یک پهپاد به اندازه کف دست برای ردیابی توده های شیمیایی

14 نوامبر 2022 – توسط Ingrid Fadelli، Tech Xplore -پهپاد ساخته شده توسط محققان اعتبار: شیگاکی و همکاران

ربات هایی که به طور خودکار می توانند بوهای خاص را شناسایی و ردیابی کنند، می توانند طیف گسترده ای از کاربردهای ارزشمند داشته باشند. به عنوان مثال، آنها می توانند به شناسایی منابع مواد شیمیایی مضر در هوا پس از حوادث خطرناک در نیروگاه ها، انفجارها یا سایر بلایا کمک کنند.

با این حال، توسعه ربات هایی که می توانند بوها را به طور قابل اعتماد شناسایی و دنبال کنند، تاکنون چالش برانگیز بوده است. در واقع، معمولاً مستلزم ادغام مؤثر حسگرهای بو با کارایی بالا، الگوریتم های پیشرفته یادگیری عمیق، پلت فرم های روباتیک قابل اعتماد و برنامه ریزان حرکتی است.

محققان دانشگاه اوزاکا، شرکت سافت بانک و موسسه فناوری توکیو اخیرا پهپاد کوچکی ساخته اند که می تواند برای ردیابی توده های شیمیایی در طول عملیات جستجو و نجات یا ماموریت هایی با هدف حفاظت از محیط زیست مورد استفاده قرار گیرد. این پهپاد که در مقاله منتشر شده در IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ارائه شده است، بر اساس فناوری تجسم جریان هوا به نام سرعت سنجی تصویر ذرات است.

Shunsuke Shigaki، یکی از محققانی که این مطالعه را انجام داده است، به TechXplore گفت: «تحقیق در مورد محلی سازی منبع بو سه بعدی با استفاده از پهپاد هنوز در مرحله توسعه است. “در مطالعات قبلی خود، یک یا دو حسگر بو را بر روی یک پهپاد نصب کردیم که به طور گسترده در ارتفاع و جهت باد متقابل حرکت می کردند تا منبع بو را پیدا کنند. ما متوجه شدیم که این روش بسیار ناکارآمد است و با توجه به زمان کوتاه پرواز پهپاد، لازم بود به طور قابل توجهی عملکرد ردیابی بو سه بعدی بهبود یابد.”

پهپاد به اندازه کف دست ساخته شده توسط شیگاکی و همکارانش بر اساس سرعت سنجی تصویر ذرات است، یک تکنیک نوری برای اندازه گیری میدان سرعت کل یک منطقه در جریان هوا به طور همزمان. محققان به طور خاص از این تکنیک برای شناسایی جهت ورود مواد شیمیایی استفاده کردند.

این تیم برای نظارت بر مواد شیمیایی موجود در هوا به صورت سه بعدی، حسگرهای بو را در سطوح بالایی و جلوی پهپاد خود ادغام کردند. برای تطبیق با این آرایش حسگر منحصر به فرد، آنها الگوریتم های ریخته گری 3 بعدی را با الهام از مکانیسم های بیولوژیکی توسعه دادند که از طریق آن پروانه های پرنده می توانند توده های شیمیایی را ردیابی کنند.

شیگاکی گفت: نقطه قوت گروه تحقیقاتی ما این است که ما در فناوری تجسم جریان هوا خوب هستیم. “با تمرکز بر تغییرات جریان هوای تولید شده توسط یک پهپاد، متوجه شدیم که پهپاد بسته به ارتفاع منبع بو، بو را متفاوت دریافت می کند. بنابراین، یک آرایش حسگر بو و یک الگوریتم طراحی کردیم که می تواند به طور مداوم بو را بدون توجه به جهتی که در چه جهتی باشد آمده است از ردیابی کند..”

محققان پهپاد ردیابی ستون شیمیایی پیشنهادی خود را در مجموعه‌ای از آزمایش‌های تجسم و محلی‌سازی جریان هوا ارزیابی کردند. به طور قابل‌توجهی، آنها دریافتند که الگوریتمی که آنها توسعه داده‌اند، عملکرد بهتری از الگوریتم‌های معمولی برای ردیابی ستون‌های شیمیایی دارد و به‌طور مؤثر بوها را حتی در سناریوهایی که جهت باد مدام تغییر می‌کند، ردیابی می‌کند.

در آینده، پهپاد به اندازه کف دست و الگوریتم ردیابی ستون شیمیایی که توسط شیگاکی و همکارانش ساخته شده است، می‌تواند راه را برای ایجاد سیستم‌های روباتیک با عملکرد بهتر برای تشخیص بوها و شناسایی منابع آنها هموار کند. در مطالعات بعدی، محققان همچنین قصد دارند طراحی خود را بهبود بخشند تا اطمینان حاصل کنند که سیستم ردیابی ستون شیمیایی نیز در محیط های نامشخص، درهم و برهم و نقشه برداری نشده به خوبی عمل می کند.