После 11500 столкновений дрон самостоятельно научился летать в сложной обстановке
Инженеры из Института робототехники Университета Карнеги — Меллона предложили метод обучения системы управления беспилотниками, который заключается в намеренном сталкивании дрона с препятствиями. Препринт статьи опубликован на arXiv.org.
На сегодняшний день существует большое количество различных систем, позволяющих беспилотникам избегать столкновения с препятствиями, такие технологии в последнее время начали появляться даже в «родном» программном обеспечении популярных дронов (например, DJI Phantom 4). Подавляющее большинство подобных систем изначально учат распознавать препятствия и избегать столкновений с помощью дополнительных датчиков, однако в новой работе инженеры решили использовать обратный подход, для чего намеренно врезались беспилотником в различные объекты, а для анализа использовали только кадры фронтальной камеры.
В качестве аппаратной платформы исследователи выбрали квадрокоптер AR Drone 2.0, на который установили штатный защитный каркас из полипропилена. Обучение беспилотника происходило по следующему сценарию: дрон начинал полет в случайной точке помещения и двигался вперед, записывая кадры с камеры, после чего сталкивался с препятствием, возвращался на исходную точку (если пережил столкновение) и снова начинал двигаться вперед, но уже в другом направлении.
После столкновения записанные кадры разбивались на две группы: первая группа содержала в себе изображения до столкновения и использовалась в качестве примера подходящего окружения для полета, в то время как вторая группа, содержащая кадры столкновения, использовалась в качестве негативного примера. Обе группы изображений использовались для обучения сверточной нейросети, управляющей автономным перемещением квадрокоптера. Всего дрон налетал в режиме обучения 40 часов, за это время беспилотник совершил 11500 столкновений в 20 разных помещениях.
Как отмечают авторы статьи, такой подход позволяет получить большой массив данных для обучения нейросети, что положительно сказывается на результате, а вмешательство человека требуется только для замены аккумулятора. Кроме того, полипропиленовый каркас дешево стоит и при необходимости легко меняется, а столкновения на небольшой скорости не приносят дрону никакого вреда.
Обученный на примере 11,5 тысяч столкновений дрон инженеры протестировали в разных ситуациях, которые в том числе включали большое количество препятствий (кресла в коридоре) и движущиеся препятствия (человек, идущий по коридору). Квадрокоптер продемонстрировал, что способен самостоятельно передвигаться в таких условиях, огибая препятствия. Из-за того, что в качестве датчика используется фронтальная камера, дрон в полете постоянно осматривается, однако даже на демонстрационной видеозаписи видно, что беспилотник иногда все равно врезается в стены.
Он предназначен для исследования гипертермии
Компания Thermetrics разработала термический манекен ANDI, который предназначен для имитации тепловых свойств тела человека. Манекен может выделять тепло с помощью нагревательных элементов, а также имитировать потоотделение и дыхание. Множество сенсоров, размещенных в 35 зонах по всему корпусу манекена, позволяют контролировать температуру и измерять тепловые потоки в реальном времени. Манекен будет использоваться учеными в исследованиях воздействия теплового стресса и гипертермии на человека, сообщает New Atlas. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Всемирная метеорологическая организация недавно сообщала, что за последние 40 лет волны жары стали случаться в шесть раз чаще. Можно ожидать, что в будущем во многих регионах планеты люди столкнутся с новой климатической нормой, в которой придется приспосабливаться к жизни в условиях, когда температура воздуха достигает 40 градусов Цельсия и выше на протяжении длительных промежутков времени. Известно, что высокие температуры воздуха могут представлять угрозу для здоровья и жизни человека. Однако точные механизмы и последствия воздействия жары на сегодняшний день изучены недостаточно хорошо. В связи с этим возрастает интерес ученых к изучению последствий воздействия теплового стресса на человеческий организм. В опасных для здоровья человека исследованиях, в которых требуется воспроизведение поведения человеческого тела, вместо людей зачастую используются манекены. К примеру, манекены много лет успешно выполняют роль пассажиров при испытаниях автомобилей. По этой же причине ученые из Университета штата Аризона вместо того, чтобы подвергать риску здоровье людей, в проводимых ими исследованиях воздействия теплового стресса на человеческий организм решили воспользоваться испытательным манекеном. Для этого компания Thermetrics, занимающаяся разработкой тепловых манекенов для тестирования спортивной одежды, создала симулирующий человеческую физиологию роботизированный манекен ANDI. Рост ANDI составляет 178,5 сантиметров, а масса — 35 килограмм. Его тело разделено на 35 независимых термических зон. Они снабжены сенсорами и индивидуальными нагревательными элементами, с помощью которых можно имитировать тепловыделение человеческого тела, контролировать температуру и динамически измерять теплопотери и получаемое тепло в режиме реального времени. По всей поверхности манекена размещено множество выходных отверстий системы искусственного потоотделения. Также в манекен встроена система имитации дыхания, которая позволяет контролировать влажность и температуру входящего и выходящего воздуха. Руки и ноги манекена имеют подвижные соединения, поэтому, используя внешние приводы для актуации, исследователи могут управлять манекеном, имитируя ходьбу или другую физическую активность. Скорость отвода тепла можно регулировать за счет встроенной системы водяного охлаждения. Исследователи могут задавать параметры, моделирующие тепловые особенности характерные для людей разного возраста, физического состояния и здоровья. Например, уровень потоотделения пожилого человека будет ниже, чем у молодого спортсмена. https://www.youtube.com/watch?v=ivAQvkoft9o&t=59s Исследования с ANDI можно проводить не только в тепловой камере, но и в естественных условиях. Ученые надеются, что данные, собранные с помощью теплового манекена, помогут им выработать рекомендации для широкого круга людей, которые снизят риски для здоровья. Кроме этого, результаты исследования помогут в создании одежды или других средств индивидуальной защиты для смягчения влияния жары на здоровье людей в условиях меняющегося климата. Рост окружающей температуры сказывается и на образовательной системе. Ученые выяснили, что повышение среднегодовой температуры воздуха и увеличение количества жарких учебных дней приводят к снижению школьной успеваемости.