24/07/2023
Door Ad Spijkers
Onderzoekers van Carnegie Mellon University ontwerpen systemen waarmee robots volledig zelfstandig hun omgeving kunnen verkennen.
Een onderzoeksgroep aan het Robotics Institute van Carnegie Mellon University in Pittsburgh heeft een reeks robotsystemen en planners ontwikkeld. De robots kunnen sneller verkennen, de donkerste uithoeken van onbekende omgevingen onderzoeken en nauwkeurigere en gedetailleerdere kaarten maken. Met de systemen kunnen robots dit autonoom te doen; ze vinden zelf hun weg en maken een kaart zonder menselijke tussenkomst.
De robot is in elke omgeving te plaatsen, zoals een warenhuis of een gebouw na een ramp. Hij bouwt in real-time een kaart en terwijl hij verkent, zoekt hij uit waar het heen wil. Op de kaart is alles zien – een mens hoeft niet eens de ruimte te betreden stappen. De robots verkennen de omgeving en brengen die in kaart.
Drie modi
Het team heeft meer dan drie jaar aan de verkenningssystemen gewerkt. De onderzoekers hebben verschillende ondergrondse mijnen, een parkeergarage, het Cohon University Center en verschillende andere binnen- en buitenlocaties op de campus verkend en in kaart gebracht. De computers en sensoren van het systeem kunnen op bijna elk robotplatform worden aangesloten, waardoor het een moderne ontdekkingsreiziger wordt. De groep gebruikt voor veel van zijn tests een aangepaste gemotoriseerde rolstoel en drones.
Robots kunnen met behulp van de systemen van de onderzoeksgroep in drie modi verkennen. In één modus kan een persoon de bewegingen en richting van de robot besturen. Autonome systemen zorgen ervoor dat hij daarbij niet tegen muren, plafonds of andere objecten botst. In een andere modus kan een persoon een punt op een kaart selecteren en zal de robot naar dat punt navigeren. De derde modus is pure verkenning. De robot gaat zelfstandig op pad, onderzoekt de hele ruimte en maakt een kaart.
Techniek en toepassing
De groep combineerde een 3D-scanning-lidar-sensor, een vooruitkijkende camera en sensoren voor traagheidsmeeteenheden met een verkenningsalgoritme. Hiermee kan de robot bepalen waar hij is, waar hij is geweest en waar hij naartoe moet. De resulterende systemen zijn aanzienlijk efficiënter dan eerdere benaderingen, creëren completere kaarten en verminderen de looptijd van het algoritme met de helft.
Het is een flexibel systeem dat in veel toepassingen kan worden gebruikt, van distributie tot zoeken en redden. Het werkt in verraderlijke omstandigheden met weinig licht waar de communicatie onregelmatig is, zoals grotten, tunnels en verlaten gebouwen. Al het onderzoekswerk is open-source. De wetenschappers willen de samenleving versterken met de mogelijkheden om autonome verkenningsrobots te bouwen.
De wetenschappelijke publicatie (inclusief een aantal video's) vindt u hier.
Foto: Carnegie Mellon University