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Droni: La tua nuova guida nel cielo

Droni intelligenti aiutano le persone non vedenti a muoversi in sicurezza e in autonomia.

Suman Raj, Radhika Mittal, Harshil Gupta, Yogesh Simmhan

― 6 leggere min


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In un mondo dove i droni ronzano come api, c'è la spinta per far fare a queste macchine volanti più di semplici foto carine. Stanno diventando compagni utili per le persone che non vedono bene. Questi droni, dotati di tecnologia smart, possono guidare le persone con disabilità visive (VIP) attraverso l'ambiente, permettendo loro di vivere in modo più indipendente e sicuro.

Di che si parla?

Immagina un drone come un amico, che tiene d'occhio un VIP, assicurandosi che si muova in parchi, strade e anche supermercati senza inciampare. I droni usano telecamere e software speciali per analizzare il video in tempo reale, identificando ostacoli e guidando il VIP lungo il percorso. Parliamo di un vero wingman!

Come funzionano questi droni?

Questi droni possono fare i loro calcoli da soli (si chiama edge computing) o inviare i dati a un servizio cloud (pensa a un cervello lontano) per un'elaborazione più pesante. La scelta tra queste due opzioni dipende da vari fattori, come quanto velocemente deve essere fatta una determinata operazione e quanto è occupato il drone in quel momento.

Diciamo che il drone avvista un marciapiede davanti. Deve decidere in fretta se analizzare quell'informazione localmente o mandarla al cloud. Fare la scelta giusta è fondamentale perché può influire su quanto rapidamente ed efficacemente il drone aiuta il VIP.

Il problema del tempismo

Quando un VIP è in giro, non ha tempo da perdere. Se il drone non riesce a elaborare il suo video in tempo per avvertirlo di un pericolo, non è di grande aiuto. I droni devono rispettare scadenze rigorose per molti compiti contemporaneamente, e non è cosa da poco data le condizioni sempre cambiate in cui operano.

Ad esempio, se un drone è troppo lento a riconoscere un'auto che si avvicina rapidamente, potrebbe portare a una situazione pericolosa. Perciò, è essenziale avere un sistema di Pianificazione smart che garantisca che questi compiti vengano eseguiti in tempo, sia sul drone stesso che inviati al cloud.

Prendere decisioni intelligenti

Per affrontare queste sfide, i droni usano un sistema di pianificazione intelligente. Questo sistema analizza l'urgenza e i requisiti di vari compiti, come rilevare ostacoli o seguire il VIP. Prioritizzando i compiti e decidendo se gestirli in locale o nel cloud, il drone può massimizzare la sua efficienza.

Pensala come in una cucina di ristorante. Lo chef deve decidere se cucinare un pasto in fretta o prendersi il tempo per preparare qualcosa di più complesso. Decisioni rapide portano spesso a clienti soddisfatti, proprio come l'elaborazione veloce del drone porta a una navigazione più sicura per i VIP.

Mettersi alla prova

L'efficacia di questo sistema viene testata in due modi: ambienti emulati e scenari reali. In contesti controllati, le simulazioni con più droni possono stabilire una prestazione di base. I droni vengono messi alla prova, gestendo una varietà di compiti mentre si confrontano con condizioni variabili, come velocità di rete e complessità dei compiti.

Poi arriva la parte divertente – il testing nel mondo reale! I droni vengono utilizzati in situazioni reali, assistendo i VIP mentre vengono monitorati per le prestazioni. Questo non solo convalida la tecnologia, ma aiuta anche a perfezionare gli algoritmi di pianificazione basati su dati reali.

I droni in azione

Questi droni amici sono progettati per assistere i VIP in vari modi:

  • Rilevamento ostacoli: Se c'è un dislivello o un cane al guinzaglio, il drone lo avviserà.
  • Assistenza alla navigazione: Il drone può guidare il VIP verso la destinazione desiderata, assicurandosi che non si allontani dal percorso.
  • Aiuto d'emergenza: In caso di una caduta improvvisa o di disagio, il drone può chiamare aiuto o cercare assistenza.

Non ci sono due droni uguali

I droni vengono in forme e dimensioni diverse, ognuno con capacità uniche. Alcuni potrebbero essere leggeri e perfetti per voli rapidi in aree urbane, mentre altri sono attrezzati per compiti più pesanti, come trasportare forniture o assistenza medica a distanza.

Ad esempio, considera un piccolo quadricottero progettato per portare una telecamera rispetto a un drone più robusto capace di consegnare un pacco. Ogni tipo ha usi specifici, che possono migliorare l'esperienza per i VIP in base alle loro esigenze.

Il parco giochi dei droni

Questi sviluppi hanno portato alla creazione di molti casi d'uso entusiasmanti per i droni in ambienti urbani. Dalla sorveglianza della sicurezza in ambienti affollati all'aiuto nelle risposte a disastri, il potenziale è vasto. I droni potrebbero anche assistere nel settore sanitario deliverando forniture direttamente negli ospedali durante le emergenze.

Rafforzare la Connettività

Per funzionare al meglio, questi droni devono comunicare efficacemente con le loro stazioni base dove vengono elaborati i dati. Sia su Wi-Fi che su reti cellulari, la connessione deve garantire che i dati si muovano rapidamente e in modo affidabile per rispettare le scadenze.

Con ambienti urbani pieni di ostacoli, mantenere una connessione forte e costante può essere una sfida. Pensalo come cercare di avere una conversazione telefonica mentre cammini attraverso un mercato affollato schivando persone e carretti. Può diventare complicato!

Migliorare l'esperienza

Oltre a concentrarsi sul completamento dei compiti, è fondamentale garantire che il VIP abbia un'esperienza di qualità. Questo significa che il sistema deve fornire informazioni tempestive e accurate all'utente. Se un drone è lento a rispondere, potrebbe creare frustrazione, che vanifica il suo scopo.

Misurando quanto bene il sistema performa, gli ingegneri possono apportare modifiche per migliorare sia la qualità del servizio che l'esperienza complessiva dell'utente. Dopotutto, nessuno vuole sentirsi solo una serie di compiti su un nastro trasportatore!

Costruire un futuro smart

Man mano che vengono sviluppati più droni, si spera che possano funzionare senza problemi negli ambienti urbani, lavorando insieme come una macchina ben oliata. I droni possono condividere dati tra loro, permettendo migliori decisioni e risposte più rapide.

Immagina un branco di droni volare insieme, analizzando le informazioni in tempo reale e comunicando tra loro per offrire la migliore assistenza possibile ai VIP. Questo sforzo coordinato potrebbe fare una grande differenza nella vita di molte persone.

Conclusione

Il futuro dei droni come tecnologie assistive per persone con disabilità visive è luminoso. Con i progressi negli algoritmi di pianificazione, connettività e elaborazione intelligente, questi amici volanti possono avere un impatto significativo sulla vita di molti, aiutando gli utenti a navigare il loro ambiente in modo sicuro ed efficiente.

Quindi, la prossima volta che vedi un drone volare sopra, sappi che potrebbe essere più di un semplice bel gadget. Potrebbe essere il tuo amico, che tiene d'occhio e rende il mondo un po' più facile da navigare.

Fonte originale

Titolo: Adaptive Heuristics for Scheduling DNN Inferencing on Edge and Cloud for Personalized UAV Fleets

Estratto: Drone fleets with onboard cameras coupled with computer vision and DNN inferencing models can support diverse applications. One such novel domain is for one or more buddy drones to assist Visually Impaired People (VIPs) lead an active lifestyle. Video inferencing tasks from such drones can help both navigate the drone and provide situation awareness to the VIP, and hence have strict execution deadlines. We propose a deadline-driven heuristic, DEMS-A, to schedule diverse DNN tasks generated continuously to perform inferencing over video segments generated by multiple drones linked to an edge, with the option to execute on the cloud. We use strategies like task dropping, work stealing and migration, and dynamic adaptation to cloud variability, to guarantee a Quality of Service (QoS), i.e. maximize the utility and the number of tasks completed. We also introduce an additional Quality of Experience (QoE) metric useful to the assistive drone domain, which values the frequency of success for task types to ensure the responsiveness and reliability of the VIP application. We extend our DEMS solution to GEMS to solve this. We evaluate these strategies, using (i) an emulated setup of a fleet of over 80 drones supporting over 25 VIPs, with real DNN models executing on pre-recorded drone video streams, using Jetson Nano edges and AWS Lambda cloud functions, and (ii) a real-world setup of a Tello drone and a Jetson Orin Nano edge generating drone commands to follow a VIP in real-time. Our strategies present a task completion rate of up to 88%, up to 2.7x higher QoS utility compared to the baselines, a further 16% higher QoS utility while adapting to network variability, and up to 75% higher QoE utility. Our practical validation exhibits task completion of up to 87% for GEMS and 33% higher total utility of GEMS compared to edge-only.

Autori: Suman Raj, Radhika Mittal, Harshil Gupta, Yogesh Simmhan

Ultimo aggiornamento: 2024-12-30 00:00:00

Lingua: English

URL di origine: https://arxiv.org/abs/2412.20860

Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2412.20860

Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/

Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.

Si ringrazia arxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.

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