Trójwymiarowe łodzie autonomiczne mogą zredukować ruch i samodzielne składanie w inne struktury

Łódki zaprojektowane przez Laboratorium Informatyki i Sztucznej Inteligencji MIT (CSAIL) oraz Senseable City Lab w Departamencie Urbanistyki i Planowania (DUSP) mogą być szybko i łatwo wydrukowane w 3D. Zostają one prototypowane w ramach projektu Roboat, który jest współpracą między Senseable City Lab a Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions (AMS). W 2016 r. Naukowcy przetestowali prototyp w kanałach Amsterdamu. Prostokątna łódź przesunęła się do przodu, do tyłu i bocznie wzdłuż zaprogramowanej ścieżki

Naukowcy są również przekonani, że łodzie mogą być wykorzystywane w przyszłości do wykonywania usług miejskich przez noc zamiast w ciągu dnia, zmniejszając zatory na drogach. i kanały.

"Wyobraź sobie przenoszenie niektórych usług infrastrukturalnych, które zwykle odbywają się w ciągu dnia na drodze - dostawy, zarządzanie odpadami, zarządzanie odpadami - w środku nocy, na wodzie, za pomocą floty autonomicznych łodzi "- powiedziała Daniela Rus, dyrektor ds. CSAIL. "Ponownie, niektóre czynności, które zwykle odbywają się na lądzie i które powodują zakłócenia w ruchu miasta, mogą być tymczasowo wykonywane na wodzie."

Łodzie, które są prostokątne Kadłuby 4 × 2 m wyposażone w czujniki, mikrokontrolery, moduły GPS i inny sprzęt mogą być również zaprogramowane do samodzielnego montażu w pływające mosty, sceny koncertowe, platformy dla rynków żywności i inne struktury w zaledwie kilka minut. Ponadto mogą być wyposażone w czujniki środowiskowe do monitorowania jakości wody.

Aktualizacje projektu Roboat zostały opublikowane w artykule, który zostanie przedstawiony na Międzynarodowej Konferencji Robotyki I Automatyki IEEE w tym tygodniu. Autorzy artykułu to Rus; Wei Wang, wspólny postdoc w CSAIL i Senseable City Lab; Luis A. Mateos i Shinkyu Park, obydwie postdocs DUSP; Pietro Leoni, pracownik naukowy i Fábio Duarte, naukowiec, zarówno w DUSP, jak iw Senseable City Lab; Banti Gheneti, absolwentka Wydziału Elektrotechniki i Informatyki; i Carlo Ratti, główny badacz i profesor praktyki w DUSP i dyrektor MIT Senseable City Lab.

W artykule opisano kilka nowych osiągnięć projektu, w tym szybką technikę wytwarzania, bardziej wydajną i zwinny projekt oraz zaawansowane algorytmy śledzenia trajektorii, które poprawiają kontrolę, precyzyjne dokowanie i zatrzaskiwanie oraz inne zadania.

Łódź była 3Dwydrukowano w 16 sztukach, co zajęło około 60 godzin, a następnie połączono ze sobą i uszczelniono kilkoma warstwami włókna szklanego. Ma prostokątny kształt, umożliwiający jej przesuwanie się na boki i mocowanie do innych łodzi podczas montażu konstrukcji. Cztery silniki odrzutowe są umieszczone pośrodku każdej strony, a nie w narożnikach, generując siły zarówno do przodu, jak i do tyłu.

Naukowcy stworzyli również wydajny algorytm nieliniowego sterowania predykcyjnego modelu (NMPC), który pozwala łodzi śledzić jego pozycja jest szybsza i dokładniejsza. Aby wykazać skuteczność algorytmu, badacze wysłali mniejszy prototyp łodzi wzdłuż wstępnie zaplanowanych ścieżek w basenie i rzece Charles. Podczas 10 przebiegów testowych zaobserwowano średnie błędy śledzenia w pozycjonowaniu i orientacji mniejsze niż błędy śledzenia tradycyjnych algorytmów sterowania.

Dokładność jest częściowo spowodowana wbudowanymi modułami GPS i IMU łodzi, które określają pozycję i kierunek, odpowiednio, do centymetra. Algorytm NMPC pobiera dane z tych modułów i waży różne wskaźniki, aby sterować łodzią. Algorytm jest zaimplementowany w komputerze kontrolera i indywidualnie reguluje każdy ster strumieniowy, aktualizując co 0,2 sekundy.

"Sterownik bierze pod uwagę dynamikę łodzi, aktualny stan łodzi, ograniczenia ciągu i pozycję odniesienia dla nadchodzących sekund, aby zoptymalizować, jak łódź jeździ po ścieżce ", powiedział Wang. "Możemy wtedy znaleźć optymalną siłę dla silników odrzutowych, które mogą zawrócić łódź na ścieżkę i zminimalizować błędy."

Następnym krokiem jest opracowanie sterowników adaptacyjnych, aby uwzględnić zmiany masy i oporu łodzi podczas transportu ludzi i towarów. Naukowcy dostosowują również kontroler, by uwzględniał fale i silniejsze prądy.

"Rzeczywiście okazało się, że rzeka Charles ma znacznie więcej prądu niż w kanałach w Amsterdamie" - powiedział Wang. "Ale będzie dużo łódek, a duże łodzie przyniosą duże prądy, więc musimy to rozważyć."