Svizzera, droni ricercano dispersi nei boschi di montagna

Una ricerca dell’Università di Zurigo e dell’Istituto Dalle Molle di Studi sull’Intelligenza Artificiale ha condotto alla creazione di unità robotiche in grado di riconoscere i sentieri nei boschi 

Un gruppo di ricercatori dell’Università di Zurigo e dell’Istituto Dalle Molle di Studi sull’Intelligenza Artificiale (USI-SUPSI) ha insegnato a dei droni a riconoscere e seguire automaticamente sentieri nel bosco. La ricerca mira a sviluppare droni in grado di coadiuvare operazioni di ricerca e soccorso in aree boschive.

Ogni anno, in tutto il mondo centinaia di migliaia di persone si perdono e richiedono soccorso in aree alpine o boschive. Solo in svizzera, circa 1000 chiamate di emergenza all’anno provengono da escursionisti, la gran parte dei quali sono feriti o si sono persi. I droni possono rappresentare un aiuto efficace alle attività dei soccorritori umani: possono essere rilasciati in grande numero, sono economici e rapidi; questo minimizza il tempo di risposta e il rischi sia per i dispersi che per le squadre di soccorso.

Una collaborazione tra ricercatori svizzeri dell’Istituto Dalle Molle di Studi sull’Intelligenza Artificiale e dell’Universita’ di Zurigo ha portato allo sviluppo un software di Intelligenza Artificiale per insegnare a un piccolo quadricottero a riconoscere e seguire sentieri nel bosco senza bisogno di assistenza umana. E’ un risultato mai ottenuto prima nel campo della robotica, e potrebbe essere presto utilizzato per affiancare le tradizionali squadre di soccorso, permettendo di trovare i dispersi in tempi più rapidi.

Novitá: drone vola da solo su terreni impervi       

“Droni che volano ad alta quota vengono già utilizzati commercialmente, ma non sono ancora in grado di volare in modo automatico in ambienti complessi come può essere una foresta. In queste situazioni, ogni piccolo errore può portare a una collisione, e i robot hanno bisogno di un cervello molto potente in modo da poter interpretare l’ambiente che li circonda”, dice il Prof. Davide Scaramuzza dell’Universita’ di Zurigo.

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.  Invece di utilizzare sensori più sofisticati, costosi e pesanti, il drone usa dei potenti algoritmi di intelligenza artificiale per interpretare le immagini e riconoscere automaticamente i sentieri.  Se un sentiero è visibile, il software orienta il drone nella direzione corrispondente. “Interpretare un’immagine ripresa in ambiente complesso come una foresta e’ incredibilmente difficile per un computer; a volte, anche il cervello umano ha difficoltà a riconoscere un sentiero!”, dice il Dr. Alessandro Giusti dall’Istituto Dalle Molle sull’Intelligenza Artificiale.

Senza rischio d’errore grazie ad una rete neurale

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, e hanno acquisito più di ventimila immagini di sentieri usando telecamere montate su un casco. Lo sforzo ha dato i suoi frutti: quando i ricercatori hanno messo alla prova i loro algoritmi su immagini riprese da nuovi sentieri mai visti in precedenza, la rete neurale e’ stata in grado di trovare la direzione corretta nell’85 percento dei casi; nulla da invidiare a degli umani a cui è stato sottoposto lo stesso problema, che hanno scelto la risposta corretta solo l’82 percento delle volte.

Il Prof. Juergen Schmidhuber, Direttore Scientifico dell’Istituto Dalle Molle di Studi sull’Intelligenza Artificiale dice: “Il nostro laboratorio lavora sulle reti neurali profonde già dall’inizio degli anni ‘90. Sono entusiasta di ritrovare oggi i metodi sviluppati nel nostro istituto non solo in numerose applicazioni nella vita di tutti i giorni, come ad esempio il riconoscimento vocale nei nostri smartphone, ma anche in piccoli robot come questi droni. E’ indubbio che la robotica sara’ protagonista di un’esplosione di applicazioni delle reti neurali profonde nei prossimi anni”.

Il gruppo di ricerca precisa che sarà ancora necessario molto lavoro prima che una flotta di droni completamente autonoma sia in grado di passare al setaccio le foreste alla ricerca dei dispersi. Il prof. Luca Maria Gambardella, direttore dell’Istituto Dalle Molle di Studi sull’Intelligenza Artificiale, sottolinea: “Molti problemi tecnologici devono tuttora essere risolti prima che le applicazioni piu’ ambiziose possano diventare realta’. Ma questi piccoli robot volanti sono incredibilmente versatili, e il campo di ricerca sta avanzando a velocità mai vista. Un giorno, i robot lavoreranno fianco a fianco con i soccorritori umani, per rendere le nostre vite piu’ sicure: questo e’ un piccolo ma importante passo in questa direzione!”.

Il Prof. Scaramuzza dall’universita’ di Zurigo aggiunge: “Ora che i nostri droni hanno imparato a riconoscere e seguire i sentieri, il prossimo passo sarà insegnare loro come riconoscere le persone!”

Questa ricerca è stata sostenuta dal Fondo nazionale svizzero per la ricerca scientifica (FNS) attraverso il National Centre of Competence in Research (NCCR) Robotic (www.nccr- robotics.ch).