Odkrywanie współpracy człowieka z robotem pod wodą: Innowacje z Laboratorium MIT Lincoln

When an island’s electricity goes out, traditional methods of locating a break in the underwater power cable can be quite challenging. Previously, this required dragging up the whole line or using remotely operated vehicles (ROVs) to scan it. But what if there was a smarter approach? A project led by the MIT Lincoln Laboratory is investigating this possibility, focusing on designing an autonomous underwater vehicle (AUV) that can map the line and identify the fault’s location.

Nowe podejście do misji podwodnych

This pioneering project is part of an internally funded R&D portfolio focusing on autonomous systems, operated by MIT’s Grupa zaawansowanych systemów i technologii podwodnych. Jego misją jest optymalizacja misji morskich dla amerykańskiego wojska, począwszy od inspekcji i naprawy infrastruktury krytycznej po działania poszukiwawczo-ratownicze, wejście do portu i operacje przeciwminowe. Wszystko to dzięki skutecznemu połączeniu mocnych stron ludzi i robotów.

However, ideal underwater human-robot interaction still poses a significant challenge. “Divers and AUVs typically don’t team up at all underwater,” says principal investigator Madeline Miller. Tasks like underwater infrastructure repair or mines deactivation usually demand human involvement as even ROVs can’t match human finesse. Rough conditions make rapid movement and complex mental calculations difficult for humans, despite their excellent object recognition abilities. Robots, though not agile, have superior processing power, high-speed mobility, and better endurance.

Aby pogodzić zdolności człowieka i robota, Miller i jej zespół opracowują sprzęt i algorytmy do podwodnej nawigacji i percepcji. Nurkowie często mają tylko kompas do orientacji i liczą swoje kopnięcia, aby śledzić odległość. Wczesna orientacja może być trudna w mętnych warunkach. Roboty muszą dokładnie postrzegać swoje otoczenie, aby pomagać nurkom, ale czujniki optyczne zmagają się z ciemnością i zmętnieniem wody. Czujniki akustyczne generują nieprecyzyjne obrazy, podkreślając jedynie kształty i cienie.

Innowacje na horyzoncie

Pomimo tych wyzwań, zespół z zapałem poszukuje rozwiązań dla nawigacji i percepcji w nieznanych podwodnych lokalizacjach. Wdrożyli oni prace prowadzone przez Grupa robotyki morskiej MIT, prowadzony przez John Leonard, w celu opracowania algorytmów promujących współpracę nurka z pojazdem AUV. Algorytmy te zostały zaimplementowane w odpowiednim AUV i wypróbowane w praktycznych warunkach oceanicznych, przy użyciu łodzi pomocniczej jako surogatu nurka przed przystąpieniem do pracy z rzeczywistymi nurkami.

Wczesne testy wykazały, że prądy oceaniczne wymagają większych możliwości wykrywania. Pojazd musi często określać zasięg do nurka, aby uzyskać skuteczne oszacowanie pozycji w czasie. Rzeczywiste siły oceaniczne komplikują jednak optymalizację.

Zespół pracuje obecnie nad klasyfikatorem AI do przetwarzania danych optycznych i sonarowych w trakcie misji, wzywając człowieka do niepewnych klasyfikacji. Ta pętla sprzężenia zwrotnego wymaga podwodnego modemu akustycznego do komunikacji nurek-AUV. Komunikacja podwodna stanowi jednak wyzwanie ze względu na ograniczoną szybkość transmisji danych, co zmusza zespół do zbadania technik kompresji danych w ramach tych ograniczeń.

Extensive testing with divers has taken place in various locations around coastal New England, including the open ocean near Portsmouth, New Hampshire. The team used the University of New Hampshire’s Gulf Surveyor oraz Gulf Challenger coastal research vessels as diver surrogates. Finally, last summer saw equipment testing with actual human divers at Michigan Technological University’s Centrum Badań Wielkich Jezior.

Ponieważ ten przełomowy projekt zbliża się do końca, zespół ma nadzieję na pozyskanie zewnętrznego sponsora, który będzie kontynuował ich wysiłki i przekaże ich pracę partnerom wojskowym lub komercyjnym. Zadanie jest ogromne, ponieważ nasz współczesny świat w dużej mierze opiera się na podwodnych kablach telekomunikacyjnych i energetycznych. Ochrona tych kabli przed zakłóceniami i utrzymanie strategicznej przewagi USA pod wodą wymaga połączenia wysokiej jakości sztucznej inteligencji i ludzkich zdolności.

Jeśli Twoja firma bada automatyzację AI, odwiedź stronę implementi.ai aby odkryć potencjalne możliwości. Więcej informacji na temat tego niesamowitego badania można znaleźć w oryginalnym artykule na stronie MIT News.