A tecnologia consiste em sensores que usam sinais WiFi para ajudar o robô a mapear para onde está indo. É uma nova abordagem para a navegação de robôs internos. A maioria dos sistemas depende de sensores ópticos de luz, como câmeras e LiDARs. Nesse caso, os chamados "sensores WiFi" usam sinais de radiofrequência em vez de luz ou pistas visuais para ver, para que possam trabalhar em condições em que as câmeras e os LiDARs lutam - com pouca luz, mudança de luz e ambientes repetitivos, como longos corredores e armazéns.
E usando WiFi, a tecnologia poderia oferecer uma alternativa econômica para LiDARs caros e famintos por energia, observaram os pesquisadores.
Uma equipe de pesquisadores do Wireless Communication Sensing and Networking Group, liderada pelo professor de engenharia elétrica e de computação da UC San Diego, Dinesh Bharadia, apresentará seu trabalho na Conferência Internacional de Robótica e Automação (ICRA) de 2022, que acontecerá de 23 a 27 de maio na Filadélfia.
"Estamos cercados por sinais sem fio em quase todos os lugares que vamos. A beleza deste trabalho é que podemos usar esses sinais cotidianos para fazer localização e mapeamento internos com robôs", disse Bharadia.
"Usando WiFi, construímos um novo tipo de modalidade de detecção que preenche as lacunas deixadas pelos sensores baseados em luz de hoje e pode permitir que os robôs naveguem em cenários onde atualmente não podem", acrescentou Aditya Arun, que é Ph.D em engenharia elétrica e de computação. estudante no laboratório de Bharadia e o primeiro autor do estudo.
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Os pesquisadores construíram seu protótipo de sistema usando hardware disponível no mercado. O sistema consiste em um robô que foi equipado com os sensores WiFi, que são construídos a partir de transceptores WiFi disponíveis comercialmente. Esses dispositivos transmitem e recebem sinais sem fio de e para pontos de acesso WiFi no ambiente. O que torna esses sensores WiFi especiais é que eles usam essa comunicação constante de ida e volta com os pontos de acesso WiFi para mapear a localização do robô e a direção do movimento.
"Esta comunicação bidirecional já está acontecendo entre dispositivos móveis como seu telefone e pontos de acesso Wi-Fi o tempo todo - não é apenas dizendo onde você está", disse Roshan Ayyalasomayajula, que também é Ph. .D. estudante no laboratório de Bharadia e co-autor do estudo. "Nossa tecnologia pega carona nessa comunicação para fazer localização e mapeamento em um ambiente desconhecido."
Veja como funciona. No início, os sensores WiFi desconhecem a localização do robô e onde qualquer um dos pontos de acesso WiFi está no ambiente. Descobrir isso é como jogar um jogo de Marco Polo - conforme o robô se move, os sensores chamam os pontos de acesso e ouvem suas respostas, usando-os como pontos de referência. A chave aqui é que todo sinal sem fio de entrada e saída carrega suas próprias informações físicas exclusivas - um ângulo de chegada e comprimento de caminho direto para (ou de) um ponto de acesso - que pode ser usado para descobrir onde o robô e os pontos de acesso estão em relação um ao outro. Algoritmos desenvolvidos pela equipe de Bharadia permitem que os sensores WiFi extraiam essas informações e façam esses cálculos. À medida que a chamada e a resposta continuam, os sensores coletam mais informações e podem localizar com precisão para onde o robô está indo.
Os pesquisadores testaram sua tecnologia em um andar de um prédio de escritórios. Eles colocaram vários pontos de acesso ao redor do espaço e equiparam um robô com os sensores WiFi, além de uma câmera e um LiDAR para fazer medições para comparação. A equipe controlou seu robô para viajar várias vezes pelo chão, virando cantos, descendo por corredores longos e estreitos e passando por espaços claros e mal iluminados.
Nestes testes, a precisão de localização e mapeamento fornecida pelos sensores WiFi foi comparável à da câmera comercial e dos sensores LiDAR.
"Podemos usar sinais WiFi, que são essencialmente gratuitos, para fazer uma detecção robusta e confiável em ambientes visualmente desafiadores", disse Arun. “A detecção WiFi poderia potencialmente substituir LiDARs caros e complementar outros sensores de baixo custo, como câmeras nesses cenários”.
É isso que a equipe está explorando agora. Os pesquisadores combinarão sensores WiFi (que fornecem precisão e confiabilidade) com câmeras (que fornecem informações visuais e contextuais sobre o ambiente) para desenvolver uma tecnologia de mapeamento mais completa, mas barata.
