Progetto Roboat del MIT le barche automatiche a guida autonoma

Le barche autonome stampate in 3D possono ridurre il traffico e autoassemblarsi in altre strutture.

 

Le auto autonome stanno diventando una realtà, poiché i veicoli a guida autonoma iniziano finalmente a lasciare il palcoscenico e ad arrivare sulle strade . Avrebbe senso, quindi, che anche le imbarcazioni a guida autonoma non siano molto lontane, specialmente in città come Venezia, Bangkok e Amsterdam, dove si verificano ingenti viaggi lungo le vie d’acqua all’interno delle città. Immagina barche a guida autonoma che trasportano persone in giro per la città e che trasportano merci, riducendo la quantità di traffico sulle strade e offrendo alle persone un nuovo modo di muoversi e di vedere.

Le imbarcazioni progettate dal  Laboratorio di Informatica e Artificial Intelligence del MIT (CSAIL) e dal Senseable City Lab nel Dipartimento di Studi e Pianificazione Urbana (DUSP) possono essere stampate in modo semplice e veloce in 3D. Sono stati prototipati come parte del progetto Roboat, che è una collaborazione tra il Senseable City Lab e l’ Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions (AMS) . Nel 2016, i ricercatori hanno testato un prototipo nei canali di Amsterdam. L’imbarcazione rettangolare si spostava in avanti, indietro e lateralmente lungo un percorso pre-programmato.

I ricercatori ritengono inoltre che le barche possano essere utilizzate in futuro per eseguire il servizio cittadino durante la notte anziché durante il giorno, riducendo la congestione su strade e canali.

“Immagina di spostare alcuni dei servizi di infrastruttura che di solito si svolgono durante il giorno sulla strada – consegne, gestione dei rifiuti, gestione dei rifiuti – nel cuore della notte, sull’acqua, utilizzando una flotta di imbarcazioni autonome”, ha detto la regista CSAIL Daniela Rus . “Ancora una volta, alcune delle attività che di solito si svolgono a terra e che causano disturbo nel modo in cui la città si muove, possono essere fatte temporaneamente sull’acqua”.

Le barche, che sono scafi rettangolari di 4 × 2 metri equipaggiati con sensori, microcontrollori, moduli GPS e altro hardware, potrebbero anche essere programmati per autoassemblarsi in ponti galleggianti, palchi per concerti, piattaforme per mercati alimentari e altre strutture in pochi minuti . Inoltre, potrebbero essere dotati di sensori ambientali per monitorare la qualità dell’acqua.

Gli aggiornamenti del progetto Roboat sono stati pubblicati in un documento che sarà presentato alla conferenza internazionale IEEE su Robotica e automazione di questa settimana. Gli autori della carta includono Rus; Wei Wang, un postdoc congiunto in CSAIL e Senseable City Lab; Luis A. Mateos e Shinkyu Park, entrambi postdocs DUSP; Pietro Leoni, ricercatore, e Fábio Duarte, ricercatore scientifico, sia in DUSP che in Senseable City Lab; Banti Gheneti, studente laureato nel Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica; e Carlo Ratti, un investigatore principale e professore della pratica nel DUSP e direttore del MIT Senseable City Lab.

Il documento descrive diversi nuovi sviluppi del progetto, tra cui una tecnica di fabbricazione rapida, un design più efficiente e agile e algoritmi avanzati di tracciamento della traiettoria che migliorano il controllo, l’aggancio e il latch di precisione e altre attività.

La barca è stata stampata in 3D in 16 pezzi, che ha richiesto circa 60 ore, quindi fusa insieme e sigillata con diversi strati di fibra di vetro. Ha una forma rettangolare che consente di spostarsi lateralmente e di attaccarsi ad altre barche durante il montaggio delle strutture. Quattro propulsori sono posizionati al centro di ciascun lato anziché agli angoli, generando entrambe le forze in avanti e indietro.

I ricercatori hanno anche generato un efficiente algoritmo di controllo predittivo del modello non lineare (NMPC) che consente alla barca di tracciare la propria posizione in modo più rapido e preciso. Per dimostrare l’efficacia dell’algoritmo, i ricercatori hanno inviato un prototipo più piccolo della barca lungo percorsi pre-programmati in una piscina e nel fiume Charles. Oltre 10 test eseguiti, hanno rilevato errori di localizzazione medi in posizionamento e orientamento inferiori agli errori di tracciamento degli algoritmi di controllo tradizionali.

La precisione è dovuta in parte ai moduli GPS e IMU di bordo, che determinano rispettivamente la posizione e la direzione, fino al centimetro. L’algoritmo NMPC prende i dati da questi moduli e pesa varie metriche per guidare la barca. L’algoritmo è implementato in un controller e regola ciascun propulsore singolarmente, aggiornando ogni 0,2 secondi.

“Il controller considera la dinamica dell’imbarcazione, lo stato attuale dell’imbarcazione, i vincoli di spinta e la posizione di riferimento per i prossimi diversi secondi, per ottimizzare il modo in cui l’imbarcazione guida sul percorso”, ha affermato Wang. “Possiamo quindi trovare la forza ottimale per i propulsori che possono riportare la barca sul percorso e minimizzare gli errori.”
Il passo successivo è lo sviluppo di controllori adattivi per tenere conto delle variazioni di massa e resistenza della barca durante il trasporto di persone e merci. I ricercatori stanno anche regolando il controller per tenere conto di onde e correnti più forti.

“In realtà abbiamo scoperto che il fiume Charles è molto più attuale che nei canali di Amsterdam”, ha detto Wang. “Ma ci saranno un sacco di barche in movimento, e le grandi barche porteranno grandi correnti, quindi dobbiamo ancora considerarlo.”

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