Сельскохозяйственный датчик обнаруживает культуры по их вибрациям, предлагая альтернативный подход для фермерских роботов

от

Исследователи из Института робототехники (RI) при Университете Карнеги-Меллона разработали инновационную технологию под названием SonicBoom. Этот инструмент может находить культуры, такие как яблоки, основываясь на издаваемых ими звуках. Технология всё ещё находится на ранних стадиях разработки, но в будущем может использоваться фермерскими роботами для таких задач, как обрезка лоз или поиск спелых яблок, скрытых среди листьев.

Как работает SonicBoom

«Даже без камеры эта технология может определять трёхмерные формы объектов, просто касаясь их», — сказал Мунунг (Марк) Ли, аспирант пятого года обучения в области робототехники.

Статья, описывающая эту технологию, опубликована в журнале IEEE Robotics and Automation Letters.

Устройство может стать решением проблемы, которая давно озадачивала исследователей в области сельскохозяйственной робототехники. Работники ферм могут просто просунуть руку сквозь листья к тому, что выглядит как яблоко, и использовать осязание, чтобы схватить плод. Но роботы полагаются исключительно на камеры, чтобы управлять своими манипуляторами.

«Одной из причин, по которой манипулирование в сельскохозяйственных условиях так сложно, является большое количество помех — повсюду свисают листья, которые блокируют большую часть визуальной информации», — сказал Ли.

Преодоление ограничений существующих датчиков

Существующие сельскохозяйственные роботы сталкиваются с проблемой хрупких и громоздких датчиков. Крошечные тактильные датчики на основе камер, заключённые в защитный гель, могут быстро изнашиваться или повреждаться при частом контакте с растениями. Датчики давления, другой текущий вариант, должны быть установлены на больших участках руки робота, что делает подход непрактично дорогим.

В отличие от них, SonicBoom использует контактные микрофоны, которые улавливают звуковые вибрации при контакте с объектом, а не через воздух, как обычный микрофон.

Принцип работы SonicBoom

Контактные микрофоны не являются приоритетом для большинства исследователей в области робототехники, сказал Ли, но его советник, доцент RI Оливер Кромер, использовал эти устройства для выполнения задач по классификации, таких как идентификация свойств материалов.

Исследовательская группа использовала массив из шести контактных микрофонов, размещённых внутри куска трубы из ПВХ. Когда труба касается объекта, например, ветки дерева, микрофоны улавливают возникающую вибрацию. Анализируя различия в звуковых волнах, исследователи смогли определить место контакта. SonicBoom может локализовать контакты с точностью от 0,43 до 2,2 сантиметра.

Труба из ПВХ защищает контактные микрофоны от повреждений. Она также придаёт устройству вид микрофонной стрелы, что и вдохновило на название SonicBoom. В конечном итоге микрофоны могут быть установлены внутри манипулятора робота.

Исследователи использовали модуль машинного обучения на основе данных, чтобы разработать способность сопоставлять сигналы с микрофонов. Для этого они собрали аудиоданные с 18 000 контактов между датчиком и деревянным стержнем.

Используя аудиоданные, SonicBoom определяет местоположение твёрдых или жёстких объектов. Изменение конфигурации должно позволить ему также обнаруживать менее жёсткие объекты, такие как мягкие фрукты и овощи, сказал Ли.

Хотя SonicBoom был разработан для использования в сельском хозяйстве, Ли может представить его и в других приложениях, таких как устройства безопасности, когда роботы используются рядом с людьми, или в роботах, специально предназначенных для взаимодействия с людьми. Его также можно использовать в тёмных местах.

В исследовательскую группу, помимо Ли и Кромера, входили аспирант Уксанг Ю, преподаватели Жан О, Джеффри Ихновски и Джордж Кантор.

Предоставлено Университетом Карнеги-Меллона.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте