Tania sieć sensorów do wykrywania dronów z Politechniki Rzeszowskiej

Studenci z Koła Naukowego Machine Learning Politechniki Rzeszowskiej pracują nad tanimi, rozproszonymi sensorami w technologii mesh. Mają one wykrywać drony. Ich rozwiązanie zajęło pierwsze miejsce w międzynarodowym hackathonie Euro Defense Tech „Detect & Defend” i wchodzi w fazę testów.

Koło Naukowe Machine Learning i sensory, które mają wykrywać drony

.Projekt opuścił już fazę czysto teoretyczną. Mamy gotową część radiową oraz algorytmy do rozpoznawania dronów, wytrenowane na danych dostępnych publicznie. Obecnie pracujemy nad integracją całego systemu i przeprowadzeniem testów, które zweryfikują, czy nasze rozwiązanie naprawdę działa – przekazał Mikołaj Data, elektronik w zespole. Koło Naukowe Machine Learning działa na Wydziale Matematyki i Fizyki Stosowanej Politechniki Rzeszowskiej od 2020 r. Studenci zajmują się nie tylko uczeniem maszynowym, lecz także tworzeniem oprogramowania i elektroniki z zastosowaniem w biznesie. 

Rozwiązanie studentów składa się z urządzeń niewielkich rozmiarów. Każde z nich wyposażone jest w moduł radiowy, który pozwala dołączyć do sieci. Aby wykrywać zagrożenia, węzeł może być dodatkowo zaopatrzony w czujniki, na przykład w mikrofon.

– Korzystając z modeli uczenia maszynowego, uczymy komputer rozpoznawania dźwięku drona, dzięki temu kiedy nadleci intruz, model uruchomiony na urządzeniu może wygenerować wiadomość o wykryciu drona. Sam dobór rodzaju czujników zależy od wyboru użytkownika i jego potrzeb – powiedział Mikołaj Data.

Kluczowym elementem systemu jest architektura mesh. W odróżnieniu od tradycyjnych sieci Wi-Fi w tej sieci każdy węzeł może przekazywać wiadomości innych urządzeń.

– Architektura mesh to sieć, w której każdy węzeł przekazuje wiadomości innych węzłów. Takie sieci mają tę zaletę, że przy awarii jednego z węzłów jego rolę przejmuje inny. Jeżeli chcielibyśmy przekazać wiadomość w takiej sieci do dwóch węzłów, które nie słyszą się nawzajem, wiadomość wysyłamy za pośrednictwem innych węzłów. Wiadomość może przeskoczyć nawet przez kilkanaście innych urządzeń, nim trafi do adresata – tłumaczy student.

Do jednoznacznego określenia pozycji wykrytego obiektu wystarczają trzy urządzenia wyposażone w sensory znajdujące się w jego okolicy. Im większa gęstość sensorów, tym dokładniejsza lokalizacja i wyższa niezawodność całej sieci.

W fazie prototypu zespół korzysta z otwartego protokołu Meshtastic (którego sieć już funkcjonuje na terenie Polski dzięki wysiłkom radioamatorów) oraz dedykowanej elektroniki. Modele uczenia maszynowego tworzone są z wykorzystaniem popularnych bibliotek języka Python: PyTorch, TensorFlow i NumPy. Największymi atutami projektu są niska cena produkcji, łatwa skalowalność oraz odporność na uszkodzenia pojedynczych węzłów.

– Chcieliśmy stworzyć rozwiązanie, które pozwoli na szybkie i tanie dodawanie nowych urządzeń, nawet w warunkach polowych przy użyciu podstawowych narzędzi – podkreśla Mikołaj Data.

Głównym ograniczeniem pozostaje obecnie zużycie energii przez węzły wyposażone w czujniki. Zespół planuje rozwiązać ten problem poprzez optymalizację modeli uczenia maszynowego, co pozwoli na zastosowanie komponentów o niższym zapotrzebowaniu energetycznym. Rozważana jest także wersja zasilana bezpośrednio z sieci elektrycznej.

Od czasu zwycięstwa w hackathonie do studentów zgłosiło się już kilka instytucji publicznych oraz firm prywatnych, w tym z sektora obronnego. Pojawiają się również propozycje komercjalizacji, jednak priorytetem pozostaje obecnie przetestowanie rozwiązania. Projekt powstał z myślą o zastosowaniach wojskowych na polu walki, ale studenci widzą jego potencjał również w ochronie infrastruktury krytycznej oraz obiektów cywilnych.

– Nie zarzuciliśmy możliwości wykorzystania systemu przez wojsko. Uważamy, że każdy pomysł zwiększający bezpieczeństwo Polski jest wart rozwoju. Przed nami jeszcze wiele testów – powiedział Mikołaj Data.

Nad rozwojem technologii pracują również: inżynier uczenia maszynowego Michał Wysocki, programiści Patryk Dziki i Jakub Świątek oraz Piotr Łukasik, odpowiedzialny za wsparcie merytoryczne.

Opowiadanie o nauce to ciężka praca

.”Muszę przyznać, że opowiadanie o nauce to ciężka praca. Spotykamy się z różnymi osobami, trzeba być cierpliwym, spokojnie odpowiadać na pytania, dopasowywać sposób odpowiedzi do odbiorców. Uważam jednak, że jest to praca bardzo potrzebna, zwłaszcza teraz, w dobie fake newsów i natłoku informacji. Trzeba nam osób, które wiedzą, o czym mówią, znają się na tym i potrafią o tym opowiadać przystępnie”.

„Pasjonuję się mikrobiologią. Bardzo interesuje mnie poszukiwanie nowych leków przeciwko drobnoustrojom. To jest moja wymarzona ścieżka, którą chciałabym iść. Każdy z moich kolegów może wskazać coś innego – zajmujemy się nowotworami, diagnostyką molekularną, badamy, jak dochodzi do powstawania danej choroby. Biotechnologia jest bardzo szeroką dziedziną nauki. Ma wiele gałęzi. My zajmujemy się technologią medyczną, ale jest też biotechnologia przemysłu, ochrony środowiska, ochrony wód, bioinformatyka. W każdej z tych dziedzin cały czas jest postęp, cały czas się bardzo dużo dzieje. My skupiamy się na szukaniu nowych terapii, leków, sposobów diagnostyki i rozwijaniu tego, co już mamy.

Dzięki naszej pracy odnotowaliśmy bardzo duży wzrost osób przychodzących na nasz kierunek, który nie jest zbyt często spotykany. Samą biotechnologię można studiować na przykład na Uniwersytecie Jagiellońskim albo Uniwersytecie Rolniczym w Krakowie, ale my skupiamy się na elemencie medycznym. Jesteśmy kierunkiem niszowym, a jednak bardzo, bardzo potrzebnym. Reprezentujemy przyszłość medycyny, farmacji i przemysłu. Myślę, że z roku na rok będziemy mieć więcej chętnych.

Obecnie młodzi naukowcy mają szereg możliwości samorealizacji, od pracy w kołach naukowych, przez tworzenie i publikację artykułów, po uczestnictwo w konferencjach ogólnopolskich i międzynarodowych. Jako Stowarzyszenie Młodych Biotechnologów współorganizujemy ogólnopolską konferencję naukową „Diagnostyczno-Biotechnologiczne Zagłębie Nauki”, gdzie młodzi naukowcy mogą przedstawiać swoje prace naukowe. Co więcej, wielu członków stowarzyszenia należy do różnorodnych kół naukowych, gdzie mogą realizować swoje pasje i współprowadzić badania”.

Artykuł dostępny na łamach Wszystko co Najważniejsze: https://wszystkoconajwazniejsze.pl/wiktoria-lukasik-opowiadanie-o-nauce-to-ciezka-praca/

PAP/ LW