Новые алгоритмы помогут дронам прокладывать маршрут в сложном пространстве

23.01.2016

На беспилотные летательные аппараты или дроны возлагают надежды не только военные. Эти технологии обладают массой перспектив для использования и в мирных отраслях, например, они могут проводить изучение местности в труднодоступных местах. Но прежде чем они получат широкое распространение, предстоит решить немало проблем.

Одной из задач для разработчиков является серьёзное повышение манёвренности дронов, чтобы они не врезались во всевозможные препятствия, возникающие у них на пути. Кроме этого, беспилотникам предстоит научиться корректировать своё передвижение в зависимости от дождя и ветра.

Разработчики дронов стремятся к тому, чтобы их аппараты, насколько это возможно, подражали живым существам, например, птицам или насекомым. Но такой полёт ― сложная инженерная задача, поскольку подразумевает способность изменять своё положение в шести направлениях: вперёд/назад, вверх/вниз, влево/вправо и три варианта вращения – относительно главной поперечной оси (тангаж), относительно вертикальной оси (рыскание) и вокруг продольной оси (крен).

То есть для программирования полёта в каждый момент времени необходимо 12 чисел для того, чтобы понимать, где находится и с какой скоростью движется аппарат. При этом нужно ещё распознавать объекты, которые могут быть препятствиями.

Сразу две команды исследователей из Лаборатории информатики и искусственного интеллекта (CSAIL) Массачусетского технологического института работают над проектами по созданию программного обеспечения для решения этой трудной задачи.

Первая из них, работавшая во главе с Бенуа Лэндри (Benoit Landry), использовала алгоритмы, которые до этого были созданы для перемещения робота "Атласа" компании Boston Dinamics. Основная идея состоит в том, чтобы делить пространство на сегменты и анализировать его не на предмет наличия препятствий, а на присутствие свободного пути, а потом складывать результаты в общую картинку и искать наилучшее направление движения. Так "Атласу" стала под силу прогулка по лесу.

Теперь робототехники решили подняться на новый уровень и покорить лес в полёте. Для начала использовался макет леса, построенный в лабораторных условиях. Его изготовили из труб, между которыми под разным углом натянули верёвки.

"Лес" учёные покоряли на квадрокоптере весом всего 34 грамма. Этот 9-сантиметровый дрон смог преодолеть сложное пространство площадью около трёх квадратных метров со скоростью свыше одного метра в секунду.

Для распознавания пространства перед квадрокоптером использовались оптические датчики захвата движения и инерциальный измерительный блок или гиростабилизатор, которые помогают аппарату точно определить, где располагаются препятствия.

В пресс-релизе MIT авторы отмечают, что пока дрон не может простраивать свой маршрут в режиме реального времени. Этот процесс занимает около 10 минут, но у Лэндри уже есть идеи, как существенно сократить это время.

Во втором проекте CSAIL главным действующим лицом стал самолётик с неподвижными крыльями. В отличие от первого, этот дрон способен гарантированно преодолевать препятствия без каких-либо предварительных знаний о пространстве. При этом он успешно справляется с задачей даже при наличии ветра.

Ведущий автор исследования Анирудха Маджумдар (Anirudha Majumdar) создал библиотеку из 40-50 траекторий, которые описывают возможные варианты движения или тоннели. После запуска аппарата алгоритм постепенно сшивает части этих путей, прокладывая траекторию, по которой дрон сможет продолжать своё движение беспрепятственно (решение на каждой развилке из каталога принимается за 0,02 секунды). Благодаря такому программному обеспечению беспилотник планирует свой полёт на лету.

Подход, разработанный Маджумдаром, достаточно гибкий. Алгоритм может использоваться для дронов разных размеров и веса, а также применён для наземных транспортных средств и шагающих роботов.

Все разработанные учёными коды находятся в открытом доступе на ресурсе GitHub. Авторы надеются, что другие исследователи будут опираться на их результаты, и что, в конечном итоге, дроны станут максимально полезными для людей в различных сферах жизни.

Более подробно с результатами исследований Маджумдара можно ознакомиться, прочитав препринт статьи, появившийся на сайте arXiv.org. Предварительная статья команды Лэндри также находится в открытом доступе на сайте MIT (PDF-документ).

Видео

2013-03-27

Без нашего участия

Международный рынок беспилотной техники находится на подъеме. Публикуем подробности прогноза, обнародованного в новом исследовании Международной ассоциации по беспилотным системам AUVSI (Association for Unmanned Vehicle Systems International).

2013-02-20

Беспилотный детектив, или Был ли плагиат?

В 2009 году израильская компания IAI (Israel Aerospace Industry) на выставке Aero India представила свой беспилотный летательный аппарат Harop, созданный на основе БПЛА Harpy. Он сразу привлек к себе внимание широкой общественности

2013-01-11

В ожидании российского тяжелого ударного беспилотника

Вооруженные конфликты последнего времени наглядно показали потенциал тяжелых беспилотных летательных аппаратов. Благодаря сравнительно большой взлетной массе такая техника может нести не только разведывательное оборудование, но и определенный спектр вооружения.

2012-12-19

Малозаметный палубный БЛА

Когда на испытательных полигонах Запада идет успешная демонстрация новейших ударных беспилотных технологий, в российском Министерстве обороны уровень безнаказанного воровства зашкаливает уже за миллиардные отметки.

2012-11-19

Роботы в бою

Резкий рост стоимости подготовки военнослужащих и их обеспечения в совокупности с техническим прогрессом в странах Запада неизбежно ведут к развитию безэкипажных боевых систем.

2012-10-22

Машины – без водителей, дороги – без светофоров

Машины, описанные когда-то фантастами, уже мчатся по дорогам Невады и Калифорнии. Не исключено, что совсем скоро, в обозримом будущем человеку уже не найдется места за рулем. Беспилотные автомобили: за и против, проблемы и достижения. Какими станут дороги будущего? На что способны новые автомашины?

2012-08-30

БПЛА от МQ-9 "Рипер" до WJ-600 знаменуют новую эру

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) постепенно становятся авиационным "мэйнстримом" по целому ряду причин. Сам БПЛА, как правило, гораздо дешевле истребителя-бомбардировщика и даже штурмовика.

2012-07-03

БПЛА на солнечной энергии

В настоящее время продолжительность полета беспилотных летательных аппаратов ограничена в основном запасом энергии. Перевод на солнечную энергию позволит резко увеличить время пребывания БПЛА в воздухе.

2012-04-18

Повелители мух

Ученые из авиационной лаборатории Израильского технологического института совместно с исследователями из Тель-авивского университета начали проводить эксперименты в области дистанционно контролируемого полета насекомых.

2012-03-05

Мода на беспилотники над полем боя – на свои и чужие

Количество беспилотников в войсках разных стран мира растет бурными темпами, и этот рост уже необратим

Оснащение вооруженных сил различных государств комплексами с беспилотными летательными аппаратами (далее – БПЛА) различного назначения принимает сегодня характер устойчивой тенденции. И дело здесь не в том, что тема беспилотников считается модной и о ней говорят на самом высоком уровне.