Usando un tipo novedoso de cámaras, Investigadores de la Universidad de Zúrich han demostrado un robot volador que puede detectar y evitar objetos que se mueven rápidamente. Un paso hacia los drones que pueden volar más rápido en entornos hostiles, logrando más en menos tiempo.

Los drones pueden hacer muchas cosas pero evitar obstáculos aún no es su punto más fuerte, especialmente cuando se mueven con rapidez. Aunque muchos robots voladores están equipados con cámaras que pueden detectar obstáculos, Por lo general, el dron tarda entre 20 y 40 milisegundos en procesar la imagen y reaccionar. Puede parecer rápido pero no basta con esquivar un pájaro u otro zángano, o incluso un obstáculo estático cuando el dron en sí está volando a alta velocidad. Esto puede ser un problema cuando los drones se utilizan en entornos impredecibles, o cuando hay muchos de ellos volando en la misma zona.

Reacción de unos milisegundos.

Para solucionar este problema, Investigadores de la Universidad de Zúrich han equipado un quadcopter (un dron con cuatro hélices) con cámaras y algoritmos especiales que reducen su tiempo de reacción a unos pocos milisegundos, lo suficiente para evitar que le arrojen una pelota desde una distancia corta. Los resultados, publicado en la revista Ciencia Robótica , puede hacer que los drones sean más efectivos en situaciones como las secuelas de un desastre natural.

"Para aplicaciones de búsqueda y rescate, como después de un terremoto, el tiempo es muy crítico, por lo que necesitamos drones que puedan navegar lo más rápido posible para lograr más con la duración limitada de su batería, "explica Davide Scaramuzza, quien dirige el Grupo de Robótica y Percepción en la Universidad de Zurich, así como el Gran Desafío de Búsqueda y Rescate de Robótica de NCCR. "Sin embargo, al navegar con drones rápidos también están más expuestos al riesgo de chocar con obstáculos, y más si estos se mueven. Nos dimos cuenta de que un nuevo tipo de cámara, llamada cámara de eventos, son perfectos para este propósito ".

Las cámaras de eventos tienen píxeles inteligentes

Cámaras de video tradicionales, como los que se encuentran en todos los teléfonos inteligentes, trabaje tomando instantáneas de toda la escena con regularidad. Esto se hace exponiendo los píxeles de la imagen al mismo tiempo. De esta manera, aunque, un objeto en movimiento solo puede detectarse después de que el ordenador de a bordo haya analizado todos los píxeles. Cámaras de eventos, por otra parte, tienen píxeles inteligentes que funcionan de forma independiente entre sí. Los píxeles que no detectan cambios permanecen en silencio, mientras que los que ven un cambio en la intensidad de la luz envían inmediatamente la información. Esto significa que solo una pequeña fracción de todos los píxeles de la imagen necesitará ser procesada por la computadora a bordo, por lo tanto, se acelera mucho el cálculo.

Las cámaras de eventos son una innovación reciente, y los algoritmos de detección de objetos existentes para drones no funcionan bien con ellos. Entonces, los investigadores tuvieron que inventar sus propios algoritmos que recopilan todos los eventos registrados por la cámara en muy poco tiempo, luego resta el efecto del propio movimiento del dron, que generalmente explica la mayoría de los cambios en lo que ve la cámara.

Solo 3,5 milisegundos para detectar objetos entrantes

Scaramuzza y su equipo probaron primero las cámaras y los algoritmos solos. Lanzaron objetos de varias formas y tamaños hacia la cámara, y midió la eficacia del algoritmo para detectarlos. La tasa de éxito varió entre el 81 y el 97 por ciento, dependiendo del tamaño del objeto y la distancia del lanzamiento, y el sistema solo tardó 3,5 milisegundos en detectar objetos entrantes.

Entonces comenzó la prueba más seria:poner cámaras en un dron real, volarlo tanto en interiores como en exteriores y arrojar objetos directamente sobre él. El dron pudo evitar los objetos, incluida una pelota lanzada desde una distancia de tres metros y viajando a 10 metros por segundo, más del 90 por ciento del tiempo. Cuando el dron "conocía" el tamaño del objeto de antemano, una cámara fue suficiente. Cuando, en lugar de, tenía que enfrentarse a objetos de distintos tamaños, Se utilizaron dos cámaras para darle visión estereoscópica.

Según Scaramuzza, Estos resultados muestran que las cámaras de eventos pueden aumentar la velocidad a la que los drones pueden navegar hasta diez veces. ampliando así sus posibles aplicaciones. "Algún día, los drones se utilizarán para una gran variedad de aplicaciones, como la entrega de mercancías, transporte de personas, filmografía aérea y, por supuesto, búsqueda y rescate, ", dice." Pero permitir que los robots perciban y tomen decisiones más rápido puede cambiar las reglas del juego también para otros dominios donde la detección confiable de obstáculos entrantes juega un papel crucial, como automotriz, buena entrega, transporte, minería, e inspección remota con robots ".

Casi tan confiable como los pilotos humanos

En el futuro, el equipo tiene como objetivo probar este sistema en un quadrotor aún más ágil. "Nuestro objetivo final es hacer que un día los drones autónomos naveguen tan bien como los pilotos de drones humanos. Actualmente, en todas las aplicaciones de búsqueda y rescate en las que participan drones, el humano tiene el control. Si pudiéramos hacer que los drones autónomos naveguen de manera tan confiable como los pilotos humanos, entonces podríamos usarlos para misiones que caen más allá de la línea de visión o del alcance del control remoto. "dice Davide Falanga, el Ph.D. estudiante que es el autor principal del artículo.