미래에, 자율 드론 대형 창고 사이의 재고를 셔틀하는 데 사용될 수 있습니다. 드론은 여러 축구장의 크기의 반 어두운 구조로 날아갈 수 있으며, 배송이 필요한 정확한 지점에 도킹하기 전에 수백 개의 동일한 통로를 따라 지칩니다.
드론은 일반적으로 실내 환경에서 작동하지 않는 GPS를 사용하여 실외에서 탐색하기 때문에 오늘날의 드론의 대부분은이 작업을 완료하는 데 어려움을 겪을 것입니다. 실내 내비게이션의 경우 일부 드론은 컴퓨터 비전 또는 LIDAR를 사용하지만 두 기술은 어두운 환경이나 일반 벽이나 반복적 인 기능이있는 방에서는 신뢰할 수 없습니다.
MIT 연구원들은 드론이 실내, 어두운 및 가시성이 낮은 환경에서 자기 위치를 자체화하거나 결정할 수있는 새로운 접근법을 도입했습니다. 자체-국소화는 자율 내비게이션의 핵심 단계입니다.
연구원들은 Mifly라는 시스템을 개발했는데, 드론은 환경에 배치 된 단일 태그로 반사되어 자율적으로 자율적으로 반사되는 무인 항력 주파수 (RF) 파도를 사용하는 시스템을 개발했습니다.
Mifly는 스티커처럼 벽에 부착 될 수있는 하나의 작은 태그만으로 자체-국소화를 가능하게하기 때문에 여러 태그가 필요한 시스템보다 저렴하고 구현하기가 더 쉽습니다. 또한, Mifly 태그는 드론이 보낸 신호를 자체 신호를 생성하기보다는 매우 낮은 전력으로 작동 할 수 있습니다.
드론에 장착 된 2 개의 기성품 레이더는 태그와 관련하여 로컬라이저를 사용할 수 있습니다. 이러한 측정에는 드론의 온보드 컴퓨터의 데이터가 융합되어 궤적을 추정 할 수 있습니다.
연구원들은 실내 환경에서 실제 드론으로 수백 건의 비행 실험을 수행했으며, Mifly는 드론을 7 센티미터 이내에 지속적으로 국한했다는 것을 발견했습니다.
“인식과 컴퓨팅에 대한 이해가 향상됨에 따라, 우리는 종종 가시 스펙트럼을 넘어서는 신호를 잊어 버립니다. 여기서 우리는 GPS와 컴퓨터 비전을 넘어 밀리미터 파도를 바라 보았습니다. 그렇게함으로써 이전에는 불가능한 실내 환경에서 드론을위한 새로운 기능을 열었습니다.”라고 전기 부서의 부교수 인 Fadel Adib는 말합니다. 공학 및 컴퓨터 과학, MIT 미디어 실험실의 신호 동역학 그룹 이사 및 Mifly에 대한 종이.
Adib는 공동 주요 저자 및 연구 조교 Maisy Lam과 Laura Dodds가 논문에 합류합니다. 미시간 대학교 (University of Michigan)의 조교수였던 전직 박사후의 Aline Eid; CTO이자 Atheraxon, Inc.의 CTO이자 공동 창립자 인 Jimmy Hester.
후방 산란 신호
드론이 어둡고 실내 환경 내에서 자기로 생성 할 수 있도록 연구원들은 밀리미터 웨이브 신호를 사용하기로 결정했습니다. 현대 레이더 및 5G 통신 시스템에서 일반적으로 사용되는 밀리미터 파는 어둠 속에서 작동하며 골판지, 플라스틱 및 내부 벽과 같은 일상적인 재료를 여행 할 수 있습니다.
그들은 단 하나의 태그로 작동 할 수있는 시스템을 만들기 시작했기 때문에 상업 환경에서 더 저렴하고 구현하기가 더 쉽습니다. 장치의 저전력을 유지하기 위해 드론의 온보드 레이더가 보낸 밀리미터 파 신호를 반영하는 후방 산란 태그를 설계했습니다. 무인 항공기는 이러한 반사를 사용하여 스스로-국제화합니다.
그러나 드론의 레이더는 태그뿐만 아니라 환경 전체에서 반사 된 신호를받습니다. 연구원들은 변조라는 기술을 사용 하여이 도전을 능가했습니다. 그들은 드론에 산란하는 신호에 작은 주파수를 추가하도록 태그를 구성했습니다.
“이제 주변 환경의 반사가 한 주파수로 돌아 오지만 태그의 반사는 다른 주파수로 돌아옵니다. 이를 통해 응답을 분리하고 태그의 응답을 볼 수 있습니다.”라고 Dodds는 말합니다.
MIT는 실험실, MIT의 비행 공간 및 캠퍼스 아래의 희미한 터널을 포함한 여러 실내 환경에서 Mifly가 장착 된 드론을 테스트했습니다.
그러나 하나의 태그와 레이더 하나만 있으면 연구원은 거리 측정 만 계산할 수 있습니다. 드론의 위치를 계산하기 위해 여러 신호가 필요했습니다.
그들은 더 많은 태그를 사용하지 않고 드론에 두 번째 레이더를 추가하여 수평과 수직으로 하나를 장착했습니다. 수평 레이더는 수평 편광이있어서 수평으로 신호를 보내는 반면 수직 레이더는 수직 편광을 갖습니다.
그들은 태그의 안테나에 편광을 통합하여 각 레이더에서 보낸 별도의 신호를 분리 할 수 있습니다.
“편광 선글라스는 특정 빛의 분극을 받고 다른 분극을 차단합니다. 우리는 동일한 개념을 밀리미터 파에 적용했습니다.”라고 Lam은 설명합니다.
또한, 수직 및 수평 신호에 다른 변조 주파수를 적용하여 간섭을 추가로 줄였습니다.
드론의 정확한 위치 추정
이 이중 편광 및 이중 변조 아키텍처는 드론의 공간 위치를 제공합니다. 그러나 드론은 또한 각도로 움직이고 회전하므로 드론이 탐색 할 수 있도록 6 개의 자유도와 관련하여 공간에서의 위치를 추정해야합니다. 뒤로, 왼쪽/오른쪽 및 위/다운.
“드론 회전은 밀리미터 웨이브 추정치에 많은 모호성을 추가합니다. 드론이 날아갈 때 상당히 회전하기 때문에 이것은 큰 문제입니다.”라고 Dodds는 말합니다.
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그들은 드론의 온보드 관성 측정 장치, 가속 및 고도와 태도의 변화를 측정하는 센서를 활용하여 이러한 과제를 극복했습니다. 이 정보를 태그에 반영한 밀리미터 파 측정으로 융합함으로써 Mifly는 드론의 전체 6 도의 사전 포즈를 몇 밀리 초 안에 추정 할 수있게합니다.
그들은 실험실, MIT의 비행 공간 및 캠퍼스 건물 아래의 희미한 터널을 포함한 여러 실내 환경에서 미리 장착 된 드론을 테스트했습니다. 이 시스템은 모든 환경에서 일관되게 높은 정확도를 달성하여 많은 실험에서 드론을 7 센티미터 이내로 국소화했습니다.
또한, 시스템은 드론의 관점에서 태그가 차단 된 상황에서 거의 정확했습니다. 그들은 태그에서 최대 6 미터까지 신뢰할 수있는 현지화 추정치를 달성했습니다.
고출력 증폭기와 같은 추가 하드웨어를 사용하거나 레이더 및 안테나 설계를 개선함으로써 이러한 거리가 향후 확장 될 수 있습니다. 연구원들은 또한 Mifly를 자율 내비게이션 시스템에 통합하여 추가 연구를 수행 할 계획입니다. 이를 통해 드론은 밀리미터 웨이브 기술을 사용하여 비행 경로를 비행하고 실행할 곳을 결정할 수 있습니다.
Lam은“이 작업을 위해 우리가 구축하는 인프라 및 현지화 알고리즘은 계속해서 다양한 상업용 응용 프로그램을 가능하게하는 강력한 토대입니다.
편집자 주 : 이 기사는 재 게시되었습니다 MIT 뉴스.
게시물 새로운 MIT 기술은 밀리미터 파도를 사용하여 드론이 어두운 날아가도록 도와줍니다. 먼저 나타났습니다 로봇 보고서.
