Подросток разрабатывает CubeSat для обнаружения наводнений – IEEE Spectrum

В настоящее время спутники, радар с синтезированной апертуройи GPS используются для сбора данных об ущербе от наводнения, отслеживания местонахождения пострадавших и связи со службами экстренной помощи. Но технологические сбои и медленное передача данных По словам Мерчанта, высокая скорость приводит к задержкам времени отклика. Рост глобальных наводнений усилил потребность в более точных и надежных методах.

В прошлом году Мерчант создала, по ее словам, более эффективный способ отслеживания и сбора данных во время наводнений: небольшой, недорогой, стандартизированный КубСат интегрирован с искусственный интеллект. маленькие спутники используют блоки размером 10х10х10 см.— что позволяет производителям развивать свои батарейки, солнечные панеликомпьютеры и другие детали как готовые компоненты.

КубСат делает снимки местности и использует распознавание образов для обнаружения наводнения, оценки ущерба инфраструктуре и отслеживания выживших.

Мерчант представила свою статью об устройстве на выставке IEEE в этом году. Регион 3 ежегодная конференция, IEEE SoutheastCon.

«IEEE — это основополагающая часть моего роста как молодого исследователя», — говорит она. «Это превратило инженерное дело из моей мечты в реальность».

Создание CubeSat в С

Торговец говорит о своем интересе к реагирование на стихийные бедствия возникла после того, как стало известно, что спасателям может потребоваться несколько часов, чтобы получить спутниковые данные.

Решив найти более быстрый метод, она начала исследовать технологии и обнаружила, что КубСаты могу сделать.

«CubeSats очень гибки, масштабируемы и способны формировать группировки (группы из нескольких спутников), которые обновляют данные практически в реальном времени», — говорит она. «Идея о том, что эти небольшие спутники, которые умещаются на ладони, могут предоставлять жизненно важные данные быстрее, чем традиционные системы, действительно вдохновила меня на дальнейшее развитие этой концепции».

В прошлом году Мерчант и трое ее одноклассников были приняты в С‘s Beaver Works создает вызов CubeSatгде командам из пяти американских школьников было дано восемь месяцев на разработку спутника, способного выполнить космическую исследовательскую миссию.

Команда торговца — Спутниковые стражи— построил CubeSat на базе сверточной нейронной сети (Си-Эн-Эн), который может определять зоны, сильно пострадавшие от затопления, и удаленно собирать данные для помощь при стихийных бедствиях и экологический мониторинг. > анализируют данные изображения для распознавания образов.

Мерчант был программистом полезной нагрузки группы и руководил проектированием и моделированием миссии, которые включали планирование, настройку оборудования и разработку автономного программного обеспечения и алгоритмы для управления полезной нагрузкой.

Команда начала с создания 3D-модели устройства для визуализации и уточнения размещения его частей. Используемая технология, в том числе Малиновый Пинесколько датчиков и камеру — размещался в прозрачном пластиковом кубе.

Средний CubeSat был разработан Мерчант и ее командой во время конкурса MIT Beaver Works Build a CubeSat Challenge. Слева — коммерческий CubeSat высотой 1U, а справа — прототип текущей конструкции Merchant. Эбигейл Мерчант

Устройство, изготовление которого обошлось в 310 долларов США, весит около 495 граммов и подключалось удаленно к ноутбуку через Bluetooth в ходе наземных испытаний. Компьютер содержит машинное обучение алгоритм, написанный Продавцом с использованием Питон— который анализирует собранные изображения для обнаружения наводнений.

CubeSat каждые 2 минуты делает изображение окружающей обстановки в высоком разрешении и передает его на ноутбук. Спутник ежедневно передает до 1500 изображений и сохраняет их на SD-карте емкостью 16 ГБ.

Затем алгоритм анализирует закономерности, включая изменения цвета воды и плотности пикселей изображения. Когда алгоритм обнаруживает наводнение, устройство может предупредить службы экстренной помощи.

«Хотя многие существующие системы работают в многочасовых циклах, CubeSat снимает изображения с высоким разрешением каждые 2 минуты», — говорит Мерчант. «Затем система может инициировать оповещения, которые доставляются службам быстрого реагирования через SMS или по электронной почте».

Чтобы протестировать свою систему, Мерчант и ее команда построили модель города из Лего блоки в пустой ванне. Они разместили над ним CubeSat, и он сделал снимки места происшествия. Затем они добавили воду и грязь, чтобы все было больше похоже на настоящее наводнение. CubeSat успешно передал изображения на ноутбук, и алгоритм обнаружил затопление.

Из 30 команд Satellite Sentinels заняли третье место.

Продолжая свою работу в Аксенчер

Мерчант продолжает свои исследования в области технологий предотвращения наводнений в Аксенчер в Ричмонде, штат Вирджиния, где она удаленно работает владельцем полезной нагрузки и проектировщиком в команде запуска CubeSat компании.

После завершения программы MIT Мерчант решила масштабировать свой проект. Она обратилась к своему бывшему наставнику Крис Хадсонмировой технический лидер в космосе кибербезопасность в Аксенчер. Он предложил ей стажировку.

Мерчант работает над переходом от прототипа к функциональному продукту, но, по ее словам, ей необходимо преодолеть препятствия, с которыми она столкнулась в своем проекте MIT.

Основная из них заключалась в том, что модели было сложно обнаружить наводнение в переменных условиях. По ее словам, это потому, что модели > нужен контекст. Без этого модель может неправильно интерпретировать сложные визуальные сигналы. Чтобы решить эту проблему, Мерчант обучил алгоритм обнаруживать затопление, определяя цвета в отдельных пикселях.

Передача изображений с помощью Bluetooth работала в ее ванной, но это не так полезно, когда спутники CubeSat вращаются на высоте 700 километров над землей.

«Если вы раньше использовали Bluetooth-гарнитуру, вы знаете, что она отключается в тот момент, когда вы уходите от устройства, к которому она подключена», — говорит она. «Это не сработает, когда группировка CubeSat находится на орбите».

Она предложила команде Accenture перейти на SubMiniature Version A (SMA). антенны. Радиочастотные антенны подключаются к CubeSat с помощью разъем SMA.

«Процесс разработки стал одним из самых важных событий в моей карьере», — говорит Мерчант. «Работа над проектированием и проверкой полезной нагрузки, а также встречи с этими командами дали мне огромный опыт, особенно для моего возраста».

Ожидается, что ее полезная нагрузка будет запущена в начале следующего года.

Аэрокосмическая стажировка в Массачусетском технологическом институте.

Мерчант — стажер в MIT Лаборатория компьютерных наук и искусственного интеллектакрупнейшая междисциплинарная лаборатория школы, в которой работают 60 исследовательских групп. CSAIL возглавляет сотрудник IEEE Дэниел Руслауреат премии 2025 года Медаль IEEE Эдисона.

Стажировка дистанционная, и Мерчант проводит исследования в лаборатории при Университет Центральной Флоридыв Орландо.

“IEEE является основополагающей частью моего роста как молодого исследователя. Он превратил инженерное дело из мечты в реальность”.

В этой роли Мерчант фокусируется на когнитивных картографияметод структурирования сложной информации в семантические карты, которые показывают, как идеи и концепции связаны друг с другом. Она использует встраивание моделейтип машинного обучения, который преобразует информацию в числовые представления. Вложения позволяют компьютерам распознавать сходства и отношения между понятиями, даже если они описаны по-разному. Такой подход помогает продукту ИИ понять, как связаны между собой идеи, а не рассматривать каждую часть данных как изолированную.

«Быть одним из самых молодых людей в лаборатории сложно», — говорит Мерчант. «Однако мне очень приятно учиться у инженеров и исследователей, которые работают на переднем крае этой области».

Она говорит, что надеется поступить в Массачусетский технологический институт или Стэнфорд.

Будущее IEEE

Merchant познакомился с IEEE Джо Джусайбывший финансовый директор Секция IEEE Орландо.

Ее первый личный опыт работы с этой организацией произошел в 2023 году, когда она проводила исследования для проекта научной ярмарки. Она работала над роботизированная рука который мог бы подбирать предметы с помощью электроэнцефалограмма и Bluetooth. Проект был вдохновлен ее бабушкой, которая страдает от проблем с передвижением и прикована к инвалидной коляске.

«Я постоянно видел упоминание IEEE во всех нормативных актах и стандартах, которые я находил», — говорит Мерчант. Когда она узнала о предстоящем собрании секции в Орландо, она попросила мать взять ее с собой.

На встрече несколько участников представили свои исследования. Торговец спросил Масуд Эджаз и Варадрадж Гурупур— председателю и сопредседателю отделения — если бы она могла обсудить свой проект научной ярмарки.

«После презентации моей работы IEEE быстро превратился в сообщество, которое сформировало мое понимание того, на что способна инженерия», — говорит она.

По ее словам, она почувствовала себя на вершине мира, когда представила доклад о своем проекте CubeSat на IEEE South EastCon.

«Это один из тех опытов, которые действительно меняют тебя», — говорит она.

По ее словам, она очень рада стать студентом-членом IEEE, когда поступит в колледж. Она также надеется когда-нибудь быть избранной его президентом.

«Я встретил Кэтлин Крамер на одном из моих местных мероприятий IEEE, прежде чем она была избрана президент IEEEи мы говорили о моей работе», — говорит она. «После того, как она была избрана, я поняла, что хотела бы когда-нибудь стать президентом IEEE.

«Я надеюсь, что однажды я смогу оказаться в той же ситуации, что и она, и продолжить помогать IEEE так же, как он помог мне».