SUPER:홍콩 대학교의 안전이 보장된 고속 공중 로봇으로 드론 내비게이션에 혁명을 일으키다

앤드류 코셀리

SUPER는 이전에는 달성할 수 없었던 수준의 안전성을 바탕으로 복잡한 환경을 빠른 속도로 탐색할 수 있습니다. (이미지 :홍콩대)

놀라운 속도와 민첩성으로 알려지지 않은 환경을 탐색하는 새와 달리 드론은 일반적으로 외부 안내나 미리 매핑된 경로에 의존합니다. 그러나 홍콩대학교(HKU) 공과대학 기계공학과의 Fu Zhang 교수와 연구진의 개발을 통해 드론과 초소형 항공기(MAV)가 이전보다 더 밀접하게 새의 비행 능력을 모방할 수 있게 되었습니다.

팀은 온보드 센서와 컴퓨팅 성능만을 사용하여 초당 20미터(시속 약 45마일) 이상의 속도로 비행하고 전력선이나 잔가지와 같은 2.5밀리미터(약 0.1인치) 정도의 얇은 장애물을 피할 수 있는 안전이 보장된 고속 공중 로봇(SUPER)을 개발했습니다. 휠베이스가 280mm(약 11인치)에 불과하고 이륙 중량이 1.5kg(약 3.3파운드)에 불과한 컴팩트한 디자인을 갖춘 SUPER는 뛰어난 민첩성을 보여줍니다.

Zhang은 이 발명품을 드론 기술 분야의 판도를 바꿀 것이라고 설명하면서 "숲 속을 빠르게 이동하며 가지와 장애물을 고속으로 쉽게 피하는 '로봇 새'를 상상해보세요. 이는 자율 비행 기술에서 중요한 진전입니다. 우리 시스템을 통해 MAV는 이전에는 달성할 수 없었던 안전 수준으로 고속으로 복잡한 환경을 탐색할 수 있습니다. 이는 마치 드론에 새의 반사 신경을 부여하여 목표를 향해 경주하는 동안 실시간으로 장애물을 피할 수 있게 하는 것과 같습니다."

획기적인 발전은 하드웨어와 소프트웨어의 정교한 통합에 있습니다. SUPER는 최대 70미터(약 230피트) 떨어진 장애물을 정확한 정확도로 감지할 수 있는 경량 3D 광 감지 및 거리 측정(LiDAR) 센서를 활용합니다. 이는 비행 중 두 가지 궤적을 생성하는 고급 계획 프레임워크와 결합됩니다. 하나는 알려지지 않은 공간을 탐험하여 속도를 최적화하고 다른 하나는 알려진 장애물 없는 구역 내에 머무르면서 안전을 우선시하는 것입니다.

LiDAR 데이터를 포인트 클라우드로 직접 처리함으로써 시스템은 계산 시간을 크게 줄여 빠른 속도에서도 신속한 의사결정을 가능하게 합니다. 이 기술은 고대 유적의 자율 탐사 등 다양한 실생활 애플리케이션에서 테스트되었으며 실내외 환경 모두에서 원활한 탐색이 입증되었습니다.

"얇은 장애물을 피하고 좁은 공간을 탐색하는 능력은 매 순간이 중요한 수색 및 구조와 같은 응용 분야에 새로운 가능성을 열어줍니다. 야간을 포함하여 다양한 조명 조건에서 SUPER의 견고성은 24시간 작업을 위한 신뢰할 수 있는 도구가 됩니다."라고 수석 저자 Yunfan Ren이 말했습니다.

여기 독점 기술 요약이 있습니다. 장(Zhang)과의 인터뷰(길이와 명확성을 위해 편집됨).

기술 요약 :SUPER를 개발하면서 직면했던 가장 큰 기술적인 어려움은 무엇이었나요?

장 :가장 큰 장애물은 숲이나 재해 지역과 같이 알려지지 않고 지저분한 장소를 충돌 없이 정말 빠르게 비행할 수 있는 소형 드론을 만드는 것이었습니다. 온보드 센서와 컴퓨터만을 사용하여 신속하게 생각하고 반응해야 했는데 이는 힘든 일이었습니다. 드론은 멀리 있는 장애물을 발견하고, 몇 밀리초 안에 안전한 경로를 계획하고, 아직 완전히 보지 못한 영역에 숨겨진 위험을 피해야 했습니다. 속도, 안전, 실시간 계획 등 이 모든 요소를 작은 드론에서 함께 작동시키는 것은 큰 도전이었습니다.

기술 요약 :SUPER가 어떻게 작동하는지 간단하게 설명해주실 수 있나요?

장 :SUPER는 아무것도 부딪히지 않고 시속 45마일과 같은 빠른 속도로 알려지지 않은 장소를 확대할 수 있는 작고 매우 민첩한 드론입니다. LiDAR라는 레이저 센서를 사용하여 최대 230피트 떨어진 장애물을 "확인"하여 나무, 전선 또는 벽과 같은 주변 환경에 대한 3D 지도를 만듭니다. 10분의 1초마다 SUPER의 온보드 컴퓨터는 두 가지 경로를 계획합니다. 하나는 미지의 영역이 안전하다고 가정하여 속도를 최대화하는 빠른 경로이고, 다른 하나는 충돌을 피하기 위해 분명하다고 알고 있는 영역을 고수하는 백업 경로입니다. GPS나 추가 컴퓨터와 같은 외부 도움 없이도 빠르게 비행하면서도 안전을 유지할 수 있는 최선의 경로를 선택합니다.

SUPER는 완전한 어둠과 어수선한 환경을 포함하여 다양한 실제 응용 프로그램에서 테스트를 거쳤습니다. (이미지 :홍콩대)

기술 요약 :이번 작업을 하게 된 계기는 무엇이었나요? 어떻게 된 일인가요?

장 :우리는 재난 지역에서 사람을 찾거나 속도와 안전이 중요한 어려운 장소에서 물품을 전달하는 등의 긴급 상황에서 드론이 도움을 준다는 아이디어에서 영감을 받았습니다. 대부분의 드론은 빠르게 비행하지만 충돌 위험이 있거나 너무 느려서 이러한 상황에서 유용하지 않습니다. 우리는 격차를 보았습니다. 자체 센서만 사용하여 알려지지 않은 곳에서 빠르고 안전한 드론을 만든 사람은 아무도 없었습니다. 그래서 우리는 새로운 레이저 센서와 스마트 계획을 결합하여 수색 및 구조와 같은 실제 과제를 처리할 수 있는 드론을 만드는 SUPER를 만들기 시작했습니다.

기술 요약 :향후 연구/업무 등을 위한 정해진 계획이 있나요? 그렇지 않다면 다음 단계는 무엇입니까?

장 :SUPER를 계속해서 개선하게 되어 기쁩니다. 한 가지 큰 계획은 더 부드럽고 안전한 경로를 계획하기 위해 다음에 어디로 갈지 예측하여 사람이나 차량과 같은 움직이는 물체를 더 효과적으로 처리하는 것입니다. 우리는 또한 드론을 더욱 가볍고 공기역학적으로 만들고 싶습니다. 더 나은 모터나 더 세련된 디자인을 사용하면 더 빠르게 비행하고 더 적은 에너지를 사용할 수 있습니다. 우리는 더 작은 물체와 더 먼 거리를 볼 수 있도록 LiDAR를 업그레이드하는 것을 고려하고 있습니다. 또한 GPU와 같은 강력한 칩을 사용하여 소프트웨어 속도를 높이는 방법을 모색하고 있으며, 미지의 영역 탐색, 교량 검사, 신속하고 안전한 패키지 배송 등의 용도를 개척하고 있습니다.

기술 요약 :제가 언급하지 않은 내용 중에 추가하고 싶은 내용이 있나요?

장 :낮이나 밤, 울창한 숲이나 좁은 공간 등 모든 종류의 조건에서 비행할 수 있는 SUPER의 능력은 SUPER를 특별하게 만듭니다. 대부분의 드론이 볼 수 없는 2.5mm 와이어와 같이 매우 얇은 장애물도 피할 수 있습니다. 이를 통해 실험실 테스트뿐만 아니라 실제 작업에도 사용할 수 있습니다. 예를 들어 움직이는 자동차를 추적하거나 붕괴된 건물을 탐색할 수 있습니다. SUPER가 드론이 어떻게 연구 단계에서 재난 구호나 비상 대응과 같은 어려운 상황에 처한 사람들을 실제로 도울 수 있는지 보여주는 것을 자랑스럽게 생각하며, 더 실용적인 로봇 솔루션에 영감을 주기를 바랍니다.

기술 요약 :자신의 아이디어를 실현하려는 연구자들에게 (넓게 말하면) 조언을 해주실 수 있나요?

장 :삶을 더 편리하게 하거나 안전하게 만드는 등 사람들에게 중요한 실제 문제부터 시작하세요. 하드웨어 제작에 능숙한 사람, 코딩에 능숙한 사람, 사물의 실용적인 측면을 아는 사람 등 다양한 기술을 가진 다른 사람들과 팀을 이루세요. 컴퓨터 시뮬레이션과 실제 실험을 통해 아이디어를 조기에 자주 테스트하여 문제를 찾아내고 수정하세요. 실패를 두려워하지 마세요. 각 테스트는 당신에게 뭔가를 가르쳐줍니다. 멋진 아이디어를 현실 세계에서 작동하는 것으로 바꾸려면 시간과 투지, 많은 조정이 필요하므로 인내심을 갖고 계속 노력하세요.

스크립트

00:00:01 새는 마이크로에어와 유사하게 매우 낮은 고장률을 유지하면서 어수선한 환경에서 빠른 속도로 탐색할 수 있는 능력으로 오랫동안 인간을 매료시켜 왔습니다. 인간이 만든 가장 민첩한 기계 중 차량은 새와 같은 민첩한 비행을 달성할 수 있는 잠재력을 갖고 있으며 인간 전문가는 새와 같은 민첩성 균형을 복제할 수 있습니다.

00:00:24 자율 비행의 고속 및 안전은 여전히 과제로 남아 있습니다. 현재 접근 방식은 종종 속도를 위해 안전을 희생하거나 그 반대의 경우가 많습니다. 이는 자율 Mav가 안전이 보장된 초고속 항공을 도입하여 알려지지 않은 실제 환경에서 어떻게 고속 및 안전한 비행을 모두 달성할 수 있는지에 대한 중요한 질문을 제기합니다

00:00:51 로봇 슈퍼는 휠 베이스가 280mm에 불과하고 이륙 중량이 1.5kg으로 5.0보다 큰 추력 중량 비율을 달성하는 소형입니다. 고급 거짓말쟁이 기반 인식 안전 보장 계획 및 최적의 200,000Hz를 초과하는 포인트 속도로 최대 70M 떨어진 물체를 감지할 수 있는 360° 광 감지 및 거리 측정 센서가 장착되어 있습니다.

00:01:20 제어 모듈은 온보드 감지 및 계산에 전적으로 의존하여 20m/s 이상의 속도로 알려지지 않은 환경을 슈퍼 탐색합니다. 고급 거짓말쟁이 기반 인식 시스템을 사용하여 안전을 훼손하지 않고 고속으로 극도로 복잡한 환경을 통해 민첩하게 조작할 수 있습니다. 슈퍼 캔 효율적으로

00:01:51 전선과 같은 얇은 장애물을 감지하고 피할 뿐만 아니라 20밀리초 만에 2.5mm 미만의 얇은 물체를 식별할 수 있습니다. 최첨단 비전 기반 상용 제품에 심각한 어려움을 초래하는 까다로운 환경에서도 정밀한 탐색이 가능합니다. lar의 능동 감지 메커니즘도 슈퍼 작동을 가능하게 합니다

00:02:21 이러한 탁월한 기능 덕분에 하루 종일 완전한 어둠 속에서도 super는 다양한 실제 응용 프로그램에서 테스트되었으며 고대 유적지를 자동으로 탐색하는 데 적용할 수 있으며 실내 및 실외 공간을 모두 원활하게 탐색할 수 있으며 안전이 보장된 울창한 숲을 횡단할 수도 있습니다.

00:02:51 복잡한 장애물 극복 민첩성은 객체 추적 임무로 확장되어 고속 탐색 능력을 통해 낮과 밤 모두 실내 및 실외 환경에서 목표물을 밀접하게 추적하고 장애물을 피할 수 있습니다. 안전이 보장된 디자인과 강력한 성능 슈퍼 마크 a

00:03:22 완벽하지는 않지만 고속 자율 항법을 실험실에서 실제 응용 프로그램으로 전환하는 데 있어 중요한 이정표입니다. 연구자들은 Super가 자율 배송 검사 매핑 및 수색 및 구조 임무와 같은 미래의 실제 시나리오에서 새로운 가능성을 열 수 있기를 바랍니다