Drones με τεχνητή νοημοσύνη στη διάσωση ανθρώπων-A.I. drones rescue people

 Σύνταξη-Επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης

Ερευνητές έχουν αναπτύξει ένα σύστημα ακουστικής που προσαρμόζεται σε drones και βρίσκει ανθρώπους που ζητούν βοήθεια.

Αν σας έλεγαν πως κάποιος έχει δημιουργήσει μια ιπτάμενη μηχανή, η οποία είναι ικανή να σας εντοπίζει από τη φωνή σας, μπορεί να σας πανικόβαλαν. Τι γίνεται όμως αν κάποιος καθηλώνονταν κάτω από ένα σωρό ερειπίων μετά από μια φυσική καταστροφή και οι πρώτοι διασώστες δεν μπορούσαν να τον εντοπίσουν; Ίσως τότε ένα drone που αναζητά (αυτά τα) ανθρώπινα ίχνη να μην είναι και τόσο τρομακτική ιδέα.

Αυτή η ιδέα είναι το επίκεντρο των μηχανικών του γερμανικού ινστιτούτου Fraunhofer FKIE, οι οποίοι έχουν δημιουργήσει ένα πρωτότυπο drone που έχει σχεδιαστεί να ανακαλύπτει ανθρώπους, εντοπίζοντας τους από τις κραυγές απόγνωσης και να αφουγκράζεται άλλα σημάδια απελπισίας. Μια από τις κορυφαίες μηχανικούς, η Macarena Varela, παρουσίασε τις σχετικές προόδους την περασμένη εβδομάδα σε ετήσιο συνέδριο που διοργανώθηκε από την Εταιρεία Ακουστικής Αμερικής.

Ενώ είναι εύκολο να φανταστεί κανείς drones που αναζητούν ανθρώπους σε μια ταινία τρόμου επιστημονικής φαντασίας, η Varela λέει ότι το gadget θα ήταν ιδανικό για σενάρια μετά από καταστροφές - όπως σεισμούς, τυφώνες και πυρκαγιές. Θα μπορούσαν να πετάξουν σε περιοχές όπου τα πληρώματα διάσωσης δυσκολεύονται να φτάσουν και να εντοπίσουν ανθρώπους που μπορεί να έχουν παγιδευτεί.

«Τα Drones μπορούν να καλύψουν μια ευρύτερη περιοχή σε μικρότερο χρονικό διάστημα από ότι οι διασώστες ή τα εκπαιδευμένα σκυλιά, στο έδαφος», λέει η Varela. «Εάν υπάρχει ένα κτίριο που έχει καταρρεύσει, μπορεί να ειδοποιήσει και να βοηθήσει τους διασώστες. Μπορεί να πάει σε μέρη που δεν μπορούν να πετάξουν ή να πάνε οι ίδιοι», συμπληρώνει.

Μη επανδρωμένα ιπτάμενα οχήματα ή drones, όπως είναι γνωστά, χρησιμοποιούνται συνήθως για αποστολές αναζήτησης και διάσωσης, όταν χτυπήσει κάποια καταστροφή. Τις περισσότερες φορές, λαμβάνουν εναέριες εικόνες της έκτασης της δομικής ζημιάς. Ορισμένα, έχουν δυνατότητες θερμικής απεικόνισης για σάρωση θερμότητας σώματος, ενώ μεγαλύτερα drones μπορούν να παραδώσουν ιατρικά εφόδια και άλλα αγαθά σε άτομα σε απομονωμένες περιοχές.

Όμως, οι ερευνητές ανακαλύπτουν πλέον περισσότερες νέες χρήσεις που χρησιμοποιούν παρόμοιες ανιχνευτικές τεχνολογίες. Το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον σχεδιάζει drones που μπορούν να χρησιμοποιούν την οσμή για να εντοπίσουν επιζώντες καταστροφών. Η Aerospace Corporation εργάζεται σε drones που αναγνωρίζουν οπτικά σκύλους και μοιράζονται την θέση τους με ομάδες διάσωσης. Το Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης ανέπτυξε ένα drone που αλλάζει σχήμα κατά την διάρκεια της πτήσης ώστε να καταφέρει να χωρέσει σε ρωγμές διαφόρων σχημάτων.

Ο εντοπισμός ατόμων με τη χρήση εναέριας ακουστικής παρουσιάζει το δικό του μερίδιο προκλήσεων. Ένα ακουστικό σύστημα θα πρέπει να διακρίνει ανθρώπινες κραυγές από ήχους που συμβαίνουν συχνά στη φύση, όπως οι κραυγές ζώων και ο ήχος του ανέμου. Ίσως χρειαστεί επίσης να αναγνωρίσει ηχητικά μοτίβα που σχετίζονται με μια κλωτσιά, ένα χειροκρότημα ή άλλους τρόπους με τους οποίους οι άνθρωποι προσπαθούν να τραβήξουν την προσοχή των ομάδων διάσωσης όταν βρίσκονται σε κίνδυνο.

Οι μηχανικοί στο FKIE έλαβαν υπόψη αυτές τις καταστάσεις στην φάση του σχεδιασμού τους. Χρειαζόταν αρχικά μια βάση δεδομένων με «ενστικτώδεις» ανθρώπινους ήχους, προκειμένου  να εκπαιδεύσουν τα  drones. Ηχογράφησαν τον εαυτό τους να φωνάζει, να χτυπιέται και να δημιουργεί  θορύβους που θα μπορούσαν να αποτελούν ένδειξη ανθρώπων που αντιμετωπίζουν σοβαρό πρόβλημα. Στη συνέχεια, ανέλυσαν κάθε συχνότητα ήχου για να βρουν κοινές «υπογραφές» και τις χρησιμοποίησαν για την εκπαίδευση λογισμικού τεχνητής νοημοσύνης.

Δούλεψαν επίσης προκειμένου να φιλτράρουν και να απομονώσουν τον θόρυβο που δημιουργείται από τις μηχανές των drones και άλλους περιβαλλοντικούς ήχους, δήλωσε η Varela. Μόλις ολοκληρώθηκε αυτό το μέρος του λογισμικού, συναρμολόγησαν ένα σύστημα μικροσκοπικών ψηφιακών μικροφώνων με σκοπό να παρέχουν «ακριβείς» γωνίες προέλευσης του ήχου. Χρησιμοποίησαν  ψηφιακά μικρόφωνα όπως αυτά των smartphones  και των ακουστικών βαρηκοΐας επειδή δεν χρειάζονται τόσο ογκώδη υλικά όσο τα αναλογικά ή παραδοσιακά μικρόφωνα, δήλωσαν οι ερευνητές.

Η ομάδα τοποθέτησε το σύμπλεγμα των μικροφώνων κάτω από τα drones και χρησιμοποίησε τεχνικές επεξεργασίας σήματος που του έδωσαν τη δυνατότητα να εντοπίζει από πού προέρχονται οι ανθρώπινοι θόρυβοι. Το σύστημα βελτίωσε επίσης την ένταση και τη σαφήνεια της ομιλίας. Μέχρι στιγμής, έχουν πραγματοποιήσει επιτυχημένα «πειράματα ανοιχτού πεδίου», διαπιστώνοντας ότι το drone  μπορεί να εκτιμήσει την ακριβή θέση του θύματος μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα από τη λήψη του ήχου, λέει η Varela.

Σε ένα βίντεο επίδειξης, το drone φαίνεται να αιωρείται πάνω από το έδαφος πριν στραφεί προς την κατεύθυνση ενός ερευνητή που κάνει θορύβους και ζητά βοήθεια στο έδαφος.

«Έχουμε ήδη καταφέρει να ανιχνεύσουμε γωνιακά και να εντοπίσουμε τους ενστικτώδεις ήχους με ακρίβεια - παρά την παρουσία θορύβου από drone», προσθέτει η Varela.

Οι μηχανικοί βρίσκονται στη διαδικασία κατοχύρωσης με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας της μεθόδου εντοπισμού ήχων με τη χρήση μικροφώνων.

Στην επόμενη φάση, θα ήθελαν να προσθέσουν ένα μικρόφωνο υψηλότερης συχνότητας σε ένα drone προκειμένου να συλλέξουν περισσότερα ηχητικά σήματα. «Η ιδέα είναι να εντοπίσουμε θορύβους από εκατοντάδες μέτρα μακριά», συνεχίζει η Varela. «Στον πραγματικό κόσμο, τα δεδομένα τοποθεσίας των θυμάτων ενδέχεται να αποστέλλονται μια μέρα ασύρματα σε πληρώματα έκτακτης ανάγκης που θα χρησιμοποιούν ένα tablet», καταλήγει.

Από τότε που ανακοίνωσαν την εξέλιξη αυτή, την περασμένη εβδομάδα, οι ερευνητές έχουν προσεγγιστεί από διάφορους οργανισμούς που ενδιαφέρονται να συνεργαστούν μαζί τους. Όμως, δεν είναι σαφές πότε θα μπορέσει να εφαρμοστεί αυτή η ιδέα.

Το ερευνητικό ίδρυμα πειραματίζεται κυρίως και δημιουργεί πρωτότυπα. Μερικές φορές αδειοδοτεί ανακαλύψεις σε εταιρείες που επικεντρώνονται σε εμπορεύσιμα προϊόντα, αλλά η διαδικασία απέχει πολύ από το να είναι γραμμική, σύμφωνα με τον Kai Nuernberger, ο οποίος ηγείται του τμήματος ανάπτυξης επιχειρήσεων του ιδρύματος. «Είμαστε καλοί στην ανάπτυξη τεχνολογίας και στην αντιμετώπιση προβλημάτων στα οποία δεν υπάρχει ακόμη λύση. Όμως, η εμπορική εκμετάλλευση δεν είναι το πραγματικο καθήκον μας», καταλήγει ο Nuernberger.

Πηγή: The Washington Post

IMAGE: LARKIN HEINTZMAN (LEFT) AND PRATIK MUKHERJEE, BOTH DOCTORAL STUDENTS IN THE DEPARTMENT OF ELECTRICAL AND COMPUTER ENGINEERING, CALIBRATE SEVERAL DRONES BEFORE FLYING THEM AT VIRGINIA TECH'S DRONE PARK. THESE STUDENTS... view more 

CREDIT: VIRGINIA TECH

With warmer weather right around the corner, many outdoor enthusiasts are preparing to hit the trails in regional, state, and national parks.

All across the country, search and rescue organizations are preparing, too.

In 2017 alone, the United States National Park Service deployed almost 3,500 search and rescue missions in national parks. And while search and rescue personnel tend to be highly effective and skillfully trained, they still face a daunting task dominated by a ticking clock - a lost person's chances for survival drop dramatically after the first 18 hours.

Thanks to a $1.5 million grant from the National Science Foundation, a group of Virginia Tech engineers hopes to redefine these search and rescue protocols by teaming up human searchers with unmanned aerial robots, or drones.

In efforts led by Ryan Williams, an assistant professor in the Bradley Department of Electrical and Computer Engineering within the College of Engineering, these drones will use autonomous algorithms and machine learning to complement search and rescue efforts from the air. The drones will also suggest tasks and send updated information to human searchers on the ground.

Using mathematical models based on historical data that reflect what lost people actually do combined with typical searcher behavior, the researchers hope this novel approach of balancing autonomy with human collaboration can make searches more effective. The team has received support from the Virginia Department of Emergency Management and will work closely with the local Black Diamond Search and Rescue Council throughout the project.

"Human searchers are excellent at what they do," said Williams. "Drones are unlikely to replace people on the ground because searchers are too good at their jobs. However, what drones can do is address these niche problems of the search process by providing large-scale data that can help a search team make better decisions."

For example, drones may explore treacherous terrain that's difficult for human searchers to reach, or they could save time by gathering information about areas of the search environment that are relatively unknown.

Nicole Abaid, an assistant professor in the Department of Biomedical Engineering and Mechanics, is using historical data gathered from more than 50,000 documented lost person scenarios to build the mathematical model that will help the drones decide where to go and how to search. The data comes from the work of famed search and rescue expert Robert Koester, who will consult on the project.

"From the historical search data, we know that certain types of people tend to do certain things when they're lost," said Abaid. "For example, people with cell phones tend to move up in elevation as they try to get service, while an elderly person might not travel very far."

Abaid plans to build over 30 lost person profiles into the model that incorporate information like age, mental status, and activity (hiking, horseback riding, hunting, etc.). She'll also use topographical data from ArcGIS maps that can shed light on how people typically move through terrain.

"The overall goal is to create an autonomous, scalable system that can make search and rescue processes here and elsewhere more effective simply by intelligently incorporating existing technology," said Abaid.