Сенсоры глубины помогли дронам обходить препятствия без задержек
Инженеры из MIT представили NanoMap — новую систему автономной навигации дронов. Она основана на анализе множества трехмерных снимков, полученных с помощью сенсоров глубины, и позволяет дрону эффективно обходить препятствия, при этом не теряя скорости. Препринт с описанием алгоритма управления доступен на официальном сайте университета, а подробно о ней расскажут на конференции ICRA 2018, которая пройдет в Брисбене (Австралия) в мае.
Одна из самых важных задач при разработке систем автоматического управления дронами — это эффективный обход препятствий для перемещения в сложной обстановке: например, в лесу или в помещении. Большинство уже существующих систем учат дроны сначала распознавать препятствия, а затем избегать их с помощью систем компьютерного зрения. Такой подход, однако, может существенно снизить скорость перемещения летательного аппарата: оценка местности требует дополнительного — пусть и сравнительно небольшого — времени. Автоматический полет дрона также может быть осложнен в новом, неизвестном ранее пространстве; кроме того, возможности автопилота могут быть сильно ограничены размерами дрона и его грузоподъемностью: например, беспилотник не всегда можно оснастить лидарами и сложными системами компьютерного зрения.
Новый подход к обучению дронов обходу препятствий использовали инженеры из Лаборатории информационных технологий и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института под руководством Расса Тедрейка (Russ Tedrake). Он основан на том, что положение дрона в пространстве не определено для него самого в любой момент времени: дрону не требуется, например, распознавать окружающие его объекты и ориентироваться на их положение для оценки собственного. Использование такой неопределенности позволяет обойтись без трудоемкого сбора данных для обучения и использования множества сенсоров на борту беспилотника во время полета.
Дрон, однако, необходимо оснастить специальными камерами глубины. С помощью них автопилот анализирует окружающее пространство и планирует действия на основе того, что видел ранее.
В начале полета точка перемещения находится в поле зрения дрона; для того, чтобы переместиться далее (в еще недоступную полю зрения точку), дрон анализирует доступные ему до этого снимки местности до тех пор, пока не обнаружит нужную — свободную от препятствий — точку перемещения.
Главный плюс такой системы — отсутствие долгого процесса обучения автопилота навигации. Ее авторы пишут, что подобный метод автономной навигации можно также использовать и для улучшения беспилотных автомобилей.
Научить дрон избегать препятствия при беспилотном управлении можно самыми разными способами. Например, инженеры из Университета Карнеги — Мелона для обучения подобной системы заставили дрон врезаться в предметы — и научили его успешно огибать их после 11500 столкновений.
Елизавета Ивтушок
При этом он может взаимодействовать с хрупкими объектами, не повреждая их
Американские инженеры создали простой и недорогой киригами-манипулятор. Он представляет собой лист материала со множеством прорезей, образующих определенный рисунок, благодаря которому при растяжении лист выгибается, образуя купол со смыкающимися лепестками. С помощью манипулятора можно точно взаимодействовать с ультратонкими и хрупкими объектами, не повреждая их, а также поднимать грузы в 16000 раз тяжелее собственной массы захвата. Статья с описанием конструкции опубликована в журнале Nature Communications. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Все попытки инженеров разработать универсальный мягкий манипулятор для роботов, который смог бы совместить в себе одновременно высокую точность и способность поднимать тяжелые предметы, обычно упираются в компромисс между гибкостью, прочностью и точностью захвата объектов. К примеру, мягкий манипулятор ROSE, напоминающий своей формой цветок, имеет довольно высокое значение отношения грузоподъемности к собственной массе и способен захватывать хрупкие предметы, не нанося им вреда, например, куриное яйцо. Однако из-за особенной формы и способа срабатывания он не может захватывать слишком мелкие объекты, такие как нити и тонкие листы. Инженеры под руководством Цзе Иня (Jie Yin) из Университета Северной Каролины предложили конструкцию манипулятора, которая способна решить эту проблему. В ее основе лежит японская техника складывания и вырезания бумаги киригами. Манипулятор изготавливается из тонкого листа полиэтилентерефталата (PET) толщиной 127 микрометров, в котором с помощью лазера делается множество узких прорезей по определенному паттерну. Благодаря этим прорезям при растяжении в перпендикулярном направлении лист выгибается, принимая форму, напоминающую шаровидную клетку, состоящую из двух половин в виде смыкающихся лепестков. Для срабатывания захвата достаточно лишь растянуть его в одном направлении, поэтому манипулятор можно использовать как дополнение к уже существующим моделям роборук и протезам без серьезных переделок. Давление, с которым половинки захвата воздействуют на объект, составляет всего около 0,05 килопаскаля. Это позволяет безопасно поднимать очень мягкие и хрупкие объекты с близкой к нулю жесткостью. Авторы экспериментировали с каплями воды, кетчупом, сырым яичным желтком, икрой, пудингом, а также с мягкими живыми организмами, такими как медузы. Сетчатая структура манипулятора подходит и для манипуляций с острыми объектами, например, медицинскими иглами. Они проходят сквозь прорези в материале, никак не влияя на целостность и функциональность манипулятора. Манипулятор может очень точно взаимодействовать с тонкими гибкими предметами, к примеру, с нитями толщиной 2 микрометра, что меньше толщины человеческого волоса в 40 раз, и с тонкими листами до 4 микрометров. Для демонстрации точного взаимодействия с объектами в бытовых условиях, инженеры прикрепили манипулятор к концам эффекторов протеза. Оказалось, что с помощью такого дополнения можно легко выполнять действия, иначе конструктивно недоступные для протеза. Брать очень мелкие предметы с поверхности, например, ягоды винограда, не повреждая их, и переворачивать страницы книги. Одновременно с высокими характеристиками точности и способностью взаимодействовать с очень хрупкими объектами, манипулятор обладает рекордным значением отношения массы полезной нагрузки к собственной массе. Масса захвата составляет всего 0,4 грамма, однако оказалось, что он способен поднимать объекты в 16000 раз тяжелее себя. Это, по словам авторов, в 2,5 раза превосходит предыдущий рекорд, который составлял 6400. https://www.youtube.com/watch?v=xfI5V6SuO60&t=1s Материал для захвата можно использовать биоразлагаемый. В этом случае его можно применять для задач, ограниченных по времени и числу применений, к примеру, для биомедицинских целей в качестве одноразового устройства. Техника оригами также часто используется в робототехнике. Например, японский инженер использовал ее для создания механического одноразового захвата, полностью состоящего из обычной офисной бумаги.