Echipate cu lasere minuscule pentru ochi, roiuri de drone robotice diminutive pot fi curând capabile să polenizeze câmpurile de cultură, să caute supraviețuitori în clădiri prăbușite sau să ia măsurători ale calității aerului pe suprafețe mari.
În 2012, cercetătorii de la Universitatea Harvard au făcut titluri când au lansat o insectă robotizată, care cântărea doar miligrame și au urmărit cum zbura cu succes și ateriza; un an mai târziu, a fost capabil să urmeze o cale preprogramată. De atunci, RoboBee a învățat să înoate, dar există încă un decalaj mare în abilitățile sale: nu se poate vedea efectiv.
Cercetătorii de la Universitatea din Buffalo și Universitatea din Florida lucrează pentru a schimba asta. În următorii trei ani, cu ajutorul unei subvenții de 1, 1 milioane de dolari de la Fundația Națională a Științei, Karthik Dantu la Buffalo și Sanjeev Koppal din Florida încearcă modalități de micșorare a tehnologiei utilizate în lidar, sau de detectare a luminii și de variație, pentru a oferi puținului drona abilitatea de a se naviga catre un obiectiv fara a fi condus acolo de un operator uman. Ar fi ca mașina cu autovehicul Google, doar de mii de ori mai mică.
"Avem nevoie de un senzor de adâncime pentru un comportament inteligent", spune Koppal. „Când ne-am gândit la ce fel de tehnici am putea folosi, lidar se afla în capul listei.”
Dezvoltat în anii '60 după invenția laserului, lidarul funcționează la fel ca radarul sau sonarul, dar cu lumină. Prin împingerea unei serii de fascicule invizibile de lumină în zona înconjurătoare, lidar creează o imagine detaliată a mediului, bazată pe lumină redusă la senzorii săi. Lidar poate utiliza lumina pentru lungimile de undă vizibile, ultraviolete și aproape de infraroșu pentru imagini, iar lungimile de undă mai scurte fac posibilă măsurarea particulelor la fel de minuscule ca aerosolii aerieni.
Dar cel mai mic sistem comercial lidar cântărește 830 de grame, sau aproape două kilograme, în timp ce o albină robotizată este de doar 80 de miligrame - mai ușoară decât o hârtie mică. Cu alte cuvinte, crearea capacității microlidare necesită contracție la nivelul Ant-Man.
Camerele convenționale nu pot fi folosite, explică Dantu, deoarece roboții sunt doar prea mici, percepția adâncitării cu camerele de fotografiat necesită ca acestea să fie distanțate la o distanță minimă, precum ochii, și nu există nici un fel de cameră pe drone. Captarea și analizarea fasciculelor de lumină pentru a percepe distanța și adâncimea a fost calea logică, întrucât se bazează pe colectarea luminii din orice direcție. În plus, camerele de fotografiat și procesarea imaginilor consumă o mare cantitate de energie, ceea ce este, de asemenea, la un preț premium pe RoboBees. Aproximativ 97% din bugetul total de energie la bordul unei albine robot este consumat prin zbor; sistemele de calcul și de detectare ajung să lupte cu alte sisteme pentru resturi.
Cu ajutorul grantului, Koppal proiectează noi senzori ușori, iar Dantu lucrează la algoritmi matematici pentru a ajuta acei senzori să utilizeze cel mai bine datele pe care le colectează. Un coleg al lui Koppal din Florida, Huikai Xie, lucrează la construirea emițătorilor laser necesari.
În primul rând, cercetătorii vor folosi o oglindă cu optică cu unghi larg pe drone pentru a colecta impulsuri laser de la o stație de bază lidar de la distanță și vor regla algoritmul adecvat pentru senzori cu aceste date. Al doilea pas este montarea unei diode laser pe drona în sine, alimentată prin legătura către o stație de bază sau o baterie. De acolo, obiectivul final este să-l obții pe toți.
(Laboratorul de Microbiotică, Școala Harvard John A. Paulson de Inginerie și Științe Aplicate și Institutul Wyss pentru Inginerie Inspirată Biologic) Microlidar ar putea fi utilizat în sondele endoscopice, instrumentele asemănătoare baghetei utilizate în timpul intervenției chirurgicale care utilizează în prezent ultrasunete pentru vizualizarea organelor interne și a structurilor corpului. Un întreg roi de albine robotizate ar putea monitoriza poluarea aerului, vremea sau modelele de trafic pe o suprafață mare. Orice disciplină care folosește în prezent lidar ar putea beneficia, incluzând cartografierea topografică, detectarea defecțiunilor seismice, identificarea depozitelor minerale nedescoperite, planificarea arhitecturală și întreținerea canalizării.
Deși Dantu și Koppal se concentrează pe obținerea unui sistem lidar viabil construit pentru drone, tocmai modul în care datele vor fi culese și procesate este un obstacol despre care discută des. Albina sau roiul de albine ar putea face o parte din prelucrarea datelor pe cont propriu, precum și transmiterea colectivă a datelor prin impulsuri de lumină codificate la o stație de bază pentru calcularea în profunzime.
Michael Olsen, profesor asociat de geomatică la Universitatea de Stat din Oregon, lucrează cu lidar pentru a studia topografia și cartografierea terenului, folosind în principal scanere bazate pe sol pentru a privi eroziunea de coastă, siguranța podurilor și inginerie de cutremure. El spune că lipsa abilității de a colecta un set complet de date este o limitare mare cu sistemele convenționale lidar.
„În mod inevitabil, avem lacune în ceea ce privește datele noastre din cauza restricțiilor de vedere”, spune Olsen. „Aceste RoboBees ar putea fi foarte utile pentru a ajuta la completarea unora dintre aceste lacune pentru a produce un model mai complet. Reducerea dimensiunii unui sistem laser activ, cum ar fi lidarul, este o provocare, iar ceea ce abordează cercetătorii este o cu totul altă scară. Se pare că au venit cu câteva soluții foarte interesante la constrângerile de putere, greutate și mărime. ”
Pe deplin realizat, un roi de drone de albine echipate cu microlidă ar putea zbura în jurul copacilor dintr-o pădure densă pentru a capta mai bine structura fiecărui copac, sau mai jos sub toroanele unui pod, scanări dificil de realizat cu tehnici convenționale.
În timp ce lidar este utilizat în prezent pentru cercetare și aplicații industriale, microlidul ar putea avea multe utilizări la domiciliu sau medicale. Vânătorii de case ar putea avea acces la o redare 3D completă a unei locuințe de vânzare și să cunoască dimensiunile exacte ale camerelor pentru a planifica modul în care se pot potrivi mobilierul. Misiunile de căutare și salvare s-ar putea pieptena prin spații mici din structurile prăbușite. Sistemele de la domiciliu ar putea detecta dacă ceva nu este în loc sau lipsește sau gradul în care pământul s-a schimbat în urma unei alunecări de teren sau a unui cutremur. Iar culturistii sau solicitanții de pierdere în greutate ar putea obține scanări periodice și detaliate ale corpului lor pentru a cunoaște amploarea progresului lor.
Dantu și Koppal recunosc că aceste tipuri de aplicații mai sunt mulți ani în viitor, dar că natura practică a tehnologiei este promițătoare.
„Dacă puteți face ceva pe RoboBee, îl puteți face oriunde”, spune Koppal. „Microlidar ar putea funcționa oriunde este utilizat lidar obișnuit. Există tot felul de aplicații în agricultură și industrie, unde oamenii folosesc deja lidar pentru a cartografia podeaua fabricii sau ferma. În multe cazuri, mai mici și mai ieftine sunt doar mai bune. "
Și amintiți-vă, aceste lasere nu sunt zapperi de mare putere. RoboBees nu le va folosi pentru a împărți și a cuceri - doar pentru a obține o vedere mai exactă a lumii din jurul lor.
