zidova.

Krenuli su stvoriti sustav koji bi mogao raditi sa samo jednom oznakom, kako bi bio jeftiniji i lakši za implementaciju u komercijalnim okruženjima. Kako bi osigurali da uređaj ostane male snage, dizajnirali su oznaku povratnog raspršivanja koja odražava signale milimetarskih valova koje šalje radar ugrađen u dron. Dron koristi te refleksije za samolokalizaciju.

Ali radar drona bi tako primao signale reflektirane iz cijelog okoliša, a ne samo s oznake, pa su istraživači svladali taj izazov korištenjem tehnike zvane modulacija. Konfigurirali su oznaku za dodavanje male frekvencije signalu koji raspršuje natrag do drona. 

Umjesto da koriste više oznaka, dronu su dodali drugi radar, montirajući jedan vodoravno i jedan okomito. Horizontalni radar ima horizontalnu polarizaciju, što znači da šalje signale horizontalno, dok bi vertikalni radar imao vertikalnu polarizaciju.

Osim toga, primijenili su različite modulacijske frekvencije na okomite i vodoravne signale, dodatno smanjujući smetnje.

Ova arhitektura dvostruke polarizacije i dvostruke modulacije daje prostornu lokaciju drona. No, dronovi se također kreću pod kutom i rotiraju, pa da moraju procijeniti svoj položaj u prostoru s obzirom na šest stupnjeva slobode, s podacima o putanji uključujući nagib, skretanje i kotrljanje uz uobičajeno naprijed/natrag, lijevo/desno i gore/dolje.

Prevladali su te izazove korištenjem ugrađene inercijalne mjerne jedinice drona, senzora koji mjeri ubrzanje kao i promjene u visini i položaju. Spajajući ove informacije s mjerenjima milimetarskih valova koje odražava oznaka, sustav omogućuju MiFlyju da procijeni punih šest stupnjeva slobode položaja drona u samo nekoliko milisekundi.

Testirali su dron opremljen MiFlyjem u nekoliko zatvorenih okruženja, uključujući njihov laboratorij, prostor za letenje na MIT-u i mračne tunele ispod zgrada kampusa. Sustav je postigao visoku točnost dosljedno u svim okruženjima, lokalizirajući dron na 7 centimetara u mnogim eksperimentima.

Osim toga, sustav je bio gotovo jednako precizan u situacijama kada je oznaka bila blokirana iz pogleda drona. Postigli su pouzdane procjene lokalizacije do 6 metara od oznake.

Ta bi se udaljenost u budućnosti mogla povećati upotrebom dodatnog hardvera, kao što su pojačala velike snage, ili poboljšanjem dizajna radara i antene. Istraživači također planiraju provesti daljnja istraživanja uključivanjem MiFly u autonomni navigacijski sustav. To bi moglo omogućiti dronu da odluči gdje će letjeti i izvrši putanju leta koristeći tehnologiju milimetarskih valova.