Decalajul dintre literatura științifico-fantastică și realitate se diminuează odată cu apariția inteligenței artificiale (AI). Revendicând nenumărate oportunități de aplicare în afaceri, guvern și viața personală a oamenilor, influența AI va atinge în curând fiecare aspect al societății moderne. Nu mai sunt, pur și simplu, chestii de scenarii de filme, supravegherea automată cu ajutorul dronelor a început deja – datorită, în mare parte, progreselor din domeniul AI. Aceste vehicule aeriene fără pilot (UAV – unmanned aerial vehicles) cresc extraordinar în popularitate și, în doar câțiva ani, au îmbunătățit și redefinit contururile multor industrii. Dronele încep să fie folosite pentru livrarea rapidă a mărfurilor, pentru efectuarea de studii detaliate asupra mediului, pentru a facilita supravegherea frontierei și pentru a oferi recunoaștere militară de la distanță, fără a fi nevoie să pună trupele la sol în pericol.
Noua lume a dronelor
În timp ce dronele de astăzi se află încă sub controlul oamenilor, este din ce în ce mai evident că drona de mâine va fi controlată de tehnologia AI. Acesta va permite dronei și altor mașini să ia decizii și să funcționeze independent, în numele utilizatorului, în medii provocatoare. Dronele viitorului vor evolua de la simpli observatori la instrumente de luare a deciziilor extrem de automatizate, care operează în mod autonom. Posibilitățile pentru știința aplicată a roboților zburători – sau „dronebots”, sunt nelimitate.
Înzestrate cu AI, dronele integrează deja la bord dispozitive de detecție-și-evitare, care fac posibilă evitarea coliziunilor cu diverse obstacole aflate în calea lor, fie că este vorba despre o pasăre sau o altă dronă. Ascending Technologies din Germania a dezvoltat o serie de tehnologii, cum ar fi camere de zbor termice, scanere laser și senzori ultrasonici pentru a împiedica dronele să lovească în zbor alte obiecte. Ultimele versiuni de drone de la furnizori precum DJI, Walkera, Yuneec și alții, încorporează senzori față, spate, dedesubt și lateral pentru evitarea obstacolelor.
Figura 1: Intel Aero Ready-to-Fly Drone – PX4.
Crearea de zone fără zbor
Geofencing înseamnă un perimetru virtual generat prin combinația între sistemul de poziționare globală (GPS) și conexiunile locale de identificare a frecvenței radio (LRFID – local radio frequency identification), cum ar fi balizele Wi-Fi sau Bluetooth. Limita este dată de o combinație de hardware și software – de exemplu o aeronavă fără pilot și o aplicație pentru drone, care dictează parametrii geofenței. În forma sa cea mai de bază, această tehnologie este disponibilă de ani buni, vechii utilizatori folosind-o pentru a monitoriza efectivele de animale (prin intermediul gulerelor (sistemelor de urmărire) GPS programate cu granițe geografice, care furnizau alerte atunci când vitele părăseau o zonă predefinită). Alte utilizări includ monitorizarea vehiculelor flotei, cum ar fi autoutilitarele blindate de securitate, care oferă o avertizare timpurie în cazul în care se întâmplă ceva ieșit din comun.
Dronele pot utiliza zona de geofență la un nivel mult mai concentrat, de obicei pentru a se conforma reglementărilor agențiilor de aviație cu privire la utilizarea spațiului aerian. Încorporate în caracteristicile implicite de siguranță ale tuturor sistemelor aeriene fără pilot, moderne, de mici dimensiuni (SUAS – small unmanned aerial systems), aceste elemente de geofență vor veni în ajutorul multor utilizatori. Geofența combină gradul conștientizare a locației curente a utilizatorului cu gradul de conștientizare a apropierii utilizatorului de alte locații care pot fi de interes. Specificând latitudinea și longitudinea locației de interes și trasând o rază între locația curentă și cea de interes, se crează o zonă circulară care definește o geofență. Este posibil să existe mai multe geofențe active, în mod normal, cu o limită de 100 per utilizator de dispozitiv. Pentru fiecare geofență, serviciile de locație pot trimite evenimente de intrare și ieșire, sau se poate specifica o durată de așteptare (sau de rămânere) în zona geofenței înainte de declanșarea unui eveniment.
Există o mulțime de abordări a unei geofențe, prin crearea unei granițe virtuale de forme diferite. Pot exista zone de restricționare cu niveluri de securitate diferite, sau o zonă fantomă fără limite de zbor aflată în jurul aeroporturilor comerciale. În unele scenarii, este preferată o cale cilindrică, unde dispozitivele sunt limitate la înălțimi și/sau raze speciale.
Instrumente care susțin dezvoltarea
Figura 2: Movidius Neural Compute Stick de la Intel.
Pentru a susține proiectarea noilor modele de drone cu suport AI, sunt deja disponibile produse care includ cipuri AI și platforme embedded. Iată câteva dintre cele mai importante exemple, dar, fără îndoială, vor apărea, multe altele în viitorul apropiat. Platforma de dezvoltare Intel Aero ready-to-fly drone este construită în jurul plăcii de calcul Intel Aero pe care rulează un procesor Atom cu patru nuclee, destul de performant din punct de vedere al consumului de putere. Memoria amplă și capabilitățile extinse de stocare permit dezvoltarea de aplicații de zbor sofisticate. Drona cu patru elice (quadcopter) este disponibilă cu hardware-ul de dezvoltare complet asamblat și combină setul de accesorii Aero Vision al companiei cu controler de zbor, structură mecanică, ESC-uri, motoare, GPS, busolă, emițător și receptor. Singurul lucru de care este nevoie pentru a începe zborul este o baterie încărcată. Kit-ul este construit pe baza tehnologiei Intel de detecție RealSense™ și include, de asemenea, Dronecode PX4, AirMap SDK (pentru servicii aero spațiale) și un controler preprogramat.
Stick-ul Movidius NCS (neural compute stick) de la Intel este un dispozitiv de învățare profundă, creată pentru scopuri de programare AI. NCS se bazează pe o unitate de procesare vizuală Movidius VPU (visual processing unit) de înaltă performanță și consum redus de putere. Dispune de caracteristici care suportă profilare CNN (convolutional neural network – rețea neuronală convoluțională), prototipare și adaptare a fluxului de lucru. Nu sunt necesare inferențe în timp real și conectivitate cloud. Toate datele și puterea sunt livrate printr-un singur port USB de tip A și poate rula pe mai multe dispozitive pe aceeași platformă, pentru a crește performanța.
BMI088 este un IMU (unitate de măsurare inerțială) de înaltă performanță de la Bosch, cu înalte capabilități de suprimare a vibrațiilor, special creat pentru dezvoltarea de aplicații cu drone și de robotică în medii solicitante. Senzorul cu 6 axe combină un giroscop tri-axial pe 16-biți și un accelerometru tri-axial pe 16-biți într-o capsulă LGA de 3 mm × 4.5 mm × 0.95 mm. Proiectat pentru aplicații cu drone și de robotică cu cerințe de performanță fără compromisuri, BMI088 oferă date precise și fiabile de la senzori inerțiali – chiar și în circumstanțele în care condițiile se schimbă rapid (precum un efect termic, un impact mecanic etc.).
Figura 3: Placa Advantech MIO-6300.
Pentru a aborda piața de drone de ultimă generație, Advantech a lansat MIO-6300, o placă SoC (sistem on-chip) de 146 mm × 102mm care include un procesor Intel Celeron N2930 cu patru nuclee și un controler EtherCAT pentru aplicații robotice inteligente. Placa oferă un consum redus de putere și performanțe grafice ridicate. Alte caracteristici includ DDR3L 1333MHz încorporat care acceptă până la 8GB, suport Gen 7 DirectX®11, afișaj dual independent (LVDS 18/24-biți, cu rezoluție VGA), conectivitate Ethernet Gbit, plus API-uri încorporate. MIO-6300 a trecut certificările standard militare MIL-STD-202G / MIL-STD-810G privind rezistența la vibrații. De asemenea, este produs 100% cu condensatoare solide (care conferă o fiabilitate mai bună decât condensatoarele electrolitice), iar valoarea sa ridicată Tg PCB (TG-170) arată că placa este mai stabilă în condiții de temperatură ridicată.
Figura 4: RoMeo BLE Mini de la DFRobot.
Plăcile de control al robotului RoMeo BLE Arduino disponibile la DFRobot beneficiază de platforma deschisă Arduino. Atât RoMeo BLE, cât și RoMeo BLE Mini dispun de un microcontroler ATmega328 și de soluțiile SoC CC2540 de la Texas Instruments. Plăcile integrează un driver de motor DC pe 2 căi, care permite demararea imediată a proiectelor cu roboți, fără a fi nevoie de un driver de motor suplimentar. Aceste unități pot fi ușor extinse cu shield-uri Arduino și sunt compatibile cu seria Gravity de senzori și actuatoare. Acum sunt disponibile sute de senzori care se pot conecta (printr-un simplu plug-and-play) la plăcile RoMeo. Varianta RoMeo BLE integrează Bluetooth 4.0 și suportă încărcarea wireless a schemelor – ceea ce înseamnă că nu este nevoie să conectați un cablu atunci când adăugați cod nou.
Încet, dar sigur, AI va deveni o parte integrantă din viața noastră de zi cu zi. Prin scenarii și exemple, în acest articol au fost prezentate imagini ale viitorului. Chiar dacă există drone care pot, deja, să zboare autonom, această tehnologie se află încă la început de drum. În următorii cinci ani, răspunsurile la defecțiunile sistemului, rutarea dinamică și transferurile între controlorii umani și mașini ar trebui să se îmbunătățească. Cu un control autonom mai mare, companiile vor putea urmări cazurile de utilizare care sunt în prezent evazive, cum ar fi supravegherea repetată și nepilotată a conductelor, a minelor și a proiectelor de construcții. Fără îndoială, astfel de drone trebuie să fie 100% sigure. Acestea vor trebui să fie abilitate să evite atât obstacolele aflate în mișcare, cât și pe cele fixe. Există multe provocări care trebuie depășite pentru ca acest lucru să se întâmple, dar dronele sunt alături de noi pentru a rămâne.
Author:
Mark Patrick
Mouser Electronics
Authorised Distributor
www.mouser.com