| 4 марта 2020 г. — 10:43 PT
Поскольку индустрия беспилотных автомобилей, роботов и других беспилотных транспортных средств быстро развивается, и инженеры работают над преодолением ограничений датчиков, использующих визуальную, инфракрасную или тепловую информацию, эксперты по математике из Университета Пердью и Мюнхенского технического университета доказали, что существует еще одно, столь же жизнеспособное решение: использование звука.
Дрон может слышать форму комнаты
Мирей «Мими» Бутин, доцент кафедры математики Университета Пердью, и Грегор Кемпер, профессор алгебраической алгебры Мюнхенского технического университета, обнаружили, что дрон, оснащенный четырьмя микрофонами и громкоговорителем, может точно реконструировать конфигурацию стен комнаты, слушая эхо, подобно тому, как летучие мыши используют эхолокацию для ориентации. Их работа значима, поскольку демонстрирует возможность использования звука для навигации в беспилотных системах, что открывает множество потенциальных применений, таких как автомобили, дроны, подводные аппараты или даже носимые устройства, например, смартфон.
«Идея состоит в том, чтобы дать дрону или любому другому беспилотному аппарату возможность навигировать с помощью звука», — пояснил Кемпер. «Автомобили уже оснащены камерами. Новый подход может заключаться в том, чтобы включить также акустический датчик, чтобы улучшить уже имеющуюся визуальную информацию и получить более полное представление о реальности».
Исследование, проведенное Бутин и Кемпером, опубликованное в текущем номере SIAM Journal on Applied Algebra and Geometry, основано на минимальной установке из четырех микрофонов, расположенных в жесткой, непланарной форме, которые измеряют звук, издаваемый громкоговорителем. Когда микрофон слышит эхо, разница во времени между моментом, когда звук был произведен, и моментом, когда он был услышан, записывается, чтобы показать расстояние, пройденное звуком после отражения от стены. Их новый метод — сортировка эхо — точно определяет, какое расстояние соответствует какой стене, гарантируя, что все слышимые стены действительно существуют, и устраняя явление «призрачных стен».
Приложения для смартфонов, автомобилей
Решив эту проблему, команда открыла двери для нескольких возможных применений эхолокации, включая смартфон, который может быть использован незрячими людьми в качестве проводника; датчик, который может быть добавлен в автомобиль с автопилотом или камерой для помощи, когда камеры работают плохо, например, при солнечном свете или снежной буре; или дрон, способный видеть в темноте, который может служить помощником для пожарных.
Наличие большего количества входных сигналов предотвращает необходимость полагаться только на один тип ввода, улучшая шансы на более точное обнаружение объектов в более широком диапазоне условий, пояснила Бутин.
«Наш алгоритм показывает, что звук добавляет уровень надежности существующим подходам, и поэтому инженерам следует рассмотреть возможность продолжения работы над созданием навигационных систем, которые слушают», — сказала она.
Область математики, примененная Бутин и Кемпером, основана на методах коммутативной алгебры, некоторые из которых восходят к 1800-м годам. Пара была мотивирована работой над проблемой «призрачных стен», когда они увидели необходимость доказать надежность предложенных решений акустического зондирования.
«Мы живем в мире больших данных и симуляций, где легко позволить компьютеру выполнять работу, чтобы получить ответ, и некоторые люди стали очень хороши в этом», — сказала Бутин. «Но иногда единственный способ убедиться, что сгенерированный компьютером ответ надежен, — это взглянуть на проблему численно и показать, что мы можем ему доверять, а это то, что можно сделать только с помощью математики».
Следующие шаги для исследователей — рассмотреть другие сценарии, такие как ограничение движения дрона или когда дрон слышит эхо последовательных звуков во время полета. Тем временем алгоритм общедоступен для использования математиками и инженерами.
Оставайтесь на связи!
Если вы хотите быть в курсе всех последних новостей, инсайдов, слухов и обзоров дронов, подписывайтесь на нас в Twitter, Facebook, YouTube и Instagram, или подпишитесь на нашу ежедневную рассылку, которая выходит каждый будний день в 18:00 по восточному времени.
Покупайте свой следующий дрон напрямую у производителей, таких как DJI, Parrot и Yuneec, или у ритейлеров, таких как Adorama, Amazon, B&H, BestBuy, DroneNerds или eBay. Для наших канадских читателей мы рекомендуем покупать дроны в Drone Shop Canada. Используя наши ссылки, мы получим небольшую комиссию без дополнительной стоимости для вас. Спасибо, что помогаете DroneDJ расти!