Обучить мобильных роботов навигации поможет модель зрения насекомых

Команда ученых из Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) создала математическую модель глаз насекомых. Ее можно использовать для создания прототипа устройства на основе технологии компьютерного зрения. В дальнейшем с применением этих разработок возможно, например, создание умных мобильных роботов для доставки лекарств людям, у которых нет возможности сходить в аптеку самостоятельно. Исследование поддержано Минобрнауки России.

Разработки устройств с использованием компьютерного зрения — актуальная и быстро развивающаяся область научных исследований. Аспирант кафедры системного программирования Артем Старков под руководством профессора Леонида Соколинского создал уникальную плоскостную математическую модель фасеточного зрения (так устроен орган зрения насекомых, ракообразных и некоторых других членистоногих, другое название — «сложные глаза»).

Новая математическая модель позволит решать сложные задачи навигации автономных наземных мобильных роботов. Идея ее создания вдохновлена глазом насекомого, состоящим из множества однолинзовых омматидиев — крошечных независимых фоторецептивных единиц.

«Глаза насекомых имеют принципиально иное строение, чем человеческие глаза. Там нет движущихся частей, и мухе, например, чтобы четко увидеть статичный объект, нужно двигаться, потому что ее глаза хорошо реагируют только на движение. Наша модель первая и пока единственная, которая описывает плоскостное бинокулярное зрение сложного глаза, при этом делает возможным измерение расстояния и азимута до окружающих объектов. Видеосенсоры, похожие на сложные глаза насекомых, представляют собой многообещающую альтернативу цифровым камерам. Такие видеосенсоры не имеют движущихся частей и не требуют какого-либо управления», — поясняет Леонид Соколинский.

Созданная учеными модель определяет условия видимости объекта каждым омматидием. Затем составляется алгоритм генерации обучающего набора данных для создания двух глубоких нейронных сетей: первая измеряет расстояние, а вторая определяет азимут объекта. Результаты экспериментов показали, что предложенный метод может эффективно и точно определять его положение.

Подобные исследования позволят создавать роботов, способных работать автономно, то есть без участия человека. Их можно будет применять на земле и в воздухе, где они смогут самостоятельно ориентироваться и достигать пункта назначения, обходя препятствия.

«Мы живем в мире, где технологии служат людям, обеспечивая их комфорт и безопасность. Представьте, как робот доставляет лекарства больному человеку, который не может покинуть дом. На подоконнике установлен специальный бокс, который открывается роботом со стороны улицы, а человеком из дома. Робот оставляет там необходимый человеку набор медикаментов, делая его жизнь легче. Это и есть задача науки», — говорит Леонид Соколинский.

Прототип системы фасеточного зрения с использованием разработанной технологии предполагается создать в этом году.

Исследование было опубликовано в высокорейтинговом научном журнале Mathematics (Top-10 Web of Science).