8 ключевых применений компьютерного зрения в робототехнике
Введение
Вспомните Atlas? Акробатического гуманоидного робота от Boston Dynamics, который может выполнять сальто, перевороты и паркур с человеческой точностью. Это ведущий пример современной робототехники, основанной на инновациях в области компьютерного зрения (CV). Он отличается атлетическим интеллектом, восприятием в реальном времени и предиктивным управлением движением.
Сегодня организации осознают значительные преимущества развертывания интеллектуальных роботов. Их способность понимать окружающую среду и адаптироваться к любой ситуации делает их чрезвычайно полезными для трудоемких и повторяющихся задач, таких как:
- Промышленный контроль для обнаружения аномалий
- Дистанционное исследование критических ситуаций, таких как химическая или биологическая опасность
- Планирование площадки и техническое обслуживание
- Автоматизация складских помещений
Эта статья исследует применение компьютерного зрения в области робототехники.
Ключевые применения компьютерного зрения в робототехнике
1. Автономная навигация и картографирование
Компьютерное зрение играет ключевую роль в том, чтобы позволить роботам автономно перемещаться в сложных условиях. Оснащая роботов способностью визуально воспринимать и понимать свое окружение, они могут принимать обоснованные решения и эффективно маневрировать в сложных сценариях.
Ключевые примеры использования:
- Автономные транспортные средства и дроны: Беспилотные автомобили (такие как Waymo) обрабатывают данные в реальном времени с камер, лидаров и радарных датчиков для обнаружения разметки полос, пешеходов и других транспортных средств, обеспечивая безопасную навигацию по дорогам. Роботы-доставщики, такие как Starship, используют компьютерное зрение для навигации по тротуарам и автономной доставки посылок к дверям клиентов. Дроны, такие как от DJI, используют CV для избегания препятствий, отслеживания объектов и точного аэрофотосъемки.
- Решения для промышленной автоматизации: В автоматизации складов, например, роботы Amazon Kiva, управляемые компьютерным зрением, выполняют операции "возьми и помести", эффективно находя, собирая и транспортируя предметы. Горнодобывающее и строительное оборудование, как демонстрирует Komatsu, использует компьютерное зрение для повышения безопасности и производительности, обеспечивая автономность экскаваторов, бульдозеров и компактных гусеничных погрузчиков.
2. Обнаружение и распознавание объектов
Распознавание объектов классифицирует и идентифицирует объекты на основе визуальной информации без указания их местоположения, в то время как обнаружение объектов не только идентифицирует объекты, но также предоставляет их местоположение с помощью ограничивающих рамок и названий объектов.
Ключевые приложения:
- Управление запасами: Мобильная робототехника, такая как RB-THERON, обеспечивает эффективный отслеживание запасов на складах, используя обнаружение объектов для автономного обновления записей, мониторинга уровней запасов и обнаружения повреждений продукции.
- Медицинские услуги: Стартап Akara разработал прототип автономного мобильного робота для дезинфекции больничных палат и оборудования, способствуя контролю вирусов.
- Домашняя автоматизация и система безопасности: Системы домашней безопасности Ring, такие как Ring Doorbells, используют передовые технологии компьютерного зрения для обеспечения обратной связи с камерой в реальном времени. Робот Astro представляет собой слияние ИИ, робототехники и компьютерного зрения для взаимодействия и мониторинга дома.
3. Распознавание жестов и позы человека
Распознавание жестов позволяет компьютерам реагировать на невербальные сигналы, включая физические движения и голосовые команды, в то время как отслеживание позы человека включает в себя обнаружение и отслеживание ключевых точек.
Недавно естественные методы взаимодействия человека с компьютером, такие как распознавание лиц, анализ движений и понимание жестов, вызвали значительный интерес во многих отраслях промышленности. Например:
- Здравоохранение и реабилитация: Гуманоид Pepper от Softbank Robotics распознает лица и эмоции, помогая тем, у кого ограниченные навыки общения. Социально-ассистирующие роботы (SAR) предлагают словесную поддержку и уход для людей с деменцией.
- Розничная торговля и обслуживание клиентов: Роботы для розничной торговли, такие как LoweBot, оснащенные распознаванием жестов, могут помогать клиентам находить товары в магазине.
- Игры и развлечения: Устройство Microsoft Kinect, считывающее движения, произвело революцию в играх, позволяя игрокам управлять играми с помощью движений тела.
4. Распознавание лиц и эмоций
Распознавание лиц и эмоций (ER) дает роботам способность выводить и интерпретировать человеческие эмоции, улучшая их взаимодействие с людьми.
Ключевые приложения распознавания эмоций включают:
- Общение и психическое здоровье: Социальные роботы, такие как ElliQ, вовлечены в тысячи взаимодействий с пользователями, причем значительная часть сосредоточена на общении.
- Цифровое образование: Инструменты распознавания эмоций могут отслеживать эмоциональное благополучие студентов. Это может помочь выявить эмоциональные проблемы, такие как разочарование или тревога, позволяя своевременно вмешаться и оказать поддержку.
- Наблюдение и допрос: Распознавание эмоций при наблюдении идентифицирует подозрительное поведение, оценивая выражения лица и язык тела. На допросах это помогает понять эмоциональное состояние субъекта.
5. Дополненная и виртуальная реальность
Дополненная реальность (AR) добавляет цифровой контент (цифровые изображения, видео и 3D-модели) в реальный мир с помощью смартфонов, планшетов или очков AR. Между тем виртуальная реальность (VR) погружает пользователей в созданные компьютером среды через гарнитуры, заменяя реальный мир.
Растущее внедрение AR и VR прокладывает свой путь во многие отрасли. Например:
- Образование и обучение: Студенты используют AR/VR приложения для интерактивного обучения дома. Например, Google Arts & Culture расширяет обучение за пределы классных комнат с помощью контента AR/VR для школ.
- Музыка и живые мероприятия: Виртуальные музыкальные впечатления значительно выросли, с компаниями, предлагающими виртуальные концерты и живые выступления, способствуя виртуальным связям между артистами и любителями музыки.
- Производство: Как часть Индустрии 4.0, AR-технология преобразовала производственные процессы. Например, DHL использовала AR-умные очки для "визуального подбора" в Нидерландах, оптимизируя размещение посылок на тележках и улучшая подбор заказов.
6. Сельскохозяйственная робототехника
ООН прогнозирует, что к 2050 году население мира увеличится, что приведет к росту спроса на продукты питания и создаст давление на фермеров. Поскольку урбанизация растет, возникает растущая обеспокоенность по поводу того, кто возьмет на себя ответственность за будущее земледелие.
Сельскохозяйственные роботы повышают урожайность для фермеров с помощью различных технологий, включая дроны, самоходные тракторы и роботизированные манипуляторы. К заметным приложениям относятся:
- Сельскохозяйственные дроны: Современные дроны с ИИ расширили свои роли в сельском хозяйстве, теперь они используются для 3D-визуализации, картографирования, а также мониторинга урожая и скота.
- Автономные тракторы: Трактор, используемый круглый год, является основным кандидатом для автономной работы. Автономные тракторы, такие как YANMAR, могут предоставить столь востребованное решение для отрасли.
- Управление орошением: Точное орошение с роботами и калибраторами минимизирует отходы, нацеливаясь на отдельные растения.
- Автономная сортировка и упаковка: В сельском хозяйстве сортировка и упаковка являются трудоемкими задачами. Многие фермы используют роботов для сортировки и упаковки. Эти роботы, оснащенные технологией координации и отслеживания линии, значительно ускоряют процесс упаковки.
7. Космическая робототехника
Космические роботы работают в сложных космических условиях для поддержки различных космических миссий, включая обслуживание спутников, исследование планет и техническое обслуживание космических станций. Ключевые приложения включают:
- Планетарные исследования: Самоходные разведывательные аппараты сделали значительные открытия во время исследования поверхности Марса. Например, марсоход NASA Spirit и его близнец Opportunity исследовали историю климата и воды в различных местах на Марсе.
- Ремонт и обслуживание спутников: Для обеспечения долговечности и оптимальной производительности спутника операции по ремонту и обслуживанию спутников необходимы, и они могут быть выполнены с использованием космической робототехники.
- Очистка космического мусора: Космический мусор, будь то естественные метеориты или созданные человеком артефакты, представляет потенциальную опасность для космических кораблей и астронавтов во время миссий.
8. Военная робототехника
Военная робототехника играет решающую роль в современной обороне и ведении войны. Такие страны, как Израиль, США и Китай, активно инвестируют в ИИ и военную робототехнику. Эти технологии повышают эффективность, снижают риски для солдат и позволяют выполнять миссии в сложных условиях. Ключевые приложения включают:
- Беспилотные летательные аппараты (БПЛА): БПЛА, широко известные как дроны, широко используются для разведки, наблюдения и распознавания целей. Они предоставляют возможности разведки, наблюдения и рекогносцировки (ISR) в реальном времени.
- Наблюдение: Роботизированные системы наблюдения, включающие наземные и воздушные платформы, обеспечивают постоянный мониторинг границ, критической инфраструктуры и зон боевых действий.
Выводы
Интеграция компьютерного зрения в робототехнику продолжает трансформировать множество отраслей, от логистики и здравоохранения до сельского хозяйства и освоения космоса. Способность машин "видеть", интерпретировать и реагировать на визуальную информацию в реальном времени открывает новые границы автоматизации, эффективности и безопасности. Будущее робототехники неразрывно связано с развитием алгоритмов компьютерного зрения и глубокого обучения, что обещает появление еще более автономных, адаптивных и интеллектуальных систем.