Entrenar drones para volar rápido, incluso alrededor de los obstáculos más simples, es un ejercicio propenso a los choques que puede hacer que los ingenieros reparen o reemplacen vehículos con frustrante regularidad.
Ahora los ingenieros del MIT han desarrollado un nuevo sistema de entrenamiento de realidad virtual para drones que permite que un vehículo "vea" un entorno virtual rico mientras vuela en un espacio físico vacío.
El sistema, que el equipo ha denominado "Flight Goggles", podría reducir significativamente la cantidad de accidentes que experimentan los drones en las sesiones de entrenamiento reales. También puede servir como un banco de pruebas virtual para cualquier cantidad de entornos y condiciones en las que los investigadores deseenentrenar drones de vuelo rápido.
"Creemos que esto cambia las reglas del juego en el desarrollo de la tecnología de drones, para los drones que van rápido", dice Sertac Karaman, profesor asociado de aeronáutica y astronáutica en el MIT. "En todo caso, el sistema puede hacer que los vehículos autónomos sean más receptivos", más rápido y más eficiente "
Karaman y sus colegas presentarán detalles de su sistema de entrenamiento virtual en la Conferencia Internacional de Robótica y Automatización IEEE la próxima semana. Los coautores incluyen a Thomas Sayre-McCord, Winter Guerra, Amado Antonini, Jasper Arneberg, Austin Brown, Guilherme Cavalheiro,Dave McCoy, Sebastian Quilter, Fabian Riether, Ezra Tal, Yunus Terzioglu y Luca Carlone del Laboratorio de Sistemas de Información y Decisión del MIT, junto con Yajun Fang del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial del MIT, y Alex Gorodetsky de los Laboratorios Nacionales Sandia.
empujando límites
Karaman fue motivado inicialmente por un nuevo y extremo deporte de robo: carreras de drones competitivos, en las que los drones controlados a distancia, conducidos por jugadores humanos, intentan superarse entre sí a través de un intrincado laberinto de ventanas, puertas y otros obstáculosKaraman se preguntó: ¿Podría un dron autónomo ser entrenado para volar igual de rápido, si no más rápido, que estos vehículos controlados por humanos, con una precisión y control aún mejores?
"En los próximos dos o tres años, queremos participar en una competencia de drones con un dron autónomo y vencer al mejor jugador humano", dice Karaman. Para hacerlo, el equipo tendría que desarrollar un régimen de entrenamiento completamente nuevo.
Actualmente, entrenar drones autónomos es una tarea física: los investigadores vuelan drones en terrenos de prueba grandes y cerrados, en los que a menudo cuelgan redes grandes para atrapar cualquier vehículo que se balancee. También colocan accesorios, como ventanas y puertas, a través de los cualeslos drones pueden aprender a volar. Cuando los vehículos chocan, deben repararse o reemplazarse, lo que retrasa el desarrollo y aumenta el costo del proyecto.
Karaman dice que probar drones de esta manera puede funcionar para vehículos que no están destinados a volar rápido, como los drones que están programados para mapear lentamente sus alrededores. Pero para vehículos de vuelo rápido que necesitan procesar información visual rápidamente mientras vuelanun ambiente, un nuevo sistema de entrenamiento es necesario.
"En el momento en que quieras hacer computación de alto rendimiento e ir rápido, incluso los más pequeños cambios que hagas en su entorno harán que el dron se bloquee", dice Karaman. "No puedes aprender en ese entorno. Si quierespara superar los límites de lo rápido que puede ir y calcular, necesita algún tipo de entorno de realidad virtual ".
Gafas de vuelo
El nuevo sistema de entrenamiento virtual del equipo comprende un sistema de captura de movimiento, un programa de representación de imágenes y componentes electrónicos que permiten al equipo procesar rápidamente las imágenes y transmitirlas al dron.
El espacio de prueba real, un gimnasio similar a un hangar en la nueva instalación de prueba de drones del MIT en el Edificio 31, está forrado con cámaras de captura de movimiento que rastrean la orientación del dron mientras vuela.
Con el sistema de representación de imágenes, Karaman y sus colegas pueden dibujar escenas fotorrealistas, como un apartamento tipo loft o una sala de estar, y transmitir estas imágenes virtuales al dron mientras vuela por las instalaciones vacías.
"El dron volará en una habitación vacía, pero estará 'alucinando' un ambiente completamente diferente y aprenderá en ese ambiente", explica Karaman.
El dron puede procesar las imágenes virtuales a una velocidad de aproximadamente 90 fotogramas por segundo, aproximadamente tres veces más rápido que el ojo humano puede ver y procesar imágenes. Para habilitar esto, el equipo construyó placas de circuito personalizadas que se integranuna potente supercomputadora integrada, junto con una unidad de medición de inercia y una cámara. Encajan todo este hardware en un pequeño marco de drone reforzado con fibra de carbono y nylon impreso en 3D.
Un curso intensivo
Los investigadores llevaron a cabo una serie de experimentos, incluido uno en el que el dron aprendió a volar a través de una ventana virtual de aproximadamente el doble de su tamaño. La ventana se colocó dentro de una sala de estar virtual. A medida que el dron volaba en la instalación de prueba real y vacía, los investigadores transmitieron imágenes de la escena de la sala de estar, desde la perspectiva del dron, de regreso al vehículo. Mientras el dron volaba a través de esta sala virtual, los investigadores ajustaron un algoritmo de navegación, permitiendo que el dron aprendiera sobre la marcha.
Más de 10 vuelos, el avión no tripulado, volando a unos 2,3 metros por segundo 5 millas por hora, voló con éxito a través de la ventana virtual 361 veces, solo "chocó" en la ventana tres veces, de acuerdo con la información de posicionamiento proporcionada por la instalaciónCámaras de captura de movimiento Karaman señala que, incluso si el dron se estrellara miles de veces, no tendría un gran impacto en el costo o el tiempo de desarrollo, ya que se estrella en un entorno virtual y no hace ningún contacto físico conel mundo real.
En una prueba final, el equipo configuró una ventana real en la instalación de prueba y encendió la cámara a bordo del dron para permitirle ver y procesar su entorno real. Usando el algoritmo de navegación que los investigadores sintonizaron en el sistema virtual,el dron, en más de ocho vuelos, pudo volar a través de la ventana real 119 veces, solo se estrelló o requirió intervención humana seis veces.
"Hace lo mismo en realidad", dice Karaman. "Es algo que lo programamos para que haga en el entorno virtual, al cometer errores, desmoronarse y aprender. Pero no rompimos ninguna ventana real en este proceso"
Él dice que el sistema de entrenamiento virtual es altamente maleable. Por ejemplo, los investigadores pueden canalizar en sus propias escenas o diseños en los que entrenar aviones no tripulados, incluidas réplicas detalladas de mapas reales de aviones no tripulados, algo que el equipo está considerando hacer con los MITStata Center. El sistema de entrenamiento también se puede usar para probar nuevos sensores, o especificaciones para sensores existentes, para ver cómo se pueden manejar en un avión no tripulado de vuelo rápido.
"Podríamos probar diferentes especificaciones en este entorno virtual y decir: 'Si construyes un sensor con estas especificaciones, ¿cómo ayudaría a un dron en este entorno?' ', Dice Karaman.
El sistema también se puede usar para entrenar aviones no tripulados para volar con seguridad alrededor de los humanos. Por ejemplo, Karaman prevé dividir la instalación de prueba real en dos, con un avión no tripulado volando en la mitad, mientras un humano, con un traje de captura de movimiento, caminaen la otra mitad. El dron "vería" al humano en realidad virtual mientras vuela alrededor de su propio espacio. Si choca contra la persona, el resultado es virtual e inofensivo.
"Un día, cuando estés realmente seguro, puedes hacerlo en realidad, y tener un dron volando alrededor de una persona mientras está corriendo, de manera segura", dice Karaman. "Hay mucha menteexperimentos de flexión que puedes hacer en toda esta realidad virtual. Con el tiempo, mostraremos todas las cosas que puedes hacer "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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