Navigazione autonoma di droni nel bosco
Un progetto che mira a sviluppare un piccolo quadricottero in grado di seguire autonomamente un sentiero nel bosco volando ad altezza d'uomo per coadiuvare operazioni di ricera e soccorso di escursionisti.

Il problema

Ogni anno in tutto il mondo centinaia di migliaia di persone si perdono in aree alpine o boschive e hanno bisogno di operazioni di soccorso. Solo in Svizzera, circa 1000 chiamate di emergenza all’anno provengono da escursionisti che si sono smarriti o si trovano in difficoltà. I droni possono aiutare in modo efficace i soccorritori: sono economici, rapidi e possono essere dispiegati in gran numero con poco preavviso; questo minimizza il tempo di risposta e i rischi sia per i dispersi che per le squadre di soccorso.

Sin dall’inizio ci siamo posti un problema chiaro e ambizioso: sviluppare un piccolo quadricottero in grado di seguire autonomamente un sentiero nel bosco, volando ad altezza d’uomo. Dal punto di vista scientifico si tratta di un problema rilevante ed estremamente difficile poiché i robot moderni hanno capacità sovraumane da molti punti di vista (agilità, forza, potenza di calcolo), ma sono ancora molto limitati nelle capacità di percepire e comprendere l’ambiente che li circonda, e questo è un ostacolo enorme per molte potenziali applicazioni future.

Il progetto

Una collaborazione tra ricercatori svizzeri, dell’Istituto Dalle Molle di studi sull’intelligenza artificiale (IDSIA, USI-SUPSI) e dell’Università di Zurigo (UZH), ha portato allo sviluppo di un software di Intelligenza Artificiale in grado di insegnare a un piccolo quadricottero a riconoscere e seguire sentieri nel bosco senza bisogno di assistenza umana. Questo è un risultato mai ottenuto prima nel campo della robotica, e che potrebbe essere presto utilizzato per affiancare le tradizionali squadre di soccorso permettendo di trovare i dispersi in tempi più rapidi.

Il drone sviluppato dai ricercatori svizzeri osserva l’ambiente attraverso una coppia di piccole telecamere simili a quelle presenti negli smartphone che utilizziamo tutti i giorni, ed interpreta le immagini riconoscendo automaticamente i sentieri per mezzo di potenti algoritmi di Intelligenza Artificiale.

Il risultato

Interpretare un’immagine ripresa in un ambiente complesso come una foresta è incredibilmente difficile per un computer; a volte anche il cervello umano ha difficoltà a riconoscere un sentiero. Il gruppo di ricercatori ha risolto il problema con una rete neurale profonda, ovvero un algoritmo informatico che impara autonomamente a risolvere problemi complessi utilizzando una serie di esempi di addestramento, secondo un meccanismo analogo a quello con cui un cervello impara dall’esperienza.

Per raccogliere dati sufficienti ad “addestrare” i loro algoritmi, i ricercatori hanno camminato per ore lungo diversi percorsi escursionistici sulle alpi svizzere, acquisendo, grazie a telecamere montate sui caschi, oltre 20000 immagini di sentieri. Lo sforzo ha dato i suoi frutti: quando i ricercatori hanno messo alla prova i loro algoritmi su immagini riprese su nuovi sentieri mai visti in precedenza, la rete neurale è stata in grado di trovare la direzione corretta nell’85% dei casi; le persone a cui è stato sottoposto lo stesso problema hanno scelto la risposta corretta solo nell’82% dei casi.
 

st.wwwsupsi@supsi.ch