一種新穎的系統(tǒng)使用RFID標(biāo)簽以前所未有的速度和準(zhǔn)確度幫助機(jī)器人回家移動(dòng)物體。該系統(tǒng)可以通過(guò)從事包裝和裝配的機(jī)器人以及執(zhí)行搜索和救援任務(wù)的大量無(wú)人機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的協(xié)作和精確度。麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的一種新型系統(tǒng)使用RFID標(biāo)簽，以前所未有的速度和準(zhǔn)確度幫助機(jī)器人回家移動(dòng)物體。該系統(tǒng)可以通過(guò)從事包裝和裝配的機(jī)器人以及執(zhí)行搜索和救援任務(wù)的大量無(wú)人機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的協(xié)作和精確度。在下周在USENIX網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研討會(huì)上發(fā)表的一篇論文中，研究人員表明，使用該系統(tǒng)的機(jī)器人可以在7.5毫秒內(nèi)平均定位被標(biāo)記物體，誤差小于1厘米

在稱為TurboTrack的系統(tǒng)中，RFID(射頻識(shí)別)標(biāo)簽可以應(yīng)用于任何物體。讀取器發(fā)送反射RFID標(biāo)簽和其他附近物體的無(wú)線信號(hào)，并向讀取器反彈。算法篩選所有反射信號(hào)以找到RFID標(biāo)簽的響應(yīng)。然后，最終計(jì)算利用RFID標(biāo)簽的運(yùn)動(dòng) - 即使這通常會(huì)降低精度 - 以提高其定位精度。

研究人員表示，該系統(tǒng)可以取代計(jì)算機(jī)視覺(jué)以完成某些機(jī)器人任務(wù)。與人類對(duì)應(yīng)物一樣，計(jì)算機(jī)視覺(jué)受到它所能看到的限制，并且它可能無(wú)法在雜亂的環(huán)境中注意到物體。射頻信號(hào)沒(méi)有這樣的限制：它們可以在沒(méi)有可視化的情況下識(shí)別目標(biāo)，在雜波和通過(guò)墻壁。

為了驗(yàn)證該系統(tǒng)，研究人員將一個(gè)RFID標(biāo)簽貼在一個(gè)瓶蓋上，另一個(gè)貼在瓶子上。一個(gè)機(jī)械臂位于帽子上并放在瓶子上，由另一個(gè)機(jī)械臂固定。在另一場(chǎng)演示中，研究人員在對(duì)接，機(jī)動(dòng)和飛行過(guò)程中跟蹤了配備RFID的納米生物。研究人員報(bào)告說(shuō)，在這兩項(xiàng)任務(wù)中，系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)一樣準(zhǔn)確，快速，同時(shí)在計(jì)算機(jī)視覺(jué)失敗的情況下工作。

“如果你使用射頻信號(hào)來(lái)完成通常使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)完成的任務(wù)，你不僅可以讓機(jī)器人做人類的事情，還可以讓他們做超人的事情，”麻省理工學(xué)院助理教授兼首席研究員Fadel Adib說(shuō)。媒體實(shí)驗(yàn)室，Signal Kinetics Research Group的創(chuàng)始主任。“你可以用可擴(kuò)展的方式做到這一點(diǎn)，因?yàn)檫@些RFID標(biāo)簽每個(gè)只有3美分。”

在制造中，該系統(tǒng)可以使機(jī)器人臂在裝配線上拾取，組裝和包裝物品時(shí)更加精確和通用。另一個(gè)有希望的應(yīng)用是使用手持“nanodrones”進(jìn)行搜索和救援任務(wù)。Nanodrones目前使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)和方法將捕獲的圖像拼接在一起以用于本地化目的。這些無(wú)人機(jī)經(jīng)常在混亂區(qū)域混淆，在墻壁后面相互丟失，并且不能彼此唯一地識(shí)別。這一切都限制了他們?cè)谝粋€(gè)區(qū)域內(nèi)展開(kāi)并協(xié)作尋找失蹤人員的能力。利用研究人員的系統(tǒng)，群中的納諾方可以更好地相互定位，從而實(shí)現(xiàn)更好的控制和協(xié)作。

信號(hào)動(dòng)力學(xué)研究小組的研究生羅志宏說(shuō)：“你可以讓一群納米生物以某種方式形成，飛入雜亂的環(huán)境，甚至可以非常精確地隱藏在遠(yuǎn)離視線的環(huán)境中。”

該論文的其他媒體實(shí)驗(yàn)室共同作者正在訪問(wèn)學(xué)生張啟平，博士后云飛馬和研究助理Manish Singh。

超級(jí)分辨率

Adib的團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直致力于使用無(wú)線電信號(hào)進(jìn)行跟蹤和識(shí)別，例如檢測(cè)瓶裝食品中的污染，與體內(nèi)設(shè)備通信以及管理倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存。

類似的系統(tǒng)已經(jīng)嘗試將RFID標(biāo)簽用于定位任務(wù)。但這些都需要在準(zhǔn)確性或速度上進(jìn)行權(quán)衡。準(zhǔn)確地說(shuō)，可能需要幾秒鐘才能找到一個(gè)移動(dòng)的物體;為了提高速度，他們失去了準(zhǔn)確性。

挑戰(zhàn)在于同時(shí)實(shí)現(xiàn)速度和準(zhǔn)確性。為此，研究人員從一種名為“超分辨率成像”的成像技術(shù)中汲取靈感。這些系統(tǒng)將來(lái)自多個(gè)角度的圖像拼接在一起，以獲得更精細(xì)分辨率的圖像。

“我們的想法是將這些超分辨率系統(tǒng)應(yīng)用于無(wú)線電信號(hào)，”Adib說(shuō)。“隨著某些事情發(fā)生變化，你會(huì)在追蹤它時(shí)獲得更多視角，因此你可以利用這一動(dòng)作來(lái)提高準(zhǔn)確性。”

該系統(tǒng)將標(biāo)準(zhǔn)RFID閱讀器與用于定位射頻信號(hào)的“輔助”組件相結(jié)合。輔助器在無(wú)線通信中使用的調(diào)制方案(稱為正交頻分復(fù)用)的基礎(chǔ)上射出包括多個(gè)頻率的寬帶信號(hào)。

系統(tǒng)捕獲環(huán)境中物體反彈的所有信號(hào)，包括RFID標(biāo)簽。其中一個(gè)信號(hào)攜帶特定于特定RFID標(biāo)簽的信號(hào)，因?yàn)镽FID信號(hào)以特定模式反射和吸收輸入信號(hào)，對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)可識(shí)別的0和1位。

因?yàn)檫@些信號(hào)以光速傳播，所以系統(tǒng)可以計(jì)算“飛行時(shí)間” - 通過(guò)計(jì)算信號(hào)在發(fā)射器和接收器之間傳播所需的時(shí)間來(lái)測(cè)量距離 - 以測(cè)量標(biāo)簽的位置，如以及環(huán)境中的其他對(duì)象。但這只提供了一個(gè)球場(chǎng)定位圖，而不是精確度。

利用運(yùn)動(dòng)

為了放大標(biāo)簽的位置，研究人員開(kāi)發(fā)了他們所謂的“時(shí)空超分辨率”算法。

該算法結(jié)合了所有回彈信號(hào)的位置估計(jì)，包括RFID信號(hào)，它使用飛行時(shí)間確定。使用一些概率計(jì)算，它將該組縮小到RFID標(biāo)簽的少數(shù)潛在位置。

隨著標(biāo)簽移動(dòng)，其信號(hào)角度稍微改變 - 這一變化也對(duì)應(yīng)于某個(gè)位置。然后，算法可以使用該角度變化來(lái)跟蹤標(biāo)簽移動(dòng)時(shí)的距離。通過(guò)不斷地將變化的距離測(cè)量與來(lái)自其他信號(hào)的所有其他距離測(cè)量進(jìn)行比較，它可以在三維空間中找到標(biāo)簽。這一切都發(fā)生在幾分之一秒內(nèi)。

“高層次的想法是，通過(guò)將這些測(cè)量值隨時(shí)間和空間相結(jié)合，您可以更好地重建標(biāo)簽的位置，”Adib說(shuō)。