Science X
2019_279_08
Raziskovalci v ETH Zürich in na bolonjski univerzi so pred kratkim izdelali tako imenovan PULP Dronet, 27-gramski nanodron, opremljen z vizualno navigacijo, osnovano na naprednem algoritmu globokega učenja.
»Ustanovi že šest let sodelujeta v prizadevanjih, da bi razvili PULP (paralelno ultra nizkoenergijsko platformo). Naš cilj je bil razviti odprtokodno, prilagodljivo programsko in strojno platformo, ki pa bi zagotavljala tudi energetsko učinkovito računsko zmogljivost s porabo le nekaj milivatov, za uporabo v aplikacijah, kot so senzorski oddajniki v IoT in miniaturni roboti z maso le nekaj gramov,« so dejali raziskovalci pod okriljem prof. Luca Beninija.
Pri dronih običajne velikosti je na voljo dovolj energije za napajanje visokozmogljivih, a energetsko sila potratnih procesorjev znanih proizvajalcev (Nvidia, Intel, Qualcomm). Takšni procesorji pa pri nanodronih ne pridejo v poštev, niti zaradi svoje velikosti niti glede svojih energetskih potreb. Da bi obšli te probleme, so raziskovalci navdih poiskali v naravi, in sicer pri insektih.
»V naravi lahko majhne leteče živali, kot so na primer insekti, izvajajo kompleksne naloge, medtem pa porabijo zelo malo energije za opazovanje okolice in razmišljanje. Z našim nizkoenergetskim načinom izračunavanja smo hoteli oponašati njihove lastnosti.«
Da bi oponašali lastnosti insektov, so raziskovalci začeli z integracijo napredne umetne inteligence v izjemno majhno energetsko zmožnost nanodrona. Ta korak se je izkazal za zelo težavnega, saj je morala biti umetna inteligenca ne le varčna, ampak tudi odzivna v realnem času. Cilj raziskovalcev je bil torej razvoj zelo visoko zmogljive platforme, ki bi porabila zelo malo energije.
»Naša platforma za vizualno navigacijo je sestavljena iz strojne in programske opreme,« so povedali raziskovalci. »Strojna oprema je ultra nizkoenergijska platforma, programska oprema pa je DroNet konvolucijsko nevralno omrežje (CNN), ki ga je Univerza v Zürichu razvila za večje drone, naša ekipa pa ga je prilagodila za svoje nizkoenergetske zahteve.«
Navigacijski sistem zajame sliko iz kamere in jo obdela s pomočjo umetne inteligence CNN. V naslednjem koraku se odloči, kako prilagoditi višino drona, da obdrži center scene v središču slike. CNN prav tako obdela podatke okolice in zazna ovire ter po potrebi ustavi dron, če v bližini zazna nevarnost.
»Naš PULP Dronet lahko sledi ravni ulici ali hodniku, se umika oviram ter se ustavi, če zazna oviro ali nevarnost,« so še dejali raziskovalci. »Pravi napredek našega produkta v primerjavi s prejšnjimi nanodroni je avtonomna navigacija, ki se vrši na samem dronu in ne zahteva nobenega operatorja ali celo kakšne napredne infrastrukture za pošiljanje signalov ali ukazov.«
V poskusih na terenu so raziskovalci prikazali odzivnost sistema ter njegovo zmožnost izogibanja nepredvidenim gibajočim oviram do hitrosti 1,5 m/s. Dron je sposoben tudi popolnoma avtonomne navigacije v dolžini 113 metrov na popolnoma neznani poti znotraj neke zgradbe.
Študija, ki so jo izvedli prof. Palossi in njegovi kolegi, predstavlja napredno metodo integracije zelo inteligentne naprave z zelo nizkimi energetskimi potrebami. Prav tako impresivne pa so tudi dimenzije, pri katerih so to dosegli.
»Za razliko od običajnih končnih vozlišč smo v našem primeru omejeni tako z energetsko porabo kot s potrebo po visoki moči preračunavanja z nizko latenco, saj dron ob počasni obdelavi podatkov ne bi mogel reagirati na ovire in se jim izogniti.«
Mali dron, ki so ga razvili prof. Palossi in njegovi kolegi, bi lahko bil že v tem trenutku uporaben za številne aplikacije. Skupina dronov PULP Dronet bi lahko pomagala pri pregledu podrtih stavb po potresih in dosegala mesta, ki so ljudem nedosegljiva, kar bi pospešilo reševanje in varovalo reševalce. Druge uporabne aplikacije so tudi skrb za ostarele, varovanje živali, nadzor polj in vinogradov, raziskovanje nevarnih območij, reševanje ter še mnoge druge.
Palossi in njegovi kolegi verjamejo, da je njihova študija šele zgoden korak do polne, biološki podobne inteligence na dronu, do takrat pa bo treba premostiti še mnoge ovire. V prihodnosti želijo izboljšati zanesljivost in inteligenco dronovega navigacijskega sistema s pomočjo novih senzorjev, izboljšav in povečanja energetske učinkovitosti. Raziskovalci so kodo, podatke in omrežja za urjenje umetne inteligence objavili javno, da lahko njihove raziskave nadaljujejo tudi druge raziskovalne skupine.
»Naš dolgoročni cilj je doseči enake rezultate s pikorobotom v velikosti kačjega pastirja in mase nekaj gramov,« so še dodali raziskovalci. »Verjamemo, da je močna in trdna skupnost razvijalcev in navdušencev ključna za doseganje našega končnega cilja. Iz tega razloga smo programsko kodo in načrte drona ponudili javnosti v obliki odprte kode.«
Vir: https://techxplore.com/news/2019-05-pulp-dronet-gram-nano-uav-insects.html
