Дрон получил «усы» вместо камер и научился летать вслепую: видео

Крошечные автономные дроны могут научиться ориентироваться в полной темноте, дыму и пыли с помощью искусственных «усов». Исследователи из Технического университета Делфта в Нидерландах разработали легкую систему тактильного восприятия, которая позволяет летательному аппарату исследовать пространство на ощупь. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Крысы и мыши легко перемещаются по темным норам, пещерам и узким проходам благодаря вибриссам — чувствительным усам. Они постоянно касаются окружающих поверхностей и по движениям усов определяют, где находятся препятствия и насколько тесен проход.

Ученые перенесли этот принцип на дрон массой менее 100 граммов. На его передней части установили два гибких искусственных уса. Каждый из них оснащен тремя миниатюрными датчиками давления у основания.

Когда ус касается стены или другой поверхности и изгибается, датчики фиксируют изменение давления. По этим данным система определяет, где именно произошло касание и насколько далеко находится поверхность. Дрон может обходить препятствия, двигаться вдоль стен и постепенно составлять карту незнакомого пространства.

Такой подход особенно полезен для самых маленьких дронов. Они слишком легкие, чтобы нести тяжелые лидары и мощные вычислительные системы, а камеры плохо работают в дыму, пыли и полной темноте.

«Мы хотели оснастить дроны богатым тактильным восприятием не для манипуляций в воздухе, а для нового способа навигации, при котором прикосновение помогает исследовать неизвестное пространство и лететь через него. Но для этого тактильная система должна быть легкой, быстрой и экономичной. Подсказку нам дала природа — усы», — говорит Салуа Хамаза, доцент Технического университета Делфта.

Главной проблемой оказались не сами прикосновения, а помехи от пропеллеров. Потоки воздуха создают вибрации и другие искажения, которые могут маскировать слабые сигналы от усов.

Исследователи разработали специальную программу, которая в реальном времени отделяет полезные данные от этих помех и преобразует сигналы датчиков в информацию о расстоянии с точностью до миллиметров.

При этом вся система обработки работает непосредственно на борту дрона и занимает всего 34 килобайта памяти. Для навигации ей не нужны внешний компьютер или система позиционирования.

«Мы хотели показать, что использование осязания не обязательно требует больших размеров или вычислительной мощности. Весь наш комплекс обработки тактильных данных работает на борту, используя всего 34 килобайта памяти, поэтому крошечный дрон может в реальном времени чувствовать окружающую среду и реагировать на нее», — говорит Чаосян Е из Технического университета Делфта.

В испытаниях аппарат перемещался в полной темноте, следовал вдоль твердых и мягких поверхностей и исследовал замкнутые пространства. Собирая информацию прикосновениями, он мог строить тактильную карту незнакомого помещения и находить выход без камер и других зрительных датчиков.

Такие дроны в перспективе можно использовать там, где обычные системы навигации теряют эффективность. Например, для поиска людей в задымленных зданиях, обследования узких шахт, тоннелей и труб или исследования других плохо освещенных пространств.

Работа показывает, что для автономного полета не всегда нужны камеры и лидары. В некоторых условиях маленькому дрону может оказаться достаточно буквально «нащупывать» дорогу перед собой.

Дрон научили цепляться за ветки как летучую мышь: видео

Разработан мини-дрон с сонаром для охоты на комаров: видео

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX