การทำให้โดรนและหุ่นยนต์เคลื่อนไหวได้ โดยไม่ต้องพึ่งพาการควบคุม จากมนุษย์ สิ่งที่จำเป็นต้องมีคือ ความสามารถในการเข้าใจ และ การตอบสนองต่อ สภาพแวดล้อมทางกายภาพ ลักษณะที่สำคัญนี้ เรียกว่า การหลีกเลี่ยงการชน (Collision Avoidance) โดยเปลี่ยนจากเครื่องมือที่ควบคุมระยะไกลเป็นการ ทำงานด้วยตนเองอย่างอัตโนมัติ โดยเซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้ (Proximity Sensor) รากฐานทางเทคโนโลยีที่สำคัญต่อคุณสมบัติเฉพาะนี้ นอกจากนี้ เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้ยังเป็นอุปกรณ์เสมือนประสาทสัมผัส ทำหน้าที่ รวบรวมข้อมูลเชิงพื้นที่ เพื่อสร้างแผนที่แบบไดนามิกจากสภาพแวดล้อมโดยรอบ และตอบสนองต่อการรับรู้ แบบเรียลไทม์ให้เหมาะสมกับการนำทางอย่าง ปลอดภัยยิ่งขึ้น ไม่ว่าจะเป็นการ ติดตามเส้นทางที่วางแผนไว้ล่วงหน้า หรือ การสำรวจพื้นที่ที่ไม่รู้จัก

หลักการและรูปแบบเซ็นเซอร์หลากหลายชนิด

ไม่มีเซ็นเซอร์ชนิดไหน หรือ ประเภทใดที่สามารถใช้ได้อย่างสมบูรณ์แบบ ทุกสถานการณ์ ระบบที่แข็งแกร่งทนทานและมีคุณภาพจึงเกิดจากการรวบรวม เซ็นเซอร์เข้าไว้ด้วยกัน ผ่านการผสมผสานเทคโนโลยี รูปแบบการทำงาน บนหลักการทางกายภาพที่มีความแตกต่าง ประกอบกับคุณสมบัติเฉพาะตัว ผนวกเข้าไว้ด้วยกันในระบบนั้นๆ

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก (Ultrasonic Sensors): การตรวจจับระยะใกล้ ราคาประหยัด

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกทำงานโดยการปล่อยคลื่นเสียงความถี่สูงและวัดค่าเมื่อมีเสียงสะท้อนกลับ เซ็นเซอร์นี้คุ้มค่าและมีประสิทธิภาพในการตรวจจับวัตถุระยะใกล้ โดยทั่วไปสามารถทำงานได้ไกลสุดหลายเมตร โดยไม่คำนึงถึงแสง หรือสี อย่างไรก็ตาม ลักษณะคลื่นรูปกรวยของเซ็นเซอร์มีขนาดค่อนข้างกว้าง ความละเอียดเชิงมุมต่ำ และอาจถูกรบกวนจากวัสดุอ่อนที่มีคุณสมบัติดูดซับเสียง หรือ ในอากาศที่มีการผันผวน (ซึ่งมักพบใกล้ใบพัดของโดรน) เซ็นเซอร์เหล่านี้มักใช้ ตรวจจับระยะใกล้พื้นดินที่เป็นลักษณะพื้นฐานของโดรน หรือ หลีกเลี่ยงวัตถุระยะใกล้ ในหุ่นยนต์ เป็นต้น

เซ็นเซอร์ออปติคัลและเซ็นเซอร์วัดระยะ: แสง และ LiDAR

เซ็นเซอร์ที่ใช้แสงวัดระยะทาง เซ็นเซอร์แสงนี้เป็นแบบเดียวกับใน Intel RealSense จะแผ่คลื่นรูปแบบอินฟราเรดลงบนฉาก จากนั้นจะวิเคราะห์ความ บิดเบี้ยวของรูปแบบสัญญาณเพื่อคำนวณความลึก ในทางกลับกันเซ็นเซอร์ตรวจจับ แสงและวัดระยะ (LiDAR) จะปล่อยพัลส์เลเซอร์อย่างรวดเร็ว และวัดระยะเวลา การเดินทางเพื่อสร้างกลุ่มจุด 3 มิติที่มีความละเอียดสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง LiDAR โซลิดสเตตให้ระยะและความแม่นยำสูง จึงเป็นเครื่องมือมาตรฐานสำหรับทำแผนที่ สภาพแวดล้อมอย่างละเอียด อย่างไรก็ตาม LiDAR มีราคาแพง ใช้พลังงานมาก และอาจมีปัญหาการใช้งานในพื้นผิวที่มีการสะท้อนแสงหรือดูดซับแสงสูง

ระบบที่ใช้ภาพ: กล้องและภาพสามมิติ

กล้องโมโนคูลาร์ หรือ กล้องสามมิติแบบพาสซีฟให้ข้อมูลเชิงบริบทที่สมบูรณ์ นอกจากใช้วัดระยะทางแล้ว ยังสามารถจำแนกวัตถุด้วยระบบภาพสามมิติ ใช้กล้อง สองตัวเพื่อวัดความลึกแบบสามเหลี่ยม ซึ่งคล้ายกับสายตามนุษย์ ข้อได้เปรียบ หลักคือ เก็บข้อมูลจำนวนมากได้ดีเช่น การแยกแยะระหว่างบุคคลกับ ต้นไม้ ความท้าทายในการใช้งานคือ การประมวลผลเชิงคำนวณที่จำเป็นสำหรับ การประมาณความลึกแบบเรียลไทม์ และความเสี่ยงเรื่อง การใช้งานด้อยประสิทธิ ภาพในสภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อย แสงจ้า หรือ ไม่มีพื้นผิว

เรดาร์คลื่นขนาดมิลลิเมตร: การตรวจจับระยะไกลสำหรับทุกสภาพอากาศ

ระบบเรดาร์ที่ส่งคลื่นวิทยุและตรวจจับการสะท้อนเรดาร์คลื่นมิลลิเมตร (mmWave) ซึ่งทำงานที่ความถี่สูง สามารถวัดระยะทาง ความเร็ว และมุมของวัตถุ ได้อย่างแม่นยำในระยะไกล (มากกว่า 100 เมตร) และในสภาพอากาศเลวร้าย เช่น หมอก ฝุ่น หรือฝน ซึ่งเซ็นเซอร์ออปติคัลทำงานไม่สำเร็จ แม้ว่าโดยทั่วไปแล้ว กลุ่มจุดของเรดาร์จะเบาบางกว่า LiDAR แต่ความสามารถในการวัดความเร็วโดยตรง ผ่านปรากฏการณ์ดอปเปลอร์นั้นมีประโยชน์อย่างยิ่งในการติดตามสิ่งกีดขวางที่กำลัง เคลื่อนที่ เรดาร์นี้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโดรนที่ปฏิบัติการในสภาพแวดล้อม ที่มีพลวัต หรือ สภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย

ความจำเป็นของการรวมเซ็นเซอร์

ด้วยข้อจำกัดของเซ็นเซอร์แต่ละตัว การรวมเซ็นเซอร์จึงไม่เพียงแต่มี ประโยชน์ แต่ยังมีความจำเป็นอย่างยิ่งในการรวมข้อมูลจากอัลตราโซนิก LiDAR กล้อง และเรดาร์เข้าด้วยกันเป็นระบบอัลกอริทึม ทำให้ระบสร้างแบบจำลอง สภาพแวดล้อมที่เชื่อถือได้ ครอบคลุม และซ้ำซ้อนมากขึ้น ตัวอย่างเช่น กล้องสามารถระบุวัตถุ LiDAR  ระบุระยะทางได้อย่างแม่นยำ และเรดาร์สามารถ ติดตามความเร็วสัมพัทธ์ได้ การรับรู้ที่รวบรวมเข้าด้วยกันนี้ช่วยให้สแต็กการนำทาง ของยานพาหนะสามารถตัดสินใจทำงานได้อย่างปลอดภัยมั่นใจมากยิ่งขึ้น

สรุป

เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้เป็นเทคโนโลยีพื้นฐานที่ทำให้หลีกเลี่ยงการชนได้โดยอัตโนมัติ การเลือกและการผสมผสานเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก เซ็นเซอร์แสง เซ็นเซอร์ภาพ และเซ็นเซอร์เรดาร์อย่างมีกลยุทธ์ช่วยให้โดรนและหุ่นยนต์เอาชนะ ข้อจำกัดของเทคโนโลยีใดๆ ก็ตามได้ เมื่อเซ็นเซอร์เหล่านี้มีความซับซ้อนมากขึ้น ราคาถูกลง และผสานรวมกับซอฟต์แวร์อัจฉริยะ เซ็นเซอร์เหล่านี้จะสามารถ ขยายขอบเขตสถานที่ และวิธีที่เครื่องจักรสามารถทำงานได้อย่างอิสระ และ ปลอดภัยร่วมกับมนุษย์ต่อไปในอนาคต