Анализ искажений Wi-Fi дарит роботам второе зрение

Команда разработчиков из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре создала роботов, способных «видеть сквозь стены», используя для этого только анализ характеристик отражённого сигнала Wi-Fi. Технологии пророчат высокий спрос среди силовых структур, служб спасения и археологов. Роботы имеют возможность определять положение и очертания объектов за преградой в пределах всего сканируемого объёма. Благодаря новым алгоритмам они даже пытаются классифицировать их по составу, идентифицируя людей, животных, металлические предметы и конструкции из дерева.

«Компьютерра» уже писала об похожей разработке Лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института. В своей работе Дина Катаби (Dina Katabi) описывает технологию Wi-Vi (Wireless Vision), в которой анализируется отражение радиоволн (излучаемых в противофазе двумя антеннами) от передвигающихся за стеной людей.

Установка антенн (фото: Yasamin Mostofi).

На регистрации искажений сигнала Wi-Fi от двигающихся людей основана и работа исследователей из университетского колледжа Лондона, выполненная в рамках конкурсной программы STTW (See Through The Wall) для нужд армии и полиции. Однако что делать спасателям, которые ищут пострадавших под завалами, или бойцам спецназа, определяющих местоположение неподвижных заложников перед штурмом?

Для этих целей компания Camero давно выпускает портативные радары серии Xaver, способные регистрировать и неподвижные объекты. Помимо высокой цены проблема с их применением в спецоперациях состоит в том, что такое средство радиоэлектронной разведки генерирует очень мощный и характерный сигнал, чем выдаёт себя.

Поиск пострадавших под завалом (фото: ucsb.edu).

Среди спасателей оно тоже не пользуется особой популярностью, так как им приходится работать на ликвидации последствий катастроф, когда здания уже разрушены. Оператор просто не сможет приблизиться к возможному месту нахождения пострадавших с таким громоздким радаром.

Группа исследователей из Университете Калифорнии выбрала другой подход к решению проблемы: миниатюрные роботы с повышенной проходимостью доберутся в самые сложные участки и составят карту разрушений, определив на ней людей и типы препятствий на пути к ним.

Пара роботов сканирует пространство за кирпичной стеной с помощью Wi-Fi (фото: ucsb.edu).

Как и в случае с Wi-Vi, роботами используется сравнение отражения сигнала от двух источников. Они объезжают периметр выбранной зоны попарно и сопоставляют полученные данные. При необходимости роботы продвигаются вглубь территории и уже прицельно сканируют отдельные участки.

Система использует сравнение фактической картины с моделью распространения волны и обеспечивает разрешение сканирования около 2 см. Лучше всего на полученном изображении видны плотные объекты. Металлические предметы выглядят вполне узнаваемо, деревянные конструкции – более размыто. При повторном сканировании участка точность его карты немного повышается.

Определение положения и контуров объекта за непрозрачной стеной по характеру отражения сигнала Wi-Fi (изображение: UCSB College of Engineering).

Это далеко не первая попытка создать роботов-разведчиков с радарами гигагерцового диапазона, но в отличие от Cougar20-H и подобных ему мобильных установок, калифорнийские роботы подкупают своей простотой и возможностью использовать серийно производимое оборудование для связи по Wi-Fi.

Расчёт карт производится «на лету» с использованием алгоритма SLAM. Своё местоположение относительно сканируемого объекта и друг друга роботы определяют по данным от акселерометров и гироскопов в инерциальной системе отсчёта.

Среди других областей возможного применения технологии сканирования с использованием Wi-Fi авторы работы называют дефектоскопию и строительные работы. Выявление пустот, электрических кабелей и труб часто становится проблемой при выполнении ремонта или реконструкции старых зданий.