科学家们致力于为机器人开发“超人”视觉系统
快速阅读: 据《英国广播公司》最新报道，宾夕法尼亚大学的赵明敏教授团队研发了一种利用无线电波的机器人视觉系统，可在烟雾、强雨等条件下“透视”。该系统通过旋转阵列发射无线电波，再由AI构建三维图像。尽管面临数据处理挑战，但因其成熟且低成本的技术特性，有望应用于未来搜索和救援任务。
图像来源，张思薇图注，宾夕法尼亚大学的赵明敏教授（右）一直致力于研究一种用于机器人的无线电视觉系统。克里斯·巴尼乌克科技记者发布于6分钟前
如果你想测试你的机器人是否能透过烟雾看到，嗯，你需要一些烟雾。但当一名宾夕法尼亚大学的学生开始设置一个深夜实验来测试这种机器人时，他大吃一惊。在打开烟雾机后不久，响起了刺耳的火警。“整栋楼都被触发了，”宾夕法尼亚大学的赵明敏笑着说。“我的学生打电话给我。他非常惊讶。”
这次事件对开发配备创新无线电传感系统的机器人团队来说是一个小挫折。无线电波能够让机器人或自动驾驶车辆穿过浓烟、强雨，甚至绕过拐角观察事物。这些波甚至可以检测隐藏的武器。但是，基于无线电波模拟视觉图像对于机器人和自动驾驶车辆来说是一种不寻常的方法。在这些领域中更为成熟的是常规光学相机、光探测和测距（激光雷达）以及其他传感器。然而，赵教授和他的学生们已经开发出了一种可能强大的方法，让机器人通过无线电波“看”世界。
当然，雷达已经使用了几十年来追踪飞机、船只和天气。但是赵教授的机器人上的旋转阵列会向所有方向发射无线电波。车载人工智能系统随后利用这些信息构建环境的三维图像。“我们一直试图做的是帮助机器人获得超人般的视力——在人类眼睛或传统视觉传感器无法看到的情况下也能看到，”赵教授解释说。他认为这项技术可以帮助未来的搜索和救援机器人从燃烧的大楼中救人。
随后的测试中，该机器人使用了一个装满烟雾的透明塑料盒，以避免触发附近的火警。图像来源，张思薇图注，无线电波结合人工智能为机器人创建三维图像。
虽然人类看不见它们，无线电波在某种意义上是光的一种形式，因为它们属于电磁波谱的一部分，其中包括X射线和伽马射线。只有很小一部分谱区被归类为可见光。作为光，无线电波可以反射在表面和材料上，尽管方式略有不同。赵教授和他的同事设计了他们的机器人，使其能够感知这些无线电波反射。关键因素在于无线电波比可见光波长更长，这意味着它们不会被微小的烟雾颗粒阻挡。赵教授表示，他还一直在研究如何使机器人能够看到拐角的部分区域。他建议将其想象成一面镜子大厅，只是针对无线电波而不是可见光。
“这确实是一项非常有趣且令人印象深刻的工作，”未参与该工作的德国罗斯托克大学弗里德曼·莱因哈德教授说。2017年，莱因哈德教授及其同事描述了Wi-Fi信号如何允许间谍窥探私人房间。一个小小的局限是，旋转阵列在定义上无法同时看到所有方向。莱因哈德教授说，系统需要进行大量的数据处理来清理由这个旋转设备产生的图像。然而，机器人发送的无线电波处于毫米波段（波长在1到10毫米之间）。这与5G安装中所用技术相同。“这非常有吸引力，这是一种非常成熟且便宜的技术，”莱因哈德教授说。“我当然希望看到一辆仅靠雷达行驶的自动驾驶汽车。”
图像来源，Wavsens图注，法比奥·达席尔瓦的公司正在研发一种基于无线电的成像系统
不过，美国Wavsens公司的创始人兼首席执行官法比奥·达席尔瓦表示，他们无需旋转无线电发射装置即可获取完整图像。“我们创造了一种算法，可以让你即时连续地感知整个空间，因此我们不需要旋转天线，”他说。他将该系统描述为类似蝙蝠使用的回声定位。它发出无线电波并“听”这些波返回的方式，从而揭示击中的物体的形状。
一些研究人员已经使用无线电波来检测隐藏的武器，如隐藏的手枪和刀具。无线电波甚至可以“指纹”房间的细节。然后，如果稍后再次扫描，这将显示房间内是否有任何物体被移动。去年，德国科学家提出各国可以使用这种方法来检查其他国家对其核武器库存的管理。这将是了解某人是否移动了弹头的一种方式。
图像来源，盖蒂图片社
图像来源，图注，无线电系统可能是自动驾驶汽车扫描仪的一个有用补充
此外，拉夫堡大学的卢安娜·奥利维埃里探索了使用另一种非可见的电磁辐射——太赫兹波。这些波比无线电波短，但比可见光波长。奥利维埃里博士说：“这种波长特别未被探索。”她补充说，使用这种辐射可以看到物体并通过分析材料。理论上，这样的系统甚至可以通过检测化学结构来识别特定药物。但是，虽然透过材料看到可以帮助救援机器人在未来某些灾难中找到被困的人，但它还有其他应用。警方和军队拥有基于无线电的技术，能够在一定程度上穿透门和墙。“战争肯定是它服务的一个市场。它可以用来找到并杀死某人，”达席尔瓦先生说。他表示，他已经向美国国防部和以色列国防军展示了Wavsens的技术。
然而，这些应用并不完全令人惊讶，莱因哈德教授指出，一系列新兴技术原则上使得更容易检测和攻击人员。“也许雷达听起来可怕——但无人机和廉价摄像头才是更危险的东西，”他说。
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