Gli ingegneri dell’Università della California di San Diego hanno sviluppato una tecnologia a basso costo e bassa potenza per aiutare i robot a mappare accuratamente la loro strada all’interno, anche in condizioni di scarsa illuminazione e senza punti di riferimento o caratteristiche riconoscibili.
La tecnologia consiste in sensori che utilizzano i segnali WiFi per aiutare il robot a mappare dove sta andando. È un nuovo approccio alla navigazione con robot indoor. La maggior parte dei sistemi si basa su sensori di luce ottici come fotocamere e LiDAR. In questo caso, i cosiddetti “sensori WiFi” utilizzano segnali a radiofrequenza piuttosto che segnali luminosi o visivi per vedere, quindi possono funzionare in condizioni in cui le fotocamere e i LiDAR faticano, in condizioni di scarsa illuminazione, luce variabile e ambienti ripetitivi come lunghi corridoi e magazzini.
E utilizzando il WiFi, la tecnologia potrebbe offrire un’alternativa economica ai LiDAR costosi e affamati di energia, hanno osservato i ricercatori.
Un team di ricercatori del Wireless Communication Sensing and Networking Group, guidato dal professore di ingegneria elettrica e informatica della UC San Diego Dinesh Bharadia, presenterà il proprio lavoro alla Conferenza internazionale 2022 sulla robotica e l’automazione (ICRA), che si svolgerà dal 23 maggio a 27 a Filadelfia.
“Siamo circondati da segnali wireless quasi ovunque andiamo. La bellezza di questo lavoro è che possiamo utilizzare questi segnali quotidiani per eseguire la localizzazione e la mappatura indoor con i robot”, ha affermato Bharadia.
“Utilizzando il WiFi, abbiamo creato un nuovo tipo di modalità di rilevamento che colma le lacune lasciate dai sensori basati sulla luce di oggi e può consentire ai robot di navigare in scenari in cui attualmente non possono”, ha aggiunto Aditya Arun, che è un elettricista e dottorato di ricerca in ingegneria informatica studente nel laboratorio di Bharadia e primo autore dello studio.
I ricercatori hanno costruito il loro sistema prototipo utilizzando hardware standard. Il sistema è costituito da un robot che è stato dotato dei sensori WiFi, che sono costruiti da ricetrasmettitori WiFi disponibili in commercio. Questi dispositivi trasmettono e ricevono segnali wireless da e verso punti di accesso WiFi nell’ambiente. Ciò che rende speciali questi sensori WiFi è che utilizzano questa costante comunicazione avanti e indietro con i punti di accesso WiFi per mappare la posizione e la direzione del movimento del robot.
“Questa comunicazione bidirezionale sta già avvenendo tra dispositivi mobili come il tuo telefono e punti di accesso Wi-Fi tutto il tempo – semplicemente non ti dice dove ti trovi”, ha affermato Roshan Ayyalasomayajula, che è anche un dottorato di ricerca in ingegneria elettrica e informatica. studente nel laboratorio di Bharadia e coautore dello studio. “La nostra tecnologia si basa su quella comunicazione per eseguire la localizzazione e la mappatura in un ambiente sconosciuto”.
Ecco come funziona. All’inizio, i sensori Wi-Fi non sono a conoscenza della posizione del robot e di dove si trovano i punti di accesso Wi-Fi nell’ambiente. Capirlo è come giocare a Marco Polo: mentre il robot si muove, i sensori chiamano i punti di accesso e ascoltano le loro risposte, usandoli come punti di riferimento. La chiave qui è che ogni segnale wireless in entrata e in uscita trasporta le proprie informazioni fisiche univoche – un angolo di arrivo e la lunghezza del percorso diretto verso (o da) un punto di accesso – che possono essere utilizzate per capire dove si trovano il robot e i punti di accesso sono in relazione tra loro. Gli algoritmi sviluppati dal team di Bharadia consentono ai sensori WiFi di estrarre queste informazioni ed eseguire questi calcoli. Mentre la chiamata e la risposta continuano, i sensori raccolgono più informazioni e possono localizzare con precisione dove sta andando il robot.
I ricercatori hanno testato la loro tecnologia sul pavimento di un edificio per uffici. Hanno posizionato diversi punti di accesso nello spazio e dotato un robot con i sensori WiFi, oltre a una fotocamera e un LiDAR per eseguire misurazioni per il confronto. Il team ha controllato il proprio robot in modo che viaggiasse più volte sul pavimento, girando angoli, percorrendo corridoi lunghi e stretti e attraversando spazi sia luminosi che scarsamente illuminati.
In questi test, la precisione di localizzazione e mappatura fornita dai sensori WiFi è stata pari a quella della fotocamera commerciale e dei sensori LiDAR.
“Possiamo utilizzare i segnali WiFi, che sono essenzialmente gratuiti, per eseguire rilevamenti robusti e affidabili in ambienti visivamente difficili”, ha affermato Arun. “Il rilevamento WiFi potrebbe potenzialmente sostituire costosi LiDAR e integrare altri sensori a basso costo come le telecamere in questi scenari”.
Questo è ciò che il team sta ora esplorando. I ricercatori combineranno sensori WiFi (che forniscono precisione e affidabilità) con telecamere (che forniscono informazioni visive e contestuali sull’ambiente) per sviluppare una tecnologia di mappatura più completa, ma poco costosa.
