Группа инженеров использовала стандартное аппаратное и программное обеспечение для создания небольших летающих и наземных роботов, которые могут автоматически считывать пассивные ультравысокочастотные (UHF) сенсоры и устанавливать эти сенсоры на труднодоступные объекты.

Группа инженеров изучает, как заставить роботов с RFID автоматически измерять уровень влажности почвы, а также следить за физическим состоянием мостов и другой труднодоступной инфраструктурой. Эта группа разработала прототипную систему, состоящую из компонентов, имеющихся в продаже, включая пассивные ультравысокочастотные (UHF) RFID-сенсорные метки, роботов, программное обеспечение для управления с земли (ПОУЗ) на ноутбуке для планирования заданий роботов, направления им команд, получения и отображения данных, которые они собрали. В прошлом месяце группа опубликовала свои наработки в статье, озаглавленной: «Новое видение интеллектуальных объектов и Интернета вещей: мобильные роботы и RFID-сенсорные метки большого радиуса действия» (см. «A New Vision for Smart Objects and the Internet of Things: Mobile Robots and Long-Range UHF RFID Sensor Tags»). Ее авторами являются Трэвис Дейль и Дженнифер Ван (Google), Эрик Шлунц и Брайан Отис, адъюнкт-профессор Университета штата Вашингтон.

Исследователи начали работать с ранними прототипами еще в 2012 году, когда рассматривали эксперименты с технологиями «Интернета вещей» (IoT). «Мы поняли, что метки RFID с сенсорами в сочетании с роботами являются великолепным подходом к «Интернету вещей», - говорит Т. Дейль. Метки RFID хорошо зарекомендовали себя в применении для многих целей, потому что они исключительно дешевы, могут выступать в паре с почти любым сенсором и имеют реально неограниченный срок службы. «Но у них все еще есть ограничения по считыванию на расстоянии и для считывания метки необходимо, чтобы считыватель находился в непосредственной близи, - поясняет он. – Это идеально подходит мобильным роботам с RFID-считывателями; робот мог бы помочь размещать и считывать сенсорные метки в отдаленных, труднодостижимых местах».

БПЛА считывает данные с датчика влажности с RFID производства «Farsens», установленного на деревянной обрешетке здания.

Т. Дейль, Дж. Ван, Э. Шлунц, Б. Отис и несколько других инженеров, о которых Т. Дейль сообщил, что для них техника представляет собой хобби, особенно робототехника, RFID и компьютеры, потратили много своего свободного времени на создание БПЛА и беспроводных датчиков, запитанных от РЧ-сигналов окружающей среды. «Мы играли с этой идеей несколько лет, - говорит он. – Этот проект реально сложился в прошлом году, когда «3D Robotics» выпустила свой БПЛА «IRIS+», а «Farsens» - свои сенсорные метки. Готовые компоненты, имеющиеся в продаже, интегрировать было просто. Я думаю, у нас ушло несколько недель свободного времени, чтобы все запустить».

Как только был готов план, говорит Т. Дейль, всего несколько недель ушло на то, чтобы оснастить роботов и провести испытания, которые заняли всего несколько дней. Полигоном стало открытое, поросшее травой поле размером 40 на 40 метров, а зона полетов была свободна от препятствий выше 1,5 фута. Во время испытаний скорость ветра была менее 4 миль в час.

«Для более научной и рецензируемой публикации, наверное, нам надо было бы расширить эксперименты, - говорит Т. Дейль. – но нашей целью было только продемонстрировать доказательство концепции и передать это в более широком смысле: роботы и RFID-метки с сенсорами могут быть действительно хорошей комбинацией».

Инженеры-исследователи приобрели персональный БПЛА-квадрокоптер «3D Robotics IRIS», чтобы использовать в качестве беспилотного летательного аппарата (БЛА), а также радиоуправляемую модель тягача «Traxxas» компании «Stampede», чтобы использовать в качестве роботизированного транспортного средства (РТС). Группа установила модуль «Pixhawk Autopilot» с телеметрией GPS в качестве бортового контроллера, «ThingMagic M6e» RFID-считыватель, логопериодическую антенну с печатной схемой «Kent Electronics» (WA5VJB) и плату микроконтроллера «Arduino Mega» под БЛА и на РТС.

Для того чтобы измерить уровень влажности, группа использовала сенсорные метки «Hydro» производства испанской компании-разработчика RFID «Farsens» (см. «Farsens Unveils Battery-Free RFID Moisture-Sensing Tag»). «Hydro» снабжена UHF RFID-чипом «EPC Gen 2» и  дипольной антенной, подключенной к специализированной РЧ интегрированной схеме (RFIC), которая обеспечивает электропитание, и последовательным периферийным интерфейсом (ППИ) к парному сенсорному чипу. Метка соединена проводом с датчиком влажности, который может быть помещен в почву, чтобы измерить температуру окружающей среды и электрическое сопротивление. Метка передает информацию об измерениях влажности и 12-байтовый уникальный идентификатор на RFID-считыватель робота. Метки «Hydro» располагаются на вершинах деревянных штырей 0,4 метра высотой, воткнутых в землю, для того, чтобы увеличить диапазон считывания. Инженеры также применяли RFID-метки «Alien Technology» «EPC Gen 2 Omni-Squiggle», установленные на земле, которые служили для контроля идентичности информации.

В качестве наземной станции управления использовали ноутбук «Lenovo» «ThinkPad T430». Модифицированная прошивка «Pixhawk» была сконфигурирована для передачи идентификационных номеров меток и результатов измерений влажности почвы, а также стандартных данных телеметрии, таких как месторасположение по GPS, на наземную станцию управления на радиочастоте 433 МГц.

Группа установила сенсоры «Hydro» от «Farsens» на деревянные штыри,
  втрамбованные в грунт, и поместила сенсорные датчики в почву.

Исследователи запрограммировали «Pixhawk Autopilot» летательного аппарата на простые робототехнические операции, включая способность наводиться на конкретные координаты GPS, кружить вокруг координаты GPS, менять высоту, взлетать и садиться. Например, во время испытания дрон поднялся на высоту 3,5 метра и затем навелся на первую точку заданной траектории GPS (соответствующей местонахождению метки), и пролетел на скорости 150 сантиметров в секунду. Находясь над точкой траектории, он бы снижался со скоростью со скоростью 25 см в секунду в попытке найти метку. Дрон завис бы на 15 секунд и, если бы не нашел метку, начал бы кружится над точкой. Когда он успешно прочтет метку, то оставит эту точку и перейдет к следующей (если дрон не сможет связаться с меткой, облетев три четверти круга, он также оставит эту метку и продолжит с другой). Наземный робот был запрограммирован на выполнение подобного задания.

Инженеры докладывают, что их испытания успешно продемонстрировали, что прототипные RFID-роботы могут быть использованы для автоматического измерения уровня влажности почвы. Они также провели испытания роботов, которые продемонстрировали некоторые весьма интересные возможности будущего сенсорных меток, включая контроль качества воды и зерновых культур, а также инфраструктуры, что могло бы включать в себя измерения напряжения, деформации, уровня коррозии и износа труднодоступных мест зданий, мостов, линий электропередач и плотин. Например, группа оснастила БЛА стрелой с клеящейся сенсорной меткой на конце. Затем они использовали дрон для того, чтобы приклеить метку в труднодоступное место на стене кирпичного здания, и затем провели измерения. Однако, отмечают инженеры, ограничения на диапазон считывания меток, срок работы аккумуляторов и управление роботами могут ставить задачи с большой перспективой. Текущие расходы также представляют собой проблему.

«Стоимость RFID-считывателей определенно представляет проблему, - говорит Т. Дейль. – Да НИОКР с высокой стоимостью считыватель за $200-$500 не вопрос. Но для массового применения, даже для большинства любителей, текущие цены на считыватели – это повод отказаться от затеи. Вы сам дрон купите за меньшее. Если RFID действительно хочет конкурировать с другими технологиями IoT, то промышленности надо наитии способ предоставить считыватели по гораздо меньшей цене».

RFID-считыватель «ThingMagic M6e», RFID-антенна на печатной плате, модуль «Pixhawk Autopilot» 
и «Arduino Mega» установлены на имеющийся в продаже дрон IRIS «3D Robotics» (нарху) и моторизованный тягач «Traxxas» от «Stampede.

На сегодняшний день, говорит Т. Дейль, у исследователей нет планов продолжать проект. «Хотя будучи заядлыми любителями, я думаю, мы найдем, с чем еще поиграть», - добавляет он.