Во время европейского хакатона робототехники EnRicH 2021 беспилотная авиационная система (UAS) Юго-Западного научно-исследовательского института исследовала и нанесла на карту внутреннюю часть атомной электростанции, обнаружив источники излучения — автономно, без помощи человека-пилота. Технология беспилотных летательных аппаратов SwRI, или беспилотных летательных аппаратов, потенциально может помочь в спасательных поисково-спасательных операциях и инспекциях опасных объектов на промышленных объектах и опасных объектах инфраструктуры после стихийных бедствий и других инцидентов.

Хакатон проходил с 4 по 8 октября на австрийской АЭС Цвентендорф, единственном ядерном объекте, который был полностью построен, но так и не был задействован. Вышедшая из строя реакторная установка с кипящей водой служит полигоном для подготовки к радиологическим и ядерным инцидентам и сценариям бедствий.

«Современные дроны и наземные роботы обычно требуют многого от человека-оператора», — сказал Эрик Торн, менеджер исследовательской группы SwRI по UAS. «Автономность, которую мы продемонстрировали, может значительно снизить нагрузку на операторов, позволяя роботизированным системам действовать независимо и работать самостоятельно».

Технология SwRI, разработанная и испытанная в ходе исследований, финансируемых изнутри, сочетает в себе новые алгоритмы с датчиками компьютерного зрения, что позволяет дронам автономно исследовать и наносить на карту ранее неизвестные среды.

«Мы разработали стек полной автономии, который может быть соединен с различными датчиками и платформами UAS для выполнения критически важных задач», — сказал Торн.

В EnRicH от SwRI был представлен четырехосный дрон, оснащенный несколькими датчиками — обнаружением и дальностью света (LIDAR), времяпролетной камерой и детекторами излучения. Команда использовала как бортовые процессоры, так и наземную обработку для выполнения одновременной локализации и картирования (SLAM), исследования, принятия решений, автопилота, анализа компьютерного зрения, зондирования и других задач.

Слева направо дрон SwRI парит рядом с оранжевым краном, который используется для опускания топливных стержней в основной контейнер. В центре изображение лидара показывает точку обзора дрона, когда он парит над входом в емкость сдерживания (синий / зеленый кружок) и краном (оранжевый прямоугольник). Темный прямоугольник внизу справа — вентиляционная шахта. Справа, дрон влетел в вентиляционную шахту, пройдя 40 футов вертикально к месту, где находится кран. Детектор излучения на борту беспилотника обнаружил радиоизотоп Кобальт-60 в красной трубе, расположенной в шахте.

Используя алгоритмы и инструменты моделирования, технология отображает пространственную топографию внутренних структур и открытых пространств в режиме реального времени. Объединяя данные с датчиков компьютерного зрения, технология составляет маршруты по мере изучения новых мест. Также доступны методы восприятия для обнаружения людей, транспортных средств и других объектов на основе сверточных нейронных сетей (CNN).

«Мы продемонстрировали наш исследовательский планировщик, который позволяет системе наносить на карту новые пространства и перемещаться по ним без помощи человека-оператора, который хорошо себя показал, несмотря на сложные условия», — сказал Крис Банг, менеджер программы SwRI в отделе интеллектуальных систем. «Исследовательский планировщик зарекомендовал себя как в искусственной, так и в естественной среде, такой как пещеры».

Во время хакатона EnRicH дрон автономно обнаружил два источника кобальта-60, радиоизотопа, спрятанных в разных местах в рамках заранее запланированного испытания. У участников не было предварительной информации об объекте или проблемах разведки, созданных судейской коллегией.

«Планировщик продемонстрировал высокую гибкость, умело работая в ранее неизвестных средах», — добавил Банг. «Он доказал свою способность адаптироваться, учиться и выполнять задачи в режиме реального времени, что имеет решающее значение в критических по времени поисково-спасательных и опасных сценариях».

Инженеры SwRI использовали данные облака точек LIDAR для восстановления изображения с высоким разрешением объекта, на котором размещены электрические турбины на атомной электростанции. Трехмерные кубы или воксели слева предоставляют пространственную информацию о турбинном оборудовании. Несколько воксельных изображений были использованы для создания изображения турбин с высоким разрешением справа. SwRI специализируется на визуализации данных для выявления повреждений и потенциальных опасностей после аварий на атомных электростанциях и других опасных объектах.

Стек автономности SwRI используется во всем: от коммерческих и военных подключенных и автономных наземных транспортных средств до автоматизированных дронов и интеллектуального сельскохозяйственного оборудования. Он использует инструменты с открытым исходным кодом, такие как операционная система роботов (ROS), собственные алгоритмы машинного обучения и искусственный интеллект.