Hjælper robotter med at analysere deres omgivelser

Fysikere fra University of Luxembourg har for nylig præsenteret et nyt materiale, som kan blive en nøglekomponent i en ny infrastruktur designet til at hjælpe robotter med at forstå deres omgivelser. Holdet viser, at materialet kan bruges til at introducere skræddersyet grafisk information i miljøet, som er usynlig for mennesker, men let læselig af robotter. Det nye materiale og den innovative procedure, hvorved det er muliggjort, er for nylig blevet offentliggjort i Avancerede funktionelle materialer , et af verdens førende tidsskrifter inden for materialevidenskab.

Automatiseringens regeringstid

Udbredt automatisering er en nøglekomponent i den igangværende fjerde industrielle revolution. Den nuværende interesse for automatisering forudser en enorm udvidelse af konceptet, ofte involverer maskiner, der ikke kun er automatiske, men også autonome og mobile, såsom selvkørende biler eller droner. I modsætning til hvad udtrykket "Industry 4.0" kunne antyde, disse maskiner vil sandsynligvis også indgå i direkte interaktion med mennesker, selv på steder uden for industriproduktionen, som vores hjem eller ikke-industrielle arbejdspladser.

"Så gavnlig som denne overgang til allestedsnærværende automatisering kunne være, det kommer også med betydelige udfordringer af mange typer. En af de vigtigste tærskler er forårsaget af sikkerhedsbekymringer:som vist ved tilbagevendende tragiske dødsfald, der involverer autonome køretøjer, de har i øjeblikket en utilstrækkelig forståelse af deres miljø på trods af state-of-the-art indbyggede sensorer og beregningsteknologi. Det er simpelthen ikke let at give mening om det travle, kompleks og rodet verden, som vi mennesker skaber og lever i, fuld af signaler, nogle vigtige, nogle kun distraherende, og andre, der alligevel er ren støj, " forklarer Jan Lagerwall, Professor i Institut for Fysik og Materialevidenskab (DPhyMS) ved University of Luxembourg og hovedforsker af undersøgelsen.

Ny tilgang ved hjælp af flydende krystaller

Mens de fleste forsøg på at give robotter adgang til mennesker med befolkning fokuserer på at give robotterne en kombination af flere sensoriske input og massiv beregningskraft, en anden tilgang er nu foreslået af prof. Jan Lagerwall og hans to teammedlemmer Yong Geng og Rijeesh Kizhakidathazhath fra University of Luxembourg, i samarbejde med prof. Mathew Schwartz, som er ekspert i automatisering og design af det byggede miljø ved New Jersey Institute of Technology.

Det vigtigste gennembrud, der præsenteres i artiklen, er realiseringen af ​​retroreflekterende sfærer lavet af kolesteriske flydende krystaller, som omdannes til fast tilstand ved en proces kaldet polymerisation. På én måde disse kugler ligner de retroreflektorer, vi har i sikkerhedsvestene i vores biler, i vejskilte og i visse former for beklædning, fordi de sender lys tilbage til kilden uanset i hvilken retning de er belyst. Men der er to meget vigtige forskelle, der gør disse kolesteriske sfæriske reflektorer (CSR'er) så nyttige. Først, reflektionen er begrænset til et smalt bølgelængdeområde, forklarer, hvorfor det menneskelige øje ikke ser dem. Sekund, reflektionen er cirkulært polariseret, på samme måde som hver af de to film, der vises samtidigt i en 3D-biograf, er cirkulært polariseret, på modsatte måder.

"Hvis du nogensinde tog dine briller af, mens du var i en 3D-biograf, vil du have bemærket, at det menneskelige øje ikke kan skelne forskellige polariseringer, da begge vores øjne så ser begge film, og vi oplever simpelthen en mærkelig "skygge" effekt. Brillerne indeholder cirkulære polarisatorer, den ene højrehåndet og den anden venstrehåndet, at sikre, at vores højre øje kun ser filmen for det højre øje, venstre kun filmen til venstre øje. Uden for en biograf, verden er meget sjældent cirkulært polariseret, og det betyder, at den cirkulære polarisering af CSR'er er ret unik. En robot designet til at udlæse CSR-kodet information vil have to kameraer, både opererer i de ultraviolette og/eller infrarøde områder, hvori CSR'erne afspejler, og hver vil have en cirkulær polarisator af forskellig type, ligesom 3D-biografbriller. Robotten trækker det ene billede fra det andet, hvilket betyder, at al visuel information, der ikke er cirkulært polariseret, som er alt indhold undtagen CSR'erne, er annulleret, fordi denne information ser ud til at være identisk med de to kameraer. Men CSR'erne forbliver, da de kun er synlige for det ene kamera, men ikke for det andet. Dette gør det muligt for robotten at identificere de CSR-kodede oplysninger ekstremt hurtigt, med minimal computerkraft, og uden risiko for falske positiver, " forklarer forskerne.