โดรนจิ๋วพลังโซนาร์ เลียนแบบ "ค้างคาว" บินฝ่าม่านหมอก-ควันไฟ กู้ภัยได้แม้ในที่มืด

นักวิจัยพัฒนาโดรนจิ๋ว ใช้เซนเซอร์อัลตราซาวนด์ และ AI ประมวลผลเพื่อนำทางด้วยเสียงสะท้อนเลียนแบบค้างคาว และบินหลบหลีกสิ่งกีดขวางได้อย่างแม่นยำ

ในโลกของการกู้ภัย ทัศนวิสัยที่มืดมิดหรือกลุ่มควันที่หนาทึบมักเป็นอุปสรรคที่ทำให้โดรนสำรวจทั่วไปไม่สามารถทำงานได้ แต่ล่าสุดนักวิทยาศาสตร์ได้ทลายขีดจำกัดนี้ด้วยการพัฒนาโดรนขนาดจิ๋วที่ไม่ได้พึ่งพาการมองเห็นด้วยสายตา แต่ใช้ระบบ "เสียง" นำทางเลียนแบบธรรมชาติของค้างคาว ที่จะช่วยให้การค้นหาผู้ประสบภัยในพื้นที่ปิดและสภาวะวิกฤตมีประสิทธิภาพและปลอดภัยยิ่งขึ้น

ถอดรหัสค้างคาวสู่นวัตกรรมโดรนบิน

นักวิทยาศาสตร์จาก Worcester Polytechnic Institute (WPI) ร่วมกับมหาวิทยาลัยและสถาบันวิจัยชั้นนำ โดยความร่วมมือนี้มุ่งเน้นไปที่การศึกษาโครงสร้างร่างกายและพฤติกรรมการบินของค้างคาว ซึ่งเป็นสัตว์ที่สามารถบินหลบหลีกสิ่งกีดขวางในความมืดได้อย่างคล่องตัว ทีมวิจัยพบว่าหัวใจสำคัญไม่ได้อยู่ที่ความเร็วเพียงอย่างเดียว แต่อยู่ที่ความสามารถในการประมวลผลระยะห่างผ่านคลื่นเสียงที่สะท้อนกลับมา (Echolocation) นำไปสู่การออกแบบโดรน เพื่อใช้ในภารกิจที่โดรนทั่วไปไม่สามารถทำได้ โดยเฉพาะการเปลี่ยนรูปร่างขณะบินเพื่อลอดผ่านช่องแคบ

เซนเซอร์ Ultrasound "ดวงตา" ที่มองผ่านเสียง

ความท้าทายหลักของการสร้างโดรนขนาดจิ๋วคือข้อจำกัดด้านน้ำหนัก ซึ่งระบบนำทางเดิมที่ใช้เลเซอร์ (LiDAR) มักจะมีน้ำหนักมากเกินไปสำหรับโดรนขนาดเท่าฝ่ามือ แต่นักวิจัยได้แก้ปัญหานี้ด้วยการติดตั้งเซนเซอร์อัลตราซาวนด์ (Ultrasound Sensors) น้ำหนักเบาพิเศษ ซึ่งทำหน้าที่ส่งคลื่นเสียงความถี่สูงที่หูมนุษย์ไม่ได้ยินออกไปกระทบวัตถุ ข้อดีของเซนเซอร์ชนิดนี้คือ คลื่นเสียงสามารถเดินทางผ่านอนุภาคขนาดเล็กในอากาศได้ดีกว่าแสง ทำให้ "มองเห็น" ได้อย่างแม่นยำแม้มีหมอกลงจัดหรือมีฝุ่นละอองหนาทึบ ซึ่งเป็นสภาวะที่กล้องบันทึกภาพทั่วไปจะสูญเสียการมองเห็นโดยสิ้นเชิง

สมองกล AI ประมวลผลเสียงสะท้อน

เพื่อให้โดรนสามารถนำทางได้อย่างอิสระ ทีมวิจัยได้พัฒนาระบบปัญญาประดิษฐ์ (AI) ที่ถูกฝึกฝนผ่านระบบการเรียนรู้เชิงลึก (Deep Learning) เพื่อทำหน้าที่เป็นสมองส่วนกลางในการประมวลผลสัญญาณจากเซนเซอร์อัลตราซาวนด์ โดยระบบ AI จะรับข้อมูลเสียงสะท้อนที่ส่งกลับมายังไมโครโฟนหลายตัวรอบเครื่อง และคำนวณระยะเวลาเดินทางของเสียง (Time-of-Flight) เพื่อสร้างเป็น "แผนที่ความจำ 3 มิติ" แบบเรียลไทม์ ระบบ AI สามารถแยกแยะได้ว่าเสียงสะท้อนรูปแบบใดคือผนังเรียบ หรือรูปแบบใดคือสิ่งกีดขวางที่ต้องหลบหลีก ทำให้โดรนสามารถตัดสินใจเลือกเส้นทางบินที่ปลอดภัยที่สุดได้ในเสี้ยววินาทีโดยไม่ต้องพึ่งพาคำสั่งจากมนุษย์

โดรนขนาดฝ่ามือที่มาพร้อมความคล่องตัว

นอกเหนือจากระบบนำทางที่แม่นยำแล้ว โดรนยังถูกออกแบบมาให้มีขนาดกะทัดรัดเป็นพิเศษเพื่อการใช้งานในพื้นที่จำกัด การที่เครื่องมีขนาดเล็กทำให้มันสามารถบินเข้าไปในอาคารที่ถล่มลงมา หรือภายในท่ออุตสาหกรรมที่คดเคี้ยวได้ดีกว่าโดรนขนาดใหญ่ ที่สำคัญระบบประมวลผล AI ที่ใช้พลังงานต่ำยังช่วยยืดระยะเวลาการปฏิบัติงานให้นานขึ้น โดรนเหล่านี้ถูกออกแบบมาให้ทำงานได้โดยอิสระ (Autonomous) แม้อยู่ในพื้นที่ที่สัญญาณ GPS เข้าไม่ถึง ซึ่งช่วยลดความผิดพลาดที่เกิดจากมนุษย์ในขณะที่ต้องปฏิบัติภารกิจภายใต้ความกดดันสูงในพื้นที่อันตราย

การพัฒนาโดรนจิ๋วนำทางด้วยเสียงสะท้อนถือเป็นก้าวสำคัญของวงการเทคโนโลยีหุ่นยนต์ที่เปลี่ยนจากการมองเห็นด้วยตา มาเป็นการฟังด้วยเสียง โดยอาศัยการทำงานประสานกันระหว่างเซนเซอร์อัลตราซาวนด์และระบบ AI อันชาญฉลาด นวัตกรรมที่ได้รับแรงบันดาลใจจากค้างคาวนี้ไม่เพียงแต่ช่วยทลายข้อจำกัดด้านทัศนวิสัยในสภาวะวิกฤต แต่ยังเป็นเครื่องมือสำคัญที่จะเข้ามาพลิกโฉมการกู้ภัยให้มีความแม่นยำและรวดเร็วขึ้น เพื่อปกป้องชีวิตและเพิ่มโอกาสรอดชีวิตให้กับผู้ประสบภัยในเหตุการณ์ที่ไม่คาดฝันเรียบ

เรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร

ที่มาข้อมูล: wpi, techxplore, interestingengineering, theconversation
ที่มาภาพ: wpi

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech