Исследователи из Вустерского политехнического института (WPI, Массачусетс) работают над новой системой навигации для мини-дронов, вдохновлённой тем, как птицы и летучие мыши ориентируются в сложных условиях. Вместо привычных камер и датчиков света учёные хотят научить роботов ориентироваться с помощью звука. Этот подход способен полностью изменить представление о робототехнике, особенно в тех ситуациях, где традиционные технологии бессильны — в дыму, пыли или полной темноте.
Как работает звуковая навигация
В течение десятилетий разработчики опирались на зрение — визуальные сенсоры, камеры и лидары. Но что делать, если света нет вовсе? Команда под руководством профессора Нитина Санкета решила пойти по пути, который давно отработан в природе. Летучие мыши и дельфины используют эхолокацию — посылают ультразвуковые импульсы и улавливают отражённые волны, формируя точную картину пространства.
Учёные хотят адаптировать этот принцип к крошечным летающим роботам — меньше 10 сантиметров и весом менее 100 граммов. Для этого им предстоит решить немало инженерных задач. Например, как уменьшить шум от пропеллеров, чтобы он не мешал воспринимать отражённые сигналы? Ответ — в специальных метаматериалах, способных управлять направлением и отражением звука. Изменяя структуру материала, исследователи создают нечто вроде «акустического фильтра», который защищает сенсоры от помех.
Кроме того, инженеры разрабатывают системы, которые «слушают» и излучают звук максимально эффективно — по аналогии с тем, как человек может сложить ладонь у уха, чтобы лучше расслышать. Рассматриваются даже альтернативные способы полёта — например, механизмы с машущими крыльями, которые создают меньше шума и улучшают качество звукового восприятия.
Интеллект и автономия
Не менее важен и «мозг» таких дронов. Программная часть использует глубокое обучение, обученное на физических моделях распространения звука. Система иерархического обучения с подкреплением позволяет дрону двигаться к заданной цели и в реальном времени избегать препятствий. Всё это выполняется прямо на борту — без необходимости подключаться к внешним серверам.
Объединяя данные эхолокации с другими сенсорами, такими как инерциальные измерители, дроны получают более надёжную и устойчивую картину окружающей среды. По сути, это новый вид «зрения», не зависящий от света.
Почему это важно
Полученный грант Национального научного фонда США (NSF) — почти 705 тысяч долларов на три года — позволит команде WPI воплотить эти идеи в реальность. Санкет отмечает, что проект направлен не только на технологический прогресс, но и на практическую пользу:
«Наша цель — создать инструменты, которые помогут спасать жизни и защищать окружающую среду, при этом оставаясь доступными и масштабируемыми».
Потенциал у технологии огромен. Дроны с «звуковым зрением» смогут действовать в местах, где камеры бесполезны — например, при тушении пожаров, обследовании завалов или мониторинге опасных зон. В будущем учёные даже планируют использовать ультразвук для поиска выживших по сердцебиению.
Согласно оценкам исследователей, первые испытания за пределами лабораторий могут начаться через три–пять лет. А когда такие дроны выйдут в серию, они могут стать незаменимыми помощниками спасателей, экологов и инженеров, работающих в экстремальных условиях.
