Máy bay không người lái hỗ trợ nạn nhân vùng thảm họa

Một nhóm nhà nghiên cứu tại Viện Truyền thông, Xử lý Thông tin và Công thái học Fraunhofer FKIE hiện đang tìm cách thu hẹp khoảng cách trong việc cung cấp dịch vụ quản lý thảm họa bằng một công nghệ mới: Trong tương lai, máy bay không người lái được trang bị mảng micro xác định chính xác tiếng kêu cứu và  tín hiệu âm thanh khác từ nạn nhân từ trên không và cung cấp thông tin về vị trí của họ cho đội cứu hộ. Điều này làm tăng đáng kể cơ hội giải cứu nhanh chóng cho những nạn nhân không được camera phát hiện. Lũ lụt ở Libya, Hy Lạp và Slovenia; hỏa hoạn ở Hawaii và Tenerife, động đất ở Thổ Nhĩ Kỳ và Maroc - khi một khu vực bị thiên tai tấn công, mỗi phút đều có giá trị trong nỗ lực cứu nạn nhân.

Tuy nhiên, việc tìm kiếm những người sống sót là công việc phức tạp vì các tòa nhà và đường sá có thể bị hư hại và nhiều khu vực rộng lớn bị cô lập. Do đó, việc sử dụng máy bay không người lái được trang bị camera ánh sáng ban ngày và camera chụp ảnh nhiệt ngày càng trở nên phổ biến - chúng có thể nhanh chóng bay qua những khu vực rộng lớn có cơ sở hạ tầng bị tàn phá, xác định vị trí nạn nhân và tăng tốc độ phản ứng của các đội cứu hộ. Vấn đề là loại cảm biến hình ảnh này không thể nhìn thấy nạn nhân bị mắc kẹt dưới đống đổ nát và một số yếu tố như khói dày, sương mù hay bóng tối cũng hạn chế hiệu quả của camera. Đối với những tình huống như thế này, nhóm nhà nghiên cứu tại Fraunhofer FKIE nghiên cứu giải pháp cho phép thêm cảm biến âm thanh vào camera: LUCY - viết tắt của Hệ thống Nghe Sử dụng mảng tổ quạ - là một phần công nghệ được phát triển bởi nhà khoa học FKIE Macarena Varela hợp tác với các đồng nghiệp và trưởng nhóm nghiên cứu, Tiến sĩ Marc Oispuu, để cứu sống những người bị chôn vùi trong đống đổ nát hoặc bị mắc kẹt trong đám cháy.

Mảng micro nhận tín hiệu từ mọi hướng

LUCY là một dãy micro MEMS - được gọi là dãy tổ quạ - được gắn trên máy bay không người lái xác định hướng phát ra tiếng động như tiếng kêu cứu, tiếng vỗ tay hoặc tín hiệu gõ cửa. Micro MEMS nhỏ bé, chắc chắn có giá thành rẻ và được sử dụng trong ứng dụng điện thoại thông minh. Điều đặc biệt ở hệ thống này là dãy micro được gắn vào mặt dưới của UAV theo cấu hình hình học đặc biệt và có thể nhận biết âm thanh từ mọi hướng. Macarena Varela giải thích: “Điểm quan sát cao nhất trên UAV cho phép bạn nhìn thấy mọi hướng được gọi là tổ quạ. Điều tương tự cũng xảy ra với LUCY - hệ thống của chúng tôi nghe thấy mọi hướng mà hầu như không bị hạn chế”.

LUCY hoạt động theo cách tương tự như tai người, tiếp nhận thông tin âm thanh và truyền đến não để phân tích. Trong trường hợp hệ thống mảng, tai được thay thế bằng micro và bộ não được thay thế bằng bộ xử lý tín hiệu đo hướng phát ra tiếng ồn. LUCY hiện có 48 micro, cho phép xác định hướng của nguồn âm thanh với độ chính xác tuyệt vời. Tiến sĩ Oispuu cho biết: “Thính giác không gian rõ ràng hoạt động tốt hơn khi sử dụng 48 micro trở lên so với hai cảm biến âm thanh. Cả khả năng nghe mục tiêu theo một hướng cụ thể và khả năng bỏ qua một số âm thanh nhất định cũng được cải thiện”. Hơn nữa, hệ thống cảm nhận được những tần số mà tai người không thể ghi nhận được. Trong tương lai, số lượng micro sẽ được tăng lên 256 cảm biến có khả năng xử lý tín hiệu theo thời gian thực.

Tiếng ồn xung quanh gây mất tập trung được lọc ra

Hệ thống này ngăn chặn những tiếng ồn xung quanh gây mất tập trung như từ thiết bị cứu hộ - gió hoặc tiếng chim, cũng như từ các cánh quạt quay vùn vụt của chính máy bay không người lái. Trí tuệ nhân tạo (AI) và bộ lọc thích ứng được sử dụng để lọc tín hiệu, đồng thời hệ thống được dạy cách phát hiện những mẫu âm thanh như la hét, đập hoặc vỗ tay có thể được những người cần sử dụng nhằm thu hút sự chú ý. Để cho phép hệ thống thực hiện điều này, nó sử dụng cơ sở dữ liệu gồm chuỗi âm thanh hoặc chữ ký khác nhau mà AI được đào tạo trước. Kết hợp với kỹ thuật xử lý tín hiệu như định dạng chùm tia kết hợp, điều này giúp phát hiện và phân loại tiếng ồn cũng như xác định chính xác góc tới của chúng. Hơn nữa, một bộ xử lý nhỏ gọn đảm bảo rằng tín hiệu được xử lý rất nhanh.

Khi thảm họa xảy ra, dữ liệu vị trí nhận được được chuyển đến đội cứu hộ, những người sau đó sử dụng máy tính bảng xác định vị trí chính xác của nạn nhân. Nhờ khả năng mở rộng, mô-đun cảm biến và mảng micro  được sử dụng trên nhiều máy bay không người lái có bán trên thị trường. Vì cả công nghệ MEMS và máy bay không người lái đều tương đối rẻ nên nhiều máy bay không người lái có thể được sử dụng để điều tra khu vực thảm họa một cách hiệu quả.

Do trọng lượng thấp, những người ứng cứu khẩn cấp dễ dàng mang theo hệ thống LUCY bên mình để sử dụng trên mặt đất và gắn trên các phương tiện hoặc sử dụng làm thiết bị cố định. Nhóm nhà nghiên cứu của FKIE hiện đang nghiên cứu cải tiến hơn nữa cho hệ thống thử nghiệm.