Радиоволны могут помочь беспилотным автомобилям видеть за поворотами

В конце января в Санта-Монике, штат Калифорния, беспилотный автомобиль Waymo, который принадлежит компании Alphabet, попал в инцидент. Во время движения рядом с начальной школой маленький ребенок внезапно выбежал на дорогу. Датчики LiDAR автомобиля смогли зафиксировать его лишь в последний момент, когда тот появился из-за припаркованного внедорожника. Несмотря на то, что автомобиль резко затормозил и снизил скорость с 17 до 6 миль в час, он сбил ребенка, отбросив его на тротуар. К счастью, как сообщается в [источнике](https://www.popsci.com/technology/driverless-cars-see-around-corners/), у ребенка были лишь незначительные травмы, но это вряд ли может успокоить его родителей, особенно в условиях растущего числа беспилотных автомобилей на улицах.

Хотя Waymo смог распознать ребенка в последний момент, возникает вопрос: что, если бы автомобиль мог заранее «увидеть» его, находясь за углом? Эта концепция стала основой для нового исследования, проводимого группой инженеров из Университета Пенсильвании, которые разработали сенсорную систему, использующую радиоволны для выявления объектов, скрытых за стенами.
В рамках экспериментов система HoloRadar была установлена на небольших роботах и успешно распознавала людей, находящихся за стенами, в процессе движения по кампусу. Хоть исследование еще находится на ранней стадии, команда уверена, что их сенсорная система сможет интегрироваться в роботов, что поможет им лучше ориентироваться в окружающем пространстве. Это может стать ключевым фактором в предотвращении будущих аварий для беспилотных автомобилей.
Старший автор исследования и профессор компьютерных и информационных наук Минмин Чжао прокомментировал: «Роботам и автономным транспортным средствам необходимо видеть за пределами того, что находится прямо перед ними». Он добавил, что это важный шаг к более полному пониманию окружающей среды роботами.
На сегодняшний день большинство беспилотных автомобилей, за исключением некоторых, таких как Tesla, полагаются на комбинацию камер, радаров и LiDAR для восприятия окружающей обстановки. Системы LiDAR работают, излучая миллионы лазерных импульсов и измеряя время, необходимое для их отражения. Эти данные позволяют создавать детализированные трехмерные карты окружающей среды.
Однако у LiDAR есть свои недостатки. Объекты, такие как большие здания, могут блокировать лазерные импульсы, что затрудняет выявление скрытых объектов. Поэтому Чжао и его команда решили обратиться к радиоволнам, подход к использованию которых ранее игнорировался в автономных транспортных средствах.
Исследователи изначально избегали радиосигналов из-за их большей длины волны по сравнению с видимым светом, что снижало разрешение и четкость обнаружения объектов. Тем не менее, команда поняла, что это ограничение может быть преимуществом при сканировании LiDAR за углами.
Радиоволны, испускаемые роботом, способны проникать сквозь небольшие неровности стен, и только часть сигнала проходит через преграду, в то время как большая часть отражается обратно. Это создает эффект, при котором поверхности ведут себя как зеркала, отражая радиосигналы предсказуемым образом.
HoloRadar использует радиоволны для обнаружения объектов за углом, что позволяет идентифицировать людей на перекрестках. «Это похоже на то, как водители используют зеркала на слепых перекрестках», — отметил соавтор исследования и аспирант Хаовэнь Лай.
Для обработки собранных данных команда разработала двухкомпонентную модель искусственного интеллекта, которая сначала фильтрует ненужную информацию и формирует предположения о том, что скрывается за углом. Затем система создает 3D-модель, позволяя визуализировать объекты за стеной. Эксперимент подтвердил эффективность системы: робот, оснащенный HoloRadar, успешно определял скрытые объекты при движении по кампусу, преодолевая три разных угла.
Может ли использование радиоволн повысить безопасность беспилотных автомобилей?
Ранее в области робототехники предпринимались попытки решить проблему видимости за углами, хотя и с ограниченными результатами. Например, в 2019 году MIT использовал камеру на крыше беспилотного автомобиля для сканирования теней, чтобы теоретически определить наличие приближающегося автомобиля. Недавно ученые из Университета Стоуни-Брук применили однофотонный лидар для обнаружения света, отражающегося за поворотами. Эти методы, однако, основываются на световых волнах, что делает их менее эффективными в условиях плохой видимости или темноты. В отличие от этого, HoloRadar, использующий радиоволны, не имеет таких ограничений, хотя исследователи подчеркивают, что он должен дополнять существующие сенсорные системы, а не заменять их.
Беспилотные автомобили становятся все более привычным явлением на городских улицах по всему миру. В Соединенных Штатах уже зарегистрированы аварии и как минимум дюжина смертей, и это число, вероятно, будет расти по мере увеличения их внедрения. Способность автономных автомобилей «видеть» за стенами могла бы стать значительным шагом к повышению их безопасности.