HoloRadar: Roboter „guckt“ um die Ecke mit Funkwellen und KI

Ein Ingenieursteam der University of Pennsylvania hat ein System entwickelt, das es Robotern ermöglicht, mittels Funkwellen und einer Künstlichen Intelligenz (KI) um die Ecke zu „schauen“. Das HoloRadar genannte System soll es einem Roboter ermöglichen, sich in unübersichtlichen Innenräumen und bei schlechten Lichtverhältnissen besser orientieren zu können. In Industrieumgebungen soll das etwa die Sicherheit erhöhen.

Das HoloRadar-System nutzt als Basis Funk mit langer Wellenlänge. Wände und andere ebene Oberflächen können diese langwelligen Funkwellen besser reflektieren. Die Oberflächen werden so quasi zu Spiegeln. Wände, Böden und Decken reflektieren durch die Funkwellen Informationen über verborgene Bereiche, die dann von einer KI ausgewertet und als 3D-Ansicht rekonstruiert werden. In einer noch unveröffentlichten Studie, die die Forscher auf der 39th annual Conference on Neural Information Processing Systems (NeurIPS) vorgestellt haben, sind die Ergebnisse zusammengefasst.

Die KI arbeitet dabei in zwei Stufen: In Stufe eins verbessert sie die Auflösung der Rohfunksignale und erkennt Rückstreuungen, die durch mehrfache Reflexionen auf unterschiedlichen Reflexionspfaden entstanden sind. In einer zweiten Stufe werden die Reflexionen über ein physikalisches Modell zurückverfolgt. Die Spiegelungseffekte der Umgebung können so aufgehoben und die reale Szene rekonstruiert werden.

„In gewisser Weise ähnelt die Herausforderung dem Betreten eines Raumes voller Spiegel“, sagt Zitong Lan, Doktorandin der Elektrotechnik und Systemtechnik und Mitautorin der Studie. „Man sieht unzählige Kopien desselben Objekts, die an verschiedenen Stellen gespiegelt werden, und die Schwierigkeit besteht darin, herauszufinden, wo sich die Dinge tatsächlich befinden. Unser System lernt, diesen Prozess physikalisch fundiert umzukehren.“

Um die Ecken „sehen“

Die Technik kann von Robotern dazu genutzt werden, um für sie optisch nicht sichtbare Bereiche „sehen“ zu können. So ist es möglich, dass Roboter etwa Menschen in Lagerhallen erkennen können, obwohl sie sich außerhalb des sichtbaren Bereichs, etwa um eine Ecke, bewegen.

Ähnliche Systeme gab es bereits, erläutern die Wissenschaftler. Sie nutzten allerdings meist sichtbares Licht. Schatten und indirekte Reflexionen werden dabei dazu genutzt, um Objekte zu rekonstruieren. Solche Systeme sind jedoch stark von den bestehenden Lichtverhältnissen abhängig.

Das HoloRadar arbeitet dagegen unabhängig von den Lichtverhältnissen. „Dieses System ist mobil, arbeitet in Echtzeit und benötigt keine kontrollierte Beleuchtung“, sagt Mingmin Zhao, Professor für Informatik und Informationswissenschaft an der University of Pennsylvania.

Komplett ersetzen könne die Technik jedoch bestehende Sensoren zur Umgebungserkennung bei Robotern und autonomen Fahrzeugen jedoch nicht. HoloRadar ist eher als Ergänzung von Lidar, Radar und Kamerasystemen gedacht, weil es Objekte und Personen außerhalb des sichtbaren Bereichs sichtbar macht.

(olb)