Dron z AI wykrywa niewybuchy pod wodą ze 100-procentową skutecznością

Zespół badawczy z University of Miami opracował system, który wykrywa niewybuchy leżące na dnie płytkich, przejrzystych wód, zanim jeszcze do akcji wkroczą nurkowie rozminowujący teren. Połączenie technologii obrazowania NASA z modelem sztucznej inteligencji pozwoliło osiągnąć stuprocentową skuteczność wykrywania testowych celów zatopionych u wybrzeży Florydy.

Sercem systemu jest Fluid Lensing, algorytm opracowany w NASA, który w czasie rzeczywistym usuwa zniekształcenia powodowane przez fale na powierzchni wody. Dzięki temu drony wyposażone w tę technologię potrafią rejestrować obrazy dna morskiego w rozdzielczości poniżej centymetra na głębokościach do 20 metrów, mimo załamującej się na powierzchni fali.

Jak działa wykrywanie

Drugim elementem układanki jest MiDAR, czyli aktywny system obrazowania multispektralnego, który oświetla dno wieloma pasmami światła, ze szczególnym naciskiem na niebieskie i zielone, najlepiej penetrujące toń wodną. Zarejestrowane w ten sposób dane trafiają do modelu sztucznej inteligencji opartego na architekturze YOLO, zmodyfikowanej wersji sieci neuronowej NASA NeMO-Net, który analizuje właściwości materiału i wzorce odbicia światła, by odróżnić amunicję od naturalnych obiektów na dnie.

Testy przeprowadzono w warunkach zbliżonych do rzeczywistych. Replik amunicji nie sfotografowano od razu po zatopieniu, lecz pozostawiono na dnie przy stacji badawczej Broad Key na około dwa miesiące, by pokryły się naturalnym osadem i organizmami morskimi, tak jak dzieje się to z prawdziwymi niewybuchami zalegającymi na dnie od dekad.

Wyniki i ograniczenia

System zidentyfikował wszystkie 14 rozmieszczonych celów, mimo utrudnionej widoczności spowodowanej zarośnięciem. Wyniki precyzji sięgnęły 0,8 do 0,9, a wskaźnik F1, łączący precyzję z czułością wykrywania, wyniósł od 0,83 do 0,89. Model AI trenowano na 2700 sztucznie powiększonych próbkach obrazów wygenerowanych z zaledwie dziewięciu oryginalnych celów testowych, co pokazuje, że system radzi sobie dobrze nawet przy ograniczonej liczbie danych treningowych.

Technologia ma jednak wyraźną granicę zastosowania. Sprawdza się wyłącznie w płytkich, optycznie dostępnych wodach, gdzie światło dociera do dna. Obiekty zakopane głębiej w osadzie nadal wymagają tradycyjnych metod, takich jak sondowanie akustyczne czy magnetyczne, więc nowy system uzupełnia istniejące narzędzia rozminowywania, a nie je zastępuje.

Znaczenie dla Bałtyku

Choć testy prowadzono na Florydzie, badacze wprost wskazują na zastosowanie technologii w akwenach takich jak Morze Bałtyckie, gdzie po obu wojnach światowych zalega ogromna ilość amunicji konwencjonalnej i chemicznej. Szacuje się, że na dnie Bałtyku spoczywają setki tysięcy ton niewybuchów, które z czasem korodują i stanowią zagrożenie zarówno dla żeglugi i rybołówstwa, jak i dla środowiska morskiego.

Dla krajów nadbałtyckich, w tym Polski, tańsze i szybsze metody lokalizowania niewybuchów z powietrza mogą znacząco przyspieszyć planowanie prac rozminowujących przy budowie infrastruktury morskiej, na przykład farm wiatrowych czy podmorskich kabli energetycznych, gdzie dziś każdy metr dna trzeba osobno sprawdzać przy użyciu droższych metod akustycznych i pracy nurków.

Zespół kierowany przez Veda Chirayatha podkreśla, że loty dronem nad wodą są znacznie tańsze i szybsze niż tradycyjne badania podwodne prowadzone przez nurków lub pojazdy zdalnie sterowane, co czyni tę metodę atrakcyjnym pierwszym etapem sita przed właściwym rozminowywaniem. System nie zastępuje więc saperów, lecz pozwala im skupić wysiłki tam, gdzie prawdopodobieństwo trafienia na realne zagrożenie jest największe.

Źródła: Spider's Web (spidersweb.pl), Phys.org (phys.org), Frontiers in Marine Science (frontiersin.org)