Роботы, которые могут автоматически распознавать и отслеживать определенные запахи, могут иметь широкий спектр полезных применений. Например, они могли бы помочь выявить источники вредных химических веществ в воздухе после опасных аварий на электростанциях, взрывов и других катастроф.
Однако разработка роботов, которые могут надежно идентифицировать запахи и следовать за ними, до сих пор оказалась сложной задачей. На самом деле это обычно подразумевает эффективную интеграцию высокопроизводительных датчиков запаха, современных алгоритмов глубокого обучения, надежных роботизированных платформ и планировщиков движения.
Исследователи из Университета Осаки, корпорации SoftBank и Токийского технологического института недавно разработали небольшой дрон , который можно использовать для отслеживания химических шлейфов во время поисково- спасательных операций или миссий, направленных на защиту окружающей среды. Этот дрон, представленный в статье, опубликованной в IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, основан на технологии визуализации воздушного потока, известной как велоциметрия изображения частиц.
«Исследование трехмерной локализации источника запаха с помощью дрона все еще находится на стадии разработки », — сказал TechXplore Сюнсуке Шигаки, один из исследователей, проводивших исследование. «В наших предыдущих исследованиях мы устанавливали один или два датчика запаха на дрон, который широко перемещался по высоте и направлениям бокового ветра, чтобы найти источник запаха. Мы обнаружили, что этот метод очень неэффективен, и, учитывая короткое время полета дрона, было необходимо значительно улучшить производительность трехмерного отслеживания запахов».
Дрон размером с ладонь, созданный Шигаки и его коллегами, основан на велоциметрии изображения частиц — оптической методике для одновременного измерения поля скоростей всей области воздушного потока. Исследователи специально использовали эту технику, чтобы определить направление, откуда поступают химические вещества.
Чтобы отслеживать химические вещества в воздухе в трех измерениях, команда встроила датчики запаха в верхнюю и переднюю поверхности своего дрона. Чтобы приспособить это уникальное расположение датчиков, они разработали алгоритмы 3D-броска, вдохновленные биологическими механизмами, с помощью которых летающие мотыльки могут отслеживать химические шлейфы.
«Сила нашей исследовательской группы в том, что мы хорошо разбираемся в технологии визуализации воздушного потока», — сказал Шигаки. «Сосредоточив внимание на изменениях воздушного потока, создаваемого дроном, мы заметили, что дрон всасывает запах по-разному в зависимости от высоты источника запаха. Поэтому мы разработали датчик запаха и алгоритм , который может непрерывно отслеживать запах независимо от того, в каком направлении он находится.
Исследователи оценили предложенный ими беспилотник для отслеживания химического шлейфа в серии экспериментов по визуализации и локализации воздушного потока. Примечательно, что они обнаружили, что разработанный ими алгоритм превосходит обычные алгоритмы отслеживания химических шлейфов, эффективно отслеживая запахи даже в сценариях, когда направление ветра постоянно меняется.
В будущем дрон размером с ладонь и алгоритм отслеживания химического шлейфа, разработанный Шигаки и его коллегами, могут проложить путь к созданию более эффективных роботизированных систем для обнаружения запахов и определения их источников. В своих следующих исследованиях исследователи также планируют улучшить свою конструкцию, чтобы система отслеживания химического шлейфа также хорошо работала в неопределенных, загроможденных и не нанесенных на карту средах.
