Ученые MIT научили подводных роботов видеть сквозь мутную воду

Для автономных и дистанционно управляемых подводных аппаратов взвешенные частицы песка и ила представляют серьезную проблему. Во время работы у морского дна роботы сами поднимают облака осадков, из-за чего камеры перестают различать окружающую обстановку. Обычно операторам приходится ждать, пока взвесь осядет, прежде чем продолжить работу.

Новая система предлагает иной подход. Sonar-MASt3R объединяет акустические данные сонара и изображения оптических камер. Гидролокатор формирует грубую трехмерную карту пространства и определяет расположение объектов даже в непрозрачной воде, после чего робот может безопасно приблизиться к ним, а камеры обеспечивают получение детализированного изображения.

По словам руководителя исследования, аспирантки MIT Эми Фанг, технология напоминает сочетание эхолокации дельфина с острым зрением морской черепахи на близких расстояниях. Такой подход позволяет одновременно ориентироваться в пространстве и получать визуальную информацию об объектах.

Разработка основана на алгоритме MASt3R, ранее созданном французскими исследователями. Этот алгоритм способен строить трехмерную модель по двумерным изображениям, однако не обладает информацией о реальных размерах объектов. Ученые решили дополнить его данными сонара, который обеспечивает точное измерение расстояний и глубины. В результате появилась система Sonar-MASt3R, создающая масштабированные трехмерные карты в режиме реального времени.

Испытания проводились в резервуарах с различными уровнями мутности воды. В качестве объектов использовались камни, кружки и пластиковые ящики. Роботизированная рука, оснащенная камерой и гидролокатором, выполняла сканирование, после чего алгоритм формировал грубую карту, которая постепенно уточнялась за счет визуальных данных.

Даже при самых высоких уровнях мутности, когда камеры практически ничего не различали, система продолжала строить карты окружающей среды и распознавать объекты с точностью до нескольких сантиметров. Специальный механизм отбора ключевых кадров позволил значительно ускорить обработку информации и обеспечить работу в реальном времени.

По словам соавтора работы, старшего научного сотрудника WHOI Ричард Камилли, одна из потенциальных областей применения технологии — поиск и обезвреживание старых подводных мин, расположенных в зонах прибоя, где плохая видимость серьезно осложняет проведение операций.

В перспективе Sonar-MASt3R может использоваться для научных исследований, обслуживания подводной инфраструктуры, строительных работ, добычи ресурсов и спасательных операций. Исследователи планируют перейти от испытаний в резервуарах к тестированию системы в реальных морских условиях.

По мнению разработчиков, новая технология открывает возможность выполнения миссий, которые до сих пор считались практически невыполнимыми из-за ограничений существующих средств подводного наблюдения. Именно расширение возможностей восприятия окружающей среды, как считают ученые, станет ключом к следующему поколению автономных подводных роботов.