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Pinna con microfoni © Fraunhofer IDMT/Hannes KalterMolto automobili già oggi sono equipaggiate con diversi sistemi di assistenza alla guida avanzati, come il parcheggio telecomandato, l'avviso automatico di uscita di corsia e il riconoscimento della sonnolenza.

In futuro, le auto che guideranno da sole non solo dovranno imparare a vedere, ma anche a sentire. I ricercatori del Fraunhofer Institute for Digital Media Technology IDMT di Oldenburg hanno ora sviluppato un prototipo di sistema in grado di riconoscere i rumori esterni come le sirene.

Diverse auto moderne sono equipaggiate con una serie di sistemi avanzati di assistenza alla guida progettati per ridurre lo sforzo dei guidatori e aumentare la sicurezza.

Funzionalità come il parcheggio automatico e il monitoraggio degli punti ciechi utilizzano telecamere e sensori radar e lidar per rilevare gli ostacoli presenti nelle immediate vicinanze del veicolo. In altre parole, forniscono ai veicoli un rudimentale senso della vista.

Invece, le auto non sono ancora dotate del senso dell'udito. In futuro, tuttavia, i sistemi in grado di catturare e identificare i rumori esterni sono destinati a svolgere un ruolo chiave - insieme ai radar intelligenti e ai sensori delle telecamere - affinché si possano mettere in strada auto che guidano da sole.

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I ricercatori dell'Istituto Fraunhofer IDMT di Oldenburg stanno sviluppando sistemi basati su sensori e tecniche di elaborazione del segnale con intelligenza artificiale in grado di riconoscere i singoli eventi acustici. I risultati di queste elaborazioni daranno ai veicoli la capacità uditiva che serve per prendere decisioni più consapevoli dell'ambiente circostante, ad esempio accorgendosi per tempo dell'arrivo di un'ambulanza o di un camion dei pompieri.

"Nonostante l'enorme potenziale di tali applicazioni, nessun veicolo autonomo è stato ancora dotato di un sistema in grado di percepire i rumori esterni", afferma Danilo Hollosi, responsabile del gruppo Acoustic Event Recognition dell'Istituto Fraunhofer IDMT di Oldenburg.

"Dotando le auto di 'orecchie elettroniche', saremo in grado di riconoscere immediatamente la sirena di un veicolo di emergenza in avvicinamento, ad esempio, in modo che il veicolo autonomo sappia di doversi spostare su un lato dell'autostrada o di creare uno spazio libero per il transito dei servizi di soccorso".

Riconoscimento sirena © Fraunhofer IDMT

Ci sono numerosi altri scenari in cui un sistema di allarme acustico può svolgere un ruolo vitale - quando un veicolo autonomo entra in una zona pedonale o in una strada residenziale dove i bambini giocano, per esempio, o per riconoscere difetti o situazioni pericolose come un chiodo in un pneumatico. Inoltre, tali sistemi possono essere utilizzati anche per monitorare le condizioni del veicolo o anche come telefono di emergenza dotato di tecnologia di riconoscimento vocale.

Analisi del rumore con algoritmi basati sull'intelligenza artificiale

Lo sviluppo di un veicolo con capacità uditiva pone una serie di sfide. In questo caso, tuttavia, l'Istituto Fraunhofer IDMT può contare su un'esperienza di progetto specifica nel campo dell'ingegneria automobilistica e su un patrimonio di competenze interdisciplinari.

Schiera di microfoni miniaturizzati © Fraunhofer IDMTLe aree chiave di ricerca comprendono l'acquisizione del segnale sulla base del posizionamento ottimale dei sensori, nonché la preelaborazione del segnale, il potenziamento del segnale e la soppressione del rumore di fondo.

Il sistema viene prima addestrato a riconoscere la firma acustica di ogni evento sonoro rilevante. Ciò avviene con metodi di apprendimento automatico (machine learning) che utilizzano librerie acustiche compilate dal Fraunhofer IDMT.

Inoltre, il Fraunhofer IDMT ha scritto i propri algoritmi di beamforming, che permettono al sistema di localizzare dinamicamente le sorgenti sonore in movimento come la sirena su un veicolo di emergenza in avvicinamento.

Il risultato è una piattaforma intelligente di sensori in grado di riconoscere suoni specifici. I ricercatori del Fraunhofer IDMT hanno anche scritto i propri algoritmi basati sulle tecniche di intelligenza artificiale.

Come spiega Hollosi, "gli algoritmi sono utilizzati per distinguere il rumore specifico che isi vuole identificare da altri rumori di fondo. Utilizziamo l'apprendimento automatico per addestrare gli algoritmi e usiamo tutta una serie di rumori archiviati che la macchina impara a classificare". Fraunhofer IDMT e alcuni partner industriali hanno già creato i primi prototipi, che si prevede saranno sufficientemente maturi per essere commercializzati entro la metà del prossimo decennio.

Il sistema di sensori acustici comprende microfoni, un'unità di controllo e un software.

I microfoni vengono installati in un involucro protettivo e montati all'esterno del veicolo, ad esempio in una 'pinna' sul tetto che può ospitare anche antenne e altri dispositivi, dove catturano i rumori ambientali. I sensori trasmettono questi dati audio a una speciale unità di controllo che li converte nei relativi metadati.

In molti settori di utilizzo - come il monitoraggio acustico nell'ambiente di produzione, nelle applicazioni di sicurezza, nell'industria della cura e nei prodotti di consumo - i dati audio grezzi vengono convertiti direttamente in metadati da sensori intelligenti.

Ciò significa che i dati vengono elaborati prevalentemente direttamente sui sensori. Pertanto le soluzioni soddisfano i più elevati standard di sicurezza anche quando vengono utilizzate in impianti che richiedono una protezione speciale. 

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