Scienty

Фото: img.freepik.com

Американские ученые создали крошечных дронов, использующих звук для ориентации в пространстве и способных функционировать в условиях, где камеры неэффективны. Специалисты из Вустерского политехнического института в Массачусетсе, опираясь на методы навигации, используемые птицами и летучими мышами, разрабатывают систему для малогабаритных летательных аппаратов, позволяющую им работать в задымленных, пыльных и темных средах, где обычные камеры и оптические сенсоры оказываются неработоспособными. Это расширяет возможности для поисково-спасательных работ и выполнения задач в потенциально опасных условиях.

Профессор Нитин Санкет, возглавляющий исследовательский проект, получил финансирование в размере 704 908 долларов США от Национального научного фонда. Полученные средства предназначены для трехлетней программы фундаментальных исследований в области робототехники, запуск которой запланирован на сентябрь 2025 года. Проект направлен на разработку миниатюрных дронов, размеры которых не превышают 100 миллиметров, а вес – 100 граммов. Эти устройства должны обладать возможностью автономной навигации, используя звуковые сигналы вместо визуальных ориентиров.

Чтобы устранить проблему, связанную с шумом пропеллеров и ограничениями ультразвука, специалисты используют разработанные метаматериалы, позволяющие свести к минимуму акустические помехи. Изменяя структуру материала, эти конструкции позволяют контролировать отражение звуковых волн. Кроме того, ученые работают над системами, улучшающими прием и излучение звука для навигации, и изучают альтернативные способы передвижения, в том числе механизмы, имитирующие машущие крылья, с целью повышения эффективности и уменьшения акустических помех.

Для обработки и интерпретации ультразвуковых сигналов в программном обеспечении проекта используется глубокое обучение, основанное на принципах физики. Дроны могут достигать поставленных целей и обходить препятствия благодаря иерархической системе обучения с подкреплением. Вычисления выполняются непосредственно на борту дрона, что исключает потребность во внешней инфраструктуре.

Благодаря внедрению этих новшеств можно будет создать небольшие, экономичные и энергосберегающие дроны, которые будут эффективно функционировать в тех средах, где обычные системы визуального восприятия оказываются бесполезными. По данным The Robot Report, сенсорная интеграция позволяет беспилотным аппаратам объединять эхолокационные данные с информацией от инерциальных датчиков и другими данными, что обеспечивает более надежную навигацию. В перспективе такие системы смогут определять сердцебиение людей, оказавшихся под завалами, а также увеличивать скорость полета для более быстрого реагирования. Предполагается, что от момента завершения лабораторных испытаний до начала практического использования пройдет от трех до пяти лет, и технология будет востребована не только в поисково-спасательных операциях, но и в мониторинге чрезвычайных ситуаций, инспекции опасных объектов и охране природы.