.png)
ניווט ומיפוי סימולטני SLAM
טכנולוגיית SLAM מאפשרת למכשיר אוטונומי לבנות מפה של סביבה לא מוכרת ובמקביל לעקוב אחר המיקום שלו בתוכה. דמיינו כניסה למבוך חשוך עם פנס. ככל שמתקדמים מגלים אזורים חדשים ומשתמשים בנקודות ציון שראיתם קודם כדי להבין איפה אתם נמצאים ביחס לכניסה. מערכות אלו פותרות את האתגר הזה עבור מכונות.
טכנולוגיה זו משמשת עמוד תווך בעולם הרובוטיקה והמערכות האוטונומיות ומשתלבת במגוון רחב של תחומים. בתעשייה רואים רובוטים במחסנים לוגיסטיים שמנווטים ומעבירים סחורות באופן עצמאי. רכבים אוטונומיים משתמשים בטכנולוגיה כדי להבין את נתיב הנסיעה לזהות מכשולים ולנווט בדיוק גבוה גם כשאין קליטת GPS במקומות כמו מנהרות. רחפנים ומערכות מוטסות ממפים שטחים פתוחים מבנים ואזורי אסון שבהם גישה אנושית מסוכנת או בלתי אפשרית. ברפואה רופאים משלבים את המערכות כדי לנווט מיקרו רובוטים או מכשור רפואי זעיר בתוך גוף האדם במהלך ניתוחים מורכבים.
אנשים רבים משתמשים בטכנולוגיה מדי יום מבלי לדעת זאת. דורות מתקדמים של שואבי אבק רובוטיים משתמשים בטכנולוגיה שמסתמכת לרוב על לייזר או מצלמה. כשאנשים מפעילים אותם בפעם הראשונה הם יוצרים מפה מדויקת של הדירה וכך יודעים איפה ניקו קודם מאיזה מכשולים כדאי להימנע ואיך לחזור לתחנת העגינה בדרך הקצרה ביותר. משקפי מציאות מדומה ואפליקציות מציאות רבודה בטלפון הנייד נעזרים בטכנולוגיית Visual SLAM כדי לזהות את הרצפה הקירות והרהיטים בחדר. כך המערכות שותלות עצמים וירטואליים שנשארים יציבים במקומם גם כשהמשתמשים זזים. אפליקציות שמאפשרות למדוד חדרים או לבחון שילוב רהיטים בסלון מפעילות את חיישני הדימות ומצלמות הטלפון כדי למפות את החדר בזמן אמת.
מערכות אלו פועלות על בסיס גישות מתמטיות ואלגוריתמיות שונות כדי לחשב את המיקום ולבנות את המפה. אלגוריתם EKF SLAM מציע יישום מתמטי פשוט יחסית שפועל ביעילות רבה בסביבות קטנות עם מעט נקודות ציון אך הוא דורש כוח מחשוב מעריכי ככל שהמפה גדלה ומתקשה להתמודד עם סביבות דינמיות. לעומתו FastSLAM מתמודד היטב עם בעיות אי ליניאריות מורכבות ופועל ביעילות רבה יותר במפות גדולות. למרות זאת הוא עלול לסבול מהתנוונות חלקיקים לאורך זמן ועדיין מציג מגבלות ברמת הפירוט של מפות ענק. גישת Graph based SLAM מספקת דיוק גבוה ומתאימה למפות ענק מכיוון שהיא מייצגת את המיקומים והמפה כגרף אילוצים וגם מקלה על מתכנתים לתקן טעויות לאחור. חסרונות הגישה בולטים במורכבות החישוב בזמן אמת ובדרישה לאופטימיזציה מתמטית כבדה ומשאבי זיכרון רבים. אלגוריתמים כמו ORB SLAM מנצלים מצלמות זולות ונגישות כדי להפיק מידע עשיר ותלת ממדי מהסביבה אך הם רגישים מאוד לשינויי תאורה או תנועות מהירות ופתאומיות וצורכים כוח עיבוד גרפי רב.
על אף עוצמתה הטכנולוגיה אינה הפתרון היחיד לניווט וישנם מצבים שבהם מהנדסים בוחרים טכנולוגיות חלופיות או משלימות. ניווט לווייני כמו GPS מציע פתרון גלובלי ופשוט לשימוש שאינו צובר שגיאות לאורך זמן. מפתחים משלבים אותו לניווט בשטחים פתוחים שבהם אין צורך במיפוי פנימי מכיוון שהאות אינו חודר לתוך מבנים או מנהרות והדיוק נותר מוגבל ללא מערכות תיקון יקרות. ניווט אינרציאלי מחשב מיקום על בסיס נקודת מוצא מהירות וכיוון בעזרת חיישני גירסקופ ומד-אוץ. המערכת עובדת בכל מקום ומספקת קצב עדכון מהיר במיוחד אך מהנדסים מפעילים אותה בעיקר כגיבוי לזמן קצר מאוד כשמערכות אחרות מאבדות קשר זמני עם הסביבה מכיוון שהשגיאות מצטברות במהירות רבה ללא תיקון חיצוני. ניווט מבוסס תשתית מסתמך על רשת משדרים שמתקינים מראש במבנה ומספק דיוק גבוה מאוד בתוך חללים סגורים עם דרישת מחשוב מינימלית מהמכשיר. פתרון זה מתאים למחסנים קבועים או בתי חולים שבהם ארגונים משקיעים בתשתית פיזית עבור צי רובוטים גדול למרות עלות ההתקנה והתחזוקה הגבוהה וההגבלה לאזור המרושת בלבד.
טכנולוגיית SLAM מובילה את עולם האוטונומיה והרובוטיקה ופותרת בעיה מורכבת של פעולת מכונה בסביבה לא מוכרת ללא מפה מראש וללא עזרת תשתית חיצונית. המערכת פועלת במקומות רבים סביבנו כמו בשואבי אבק רובוטיים במשקפי מציאות רבודה שמקרינים אלמנטים וירטואליים בחלל וברכבים אוטונומיים שנוסעים בכבישים. על אף האתגרים החישוביים והרגישות לשגיאות הצטברות שילוב של אלגוריתמים מתקדמים וחיישנים זולים מבטיח שהפיתוח ימשיך לעצב את עתיד הממשק בין מכונות לעולם הפיזי סביבנו.
איך זה קשור אלינו במתמטיקאי מחקר ופיתוח בע"מ? התמצאות במרחב באופן אוטונומי היא מיומנות רובוטית חשובה. אנחנו מקימים בימים האלה ארגון שנותן מענה הוליסטי מבוסס רחפנים מאיסוף הנתונים השיטתי ועד לתובנות ולפתרונות ולתוצרים עבור לקוחות מענפי התכנון, הבנייה, האכיפה, החקלאות והתשתיות.
אם אתם זקוקים לשותף טכנולוגי עתיר ניסיון שיודע לספק שירותי מחקר ופיתוח Hands-on, מארגוני אנטרפרייז ועד סטארט-אפים, ממשרדי תכנון ועד למפעלי אנרגיה, על מנת להוציא חזון אלגוריתמי שלכם מהכוח אל הפועל? הבה נדבר!
כמובן, אנחנו כתמיד ממשיכים לספק שירותי מחקר אלגוריתמי יישומי ונותנים פתרונות ב-"קימונו פתוח" ומקדמים עצמאות הלקוחות שלנו ואי-תלות בנו.
שלמה יונה,
מייסד ומדען ראשי,
מתמטיקאי מחקר ופיתוח בע"מ
053-7326360
פודקאסט על החברה ועליי, שלמה יונה, ואופן העבודה שלנו ואיתנו:
Comments