Mit einem neuen Chip und einem speziellen Algorithmus verhelfen Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) Kleinrobotern zu einer sicheren Navigation in komplexen Umgebungen. Die Kombi-Technik begnügt sich mit extrem wenig elektrischer Energie, sodass sie vor allem für mobile Klein- und Kleinstgeräte geeignet ist, etwa für Inspektionsroboter, die in Leitungssystemen mit geringem Querschnitt nach Lecks suchen, oder Augmented-Reality-Headsets.
Um Robotern selbstständiges Navigieren zu ermöglichen, wird üblicherweise mit hohem Rechen- und Speicheraufwand eine 3D-Karte der Umgebung erstellt. Diese besteht aus unzähligen Voxeln, winzigen würfelförmigen Recheneinheiten, analog zu den Pixeln in 2D-Bildern. "Mit unserem Chip lassen sich sehr grosse Karten auf sehr kleinem Raum speichern - und das auf äusserst energieeffiziente Weise", sagt MIT-Forscherin Vivienne Sze.
Anstatt die Umgebung mithilfe von Voxeln darzustellen nutzen die MIT-Forscher eine Technik, die die Hindernisse im Raum mithilfe von Ellipsoiden abbildet. Grösse, Form und Dicke dieser Ellipsoide lassen sich stufenlos anpassen, sodass sie sich der Form gekrümmter Objekte effizienter anpassen als starre, würfelförmige Voxel.
Diese Vorgangsweise der Wissenschaftler spart Rechenzeit, Speicherplatz und damit Strom. Das Gerät kommt mit einer Leistung von sechs Milliwatt aus, das ist etwa der Bedarf einer einzigen Leuchtdiode oder 2,5 Prozent des Bedarfs für die konventionelle Herstellung von 3D-Karten. Der Grund: Ein Ellipsoid kann wegen seiner flexiblen Form tausende Voxel ersetzen. Die Forscher nennen ihr System "Gleanmer".
"Echtzeit-3D-Kartierung war bisher das fehlende Puzzlestück für kleine autonome Systeme. Eine Drohne, die eine Pipeline inspiziert, oder eine AR-Brille, die sich in einem Raum orientiert - beide müssen den Raum um sich herum verstehen - sofort, kontinuierlich und nahezu ohne Energieaufwand. Gleanmer macht dies erstmals in einem Chip möglich, den man zwischen den Fingern halten kann", so MIT-Experte Sertac Karaman, der das System massgeblich mitentwickelt hat.
