Команда Делфтського технічного університету (TU Delft) розробила систему штучних «вусів», яка дозволяє крихітним дронам орієнтуватися там, де камери взагалі нічого не бачать. Як повідомляє Interesting Engineering, мікродрон із парою гнучких сенсорних вусів здатен «відчувати» навколишні об’єкти й літати у повній темряві без опори на зір.
Така тактильна система навігації замінює громіздкі камери, лідари та механічні «бампери», які зазвичай використовують більші роботи. Розробка орієнтована саме на надлегкі літальні апарати масою менше 100 грамів, що не можуть нести важкі сенсори й потужні процесори.
Як гризуни підказали рішення для дронів
Щурами й мишами давно захоплюються нейробіологи: у темних норах вони орієнтуються не очима, а за допомогою високочутливих вусів (вібрисів). На основі дотику ці тварини вимірюють ширину проходів, знаходять стіни та будують уявну карту простору, швидко «обмацуючи» все навколо рухами вусів.
Саме цю природну стратегію команда TU Delft вирішила перенести в повітряні роботи. За словами Салюї Хамази (Salua Hamaza), доцентки з аероробототехніки та втіленого інтелекту, мета полягала не в маніпуляціях об’єктами, а в новій концепції — тактильній навігації, коли дрон вчиться досліджувати простір через дотик.
Проблема мікродронів у тому, що в умовах пилу, диму чи повної темряви камери стають марними, а лідари занадто важкі й «ненажерливі» щодо енергії. У кризових зонах, де видимість майже нульова, такі апарати часто просто врізаються в перешкоди.
Як працюють штучні «вуса» на дроні
Дослідники закріпили на носі дрона пару гнучких штучних вусів. На їх основі розмістили по три мініатюрні сенсори тиску. Коли вус торкається чи згинається від контакту з поверхнею, сенсори фіксують дуже малі зміни тиску й за ними миттєво обчислюють глибину та точку дотику у трьох вимірах.
У такий спосіб створено активну систему тактильного відчуття в реальному часі, достатньо легку й швидку, щоб працювати на борту мікродрона без потужного комп’ютера. Дрон фактично «зчитує» форму й розташування об’єктів, торкаючись їх вусами під час польоту.
Найважчим викликом виявилося не відчути стіни, а відфільтрувати власні перешкоди. Повітряний потік від пропелерів створює значний шум і турбулентність, які спотворюють показання сенсорів.
Алгоритм, що працює в 34 кілобайтах пам’яті
Щоб відділити корисний сигнал від «шуму» пропелерів, команда розробила надлегкий алгоритм обробки даних, який працює прямо на борту й використовує лише близько 34 кілобайтів пам’яті. Цей обчислювальний конвеєр безперервно прибирає внесок власної турбулентності дрона, залишаючи очищені дані про відстань і контакт з точністю до міліметрів.
Чаосіанг Є (Chaoxiang Ye) з TU Delft підкреслює, що метою було довести: дотик як канал сприйняття не обов’язково вимагає великих розмірів платформи або значних обчислювальних ресурсів. Система показує, що навіть мікродрон може мати «багатий» тактильний зір.
У льотних випробуваннях дрон з вусами успішно орієнтувався у повністю темних замкнених просторах, огинав стіни, повторював контури поверхонь, будував уявну карту невідомих кімнат і знаходив виходи — усе це без єдиного візуального сигналу.
Можливі застосування: від рятувальних операцій до космосу
За оцінками авторів, перехід від «очей» до вусів може зробити автономні пошуково-рятувальні дрони меншими, легшими й енергоефективнішими. Такі пристрої зможуть проникати у завалені будівлі після землетрусів, у задимлені приміщення під час пожеж, де звичайні й тепловізійні камери стають майже марними.
Промисловість також може скористатися цією технологією. Мікродрони з тактильними вусами потенційно придатні для огляду вузьких трубопроводів, вентиляційних шахт, каналізаційних колекторів та підземних виробок, допомагаючи виявляти пошкодження й дефекти там, куди людині важко або небезпечно дістатися.
Окремий напрямок — космічні місії. Автори вважають, що подібні системи можуть допомогти досліджувати темні кратери на Місяці чи лавові трубки Марса, куди не проникає сонячне світло, а надійна візуальна навігація неможлива.
Детальний опис розробки та випробувань опубліковано в журналі Nature Communications. Відеодемонстрацію роботи «вусатого» дрона можна переглянути за посиланням на відео-хостингу, яке надають автори проєкту.