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人工智能助力無人機“聽聲辨路”

■楊關鐸

試驗中的無人機可在低能見度的塵土環(huán)境下飛行。

據(jù)外媒報道，近日，美國密歇根大學某研究團隊開發(fā)出一種基于蝙蝠回聲定位原理的新型導航系統(tǒng)，為無人系統(tǒng)在黑暗或低能見度環(huán)境中的導航提供了新的解決方案。

當前，無人系統(tǒng)技術發(fā)展迅猛，但實現(xiàn)真正的無人化自主操作仍需突破不少技術瓶頸，比如導航技術?，F(xiàn)有無人機和機器人導航系統(tǒng)主要依賴視覺識別、激光雷達或衛(wèi)星定位技術，這些方法在復雜環(huán)境下存在明顯局限性。例如，在黑暗、煙霧、水下、地下等特殊環(huán)境或GPS信號受干擾的情況下，傳統(tǒng)導航系統(tǒng)往往難以正常工作。

回聲定位是一種生物通過發(fā)射聲波并接收反射回波進行空間定向的感知方式。聲波在遇到障礙物后反射，生物通過解析回聲判斷物體的位置、形狀和運動狀態(tài)，常見于蝙蝠、海豚和齒鯨等動物。受此啟發(fā)，西班牙研究人員曾開發(fā)出一款幫助盲人導航的回聲定位系統(tǒng)，而美國研究團隊在此基礎上研發(fā)出仿生超聲波導航系統(tǒng)。

新型仿生超聲波導航系統(tǒng)擺脫了對視覺信息的依賴，該系統(tǒng)不使用攝像頭、激光雷達或GPS，而是采用仿生學原理，結合超聲波技術和人工智能算法，通過回聲定位實現(xiàn)環(huán)境感知。其工作原理為：系統(tǒng)發(fā)射高頻超聲波信號，然后通過傳感器接收聲波在周圍物體上反射回的信號。依靠先進的信號處理算法，系統(tǒng)能有效分析回波信息，構建出精確的三維環(huán)境模型，從而實現(xiàn)空間識別與路徑規(guī)劃。

相比傳統(tǒng)導航系統(tǒng)，這種以自然生物為靈感、融合人工智能的“類蝙蝠”系統(tǒng)具備抗干擾性強、隱蔽性高、功耗低等特點，可在復雜環(huán)境下進行導航，并實現(xiàn)物體識別、智能避障及路徑優(yōu)化等功能，一定程度上擴展了無人設備的適用場景。

新系統(tǒng)實現(xiàn)“聽聲辨路”的核心，在于其獨特的人工智能算法訓練機制。該系統(tǒng)采用卷積神經網(wǎng)絡作為其人工智能模型，能夠從特定回聲特征中識別物體形狀，實時處理大量超聲波反射數(shù)據(jù)，并將其轉化為可用于環(huán)境感知和決策的有用信息。

該系統(tǒng)正在無人機上進行集成測試和優(yōu)化，已獲美國軍方關注。研究人員表示，一旦技術成熟，該系統(tǒng)有望集成至智能無人系統(tǒng)的末端導航、水下無人潛航器的自主導航模塊等。