Un nouveau système développé au MIT utilise des étiquettes RFID pour aider les robots à se diriger vers des objets en mouvement avec une vitesse et une précision sans précédent. Le système pourrait permettre une plus grande collaboration et précision par des robots travaillant sur l'emballage et l'assemblage, et par des essaims de drones effectuant des missions de recherche et de sauvetage.

Dans un article présenté la semaine prochaine au Symposium USENIX sur la conception et la mise en œuvre de systèmes en réseau, les chercheurs montrent que les robots utilisant le système peuvent localiser des objets marqués en 7,5 millisecondes, en moyenne, et avec une erreur de moins d'un centimètre.

Dans le système, appelé TurboTrack, une étiquette RFID (identification par radiofréquence) peut être appliquée sur n'importe quel objet. Un lecteur envoie un signal sans fil qui se reflète sur l'étiquette RFID et d'autres objets à proximité, et rebondit au lecteur. Un algorithme passe au crible tous les signaux réfléchis pour trouver la réponse de l'étiquette RFID. Les calculs finaux exploitent ensuite le mouvement de l'étiquette RFID, même si cela diminue généralement la précision, pour améliorer sa précision de localisation.

Les chercheurs affirment que le système pourrait remplacer la vision par ordinateur pour certaines tâches robotiques. Comme son homologue humain, la vision par ordinateur est limitée par ce qu'elle peut voir, et il peut ne pas remarquer les objets dans les environnements encombrés. Les signaux radiofréquence n'ont pas de telles restrictions :ils peuvent identifier des cibles sans visualisation, dans l'encombrement et à travers les murs.

Pour valider le système, les chercheurs ont attaché une étiquette RFID à un bouchon et une autre à une bouteille. Un bras robotique a localisé le bouchon et l'a placé sur la bouteille, tenu par un autre bras robotique. Dans une autre manifestation, les chercheurs ont suivi des nanodrones équipés de RFID pendant l'amarrage, manœuvrer, et voler. Dans les deux tâches, le système était aussi précis et rapide que les systèmes de vision par ordinateur traditionnels, tout en travaillant dans des scénarios où la vision par ordinateur échoue, rapportent les chercheurs.

"Si vous utilisez des signaux RF pour des tâches généralement effectuées à l'aide de la vision par ordinateur, non seulement vous permettez aux robots de faire des choses humaines, mais vous pouvez aussi leur permettre de faire des choses surhumaines, " dit Fadel Adib, professeur adjoint et chercheur principal au MIT Media Lab, et directeur fondateur du Signal Kinetics Research Group. "Et vous pouvez le faire de manière évolutive, parce que ces étiquettes RFID ne coûtent que 3 centimes chacune."

Dans la fabrication, le système pourrait permettre aux bras de robot d'être plus précis et polyvalents, dire, ramasser, assemblage, et emballer des articles le long d'une chaîne de montage. Une autre application prometteuse est l'utilisation de « nanodrones » portables pour les missions de recherche et de sauvetage. Les nanodrones utilisent actuellement la vision par ordinateur et des méthodes pour assembler des images capturées à des fins de localisation. Ces drones se confondent souvent dans les zones chaotiques, se perdre derrière les murs, et ne peuvent pas s'identifier de manière unique. Tout cela limite leur capacité à, dire, répartis sur une zone et collaborer à la recherche d'une personne disparue. En utilisant le système des chercheurs, les nanodrones en essaim pourraient mieux se localiser, pour plus de contrôle et de collaboration.

"Vous pourriez permettre à un essaim de nanodrones de se former de certaines manières, voler dans des environnements encombrés, et même des environnements à l'abri des regards, avec une grande précision, " dit le premier auteur Zhihong Luo, un étudiant diplômé du groupe de recherche Signal Kinetics.

Les autres co-auteurs du Media Lab sur l'article rendent visite à l'étudiant Qiping Zhang, post-doctorant Yunfei Ma, et l'assistant de recherche Manish Singh.

Super-résolution

Le groupe Adib travaille depuis des années sur l'utilisation des signaux radio à des fins de localisation et d'identification, comme la détection de contamination dans les aliments en bouteille, communiquer avec des appareils à l'intérieur du corps, et la gestion des stocks de l'entrepôt.

Des systèmes similaires ont tenté d'utiliser des étiquettes RFID pour les tâches de localisation. Mais ceux-ci viennent avec des compromis en termes de précision ou de vitesse. Pour être précis, cela peut leur prendre plusieurs secondes pour trouver un objet en mouvement ; augmenter la vitesse, ils perdent en précision.

Le défi consistait à atteindre à la fois vitesse et précision. Faire cela, les chercheurs se sont inspirés d'une technique d'imagerie appelée « imagerie à super-résolution ». Ces systèmes assemblent des images sous plusieurs angles pour obtenir une image de résolution plus fine.

"L'idée était d'appliquer ces systèmes de super-résolution aux signaux radio, " Adib dit. "Quand quelque chose bouge, vous obtenez plus de perspectives en le suivant, vous pouvez donc exploiter le mouvement pour plus de précision."

Le système combine un lecteur RFID standard avec un composant « d'assistance » utilisé pour localiser les signaux de radiofréquence. L'assistant émet un signal à large bande comprenant plusieurs fréquences, s'appuyant sur un schéma de modulation utilisé dans les communications sans fil, appelé multiplexage orthogonal par répartition en fréquence.

Le système capte tous les signaux rebondissant sur les objets de l'environnement, y compris l'étiquette RFID. L'un de ces signaux transporte un signal spécifique à l'étiquette RFID spécifique, parce que les signaux RFID reflètent et absorbent un signal entrant selon un certain schéma, correspondant aux bits de 0 et de 1, que le système peut reconnaître.

Parce que ces signaux voyagent à la vitesse de la lumière, le système peut calculer un « temps de vol » - en mesurant la distance en calculant le temps qu'il faut à un signal pour voyager entre un émetteur et un récepteur - pour évaluer l'emplacement de l'étiquette, ainsi que les autres objets de l'environnement. Mais cela ne fournit qu'un chiffre approximatif de localisation, pas de précision au centimètre près.

Tirer parti du mouvement

Pour zoomer sur l'emplacement de la balise, les chercheurs ont développé ce qu'ils appellent un algorithme de « super-résolution espace-temps ».

L'algorithme combine les estimations de localisation pour tous les signaux de rebond, y compris le signal RFID, qu'il a déterminé à l'aide du temps de vol. En utilisant quelques calculs de probabilité, il réduit ce groupe à une poignée d'emplacements potentiels pour l'étiquette RFID.

Au fur et à mesure que la balise se déplace, son angle de signal change légèrement - un changement qui correspond également à un certain emplacement. L'algorithme peut ensuite utiliser ce changement d'angle pour suivre la distance de la balise lorsqu'elle se déplace. En comparant constamment cette mesure de distance changeante à toutes les autres mesures de distance provenant d'autres signaux, il peut trouver l'étiquette dans un espace tridimensionnel. Tout cela se passe en une fraction de seconde.

"L'idée de haut niveau est que, en combinant ces mesures dans le temps et dans l'espace, vous obtenez une meilleure reconstruction de la position de la balise, " dit Adib.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.