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

2011-03-30

Беспилотные вертолеты

В апреле 2010г Армия США обнародовала план развития БЛА на ближайшие 25 лет. Документ предусматривает конвертацию существующего парка вертолетов на беспилотные летательные аппараты с возможностью пилотирования человеком. Согласно требованиям армии США, новые беспилотные аппараты;должны быть автономными настолько, насколько возможно

2011-03-11

Корпорация Google работает над созданием эскадры машин, которые смогут самостоятельно передвигаться в потоке машин

Университет Стэнфорда имеет долгую традицию создания автономно передвигающихся автомобилей, таких как Audi TT-S, специально разработанная для гонки по холму Пайкс Пик. Сейчас исследователи из Университетов Стэнфорд и Карнеги Мелон- которым самим не чужда разработка беспилотных автомобилей- объединились с корпорацией Google, чтобы создать эскадру машин которые смогут самостоятельно передвигать в потоке машин.

2011-03-11

Взор Горгоны обеспечит беспрецедентно широкий обзор поля боя

Новая система наблюдения для БПЛА MQ-9 Reaper, названная как Взор Горгоны, должна обеспечить беспрецедентно широкий обзор поля боя. Всевидящее око в небе, которое наблюдает за операциями в Ираке, Афганистане и Пакистане, скоро станет еще более зорким. ВВС США в скором времени добавит многокамерный сенсор, на шпионский беспилотник, что экспоненциально увеличит площадь, за которой смогут наблюдать военные. Это представляет следующий большой шаг в развитии ударных БПЛА.

2011-03-11

Концепция Черного Ястреба от Сикорски

UH-60 Black Hawk (Черный Ястреб) садится, лопасти останавливаются. Экипаж, почти закончил свое дежурство, переключает вертолет в беспилотный режим и высаживаются. Черный Ястреб ищет и подключается к ближайшей наземной станции, загружает предварительно запрограммированную задачу и взлетает чтобы найти и подобрать первый груз.

2011-03-11

Китай разрабатывает ударные БПЛА

Китай наращивает производство беспилотных летательных аппаратов очевидно, чтобы догнать США и Израиль в разработке технологий, которые считаются будущим в военной авиации. Западные представители министерств обороны и эксперты, были удивлены увидев более 25 разных моделей БПЛА Китайского производства, представленных на Чжухайском авиашоу. На этой выставке было представлено рекордное количество БПЛА, для страны которая впервые представила концепт БПЛА на такой же выставке только 4 года назад и показали небольшое количество аппаратов в 2008 году.

2011-01-25

X-37B OTV (Orbital Test Vehicle) - корабль многоразового применения

Осуществлён запуск ракеты-носителя Atlas V EELV (Evolved Expendable Launch Vehicle) c экспериментальным космическим кораблём многоразового применения X-37B OTV (Orbital Test Vehicle) ВВС США, сообщила пресс-служба ВВС США, 22 апреля 2010 года с 41 стартового комплекса космодрома на мысе Канаверал силами 45 космического крыла. В пятницу, после семи месяцев в космосе, секретный беспилотный космический самолет Х-37В ВВС США вернулся на землю, завершая дебютный полет, покрытый секретностью...

2011-01-24

Роботизированная подводная лодка откроет тайны Антарктики

Место назначения: шельфовый ледник Росса, выступающий с западной части Антарктики. Ученые надеются обнаружить новые свидетельства таяния ледников и другие интересные процессы в той части океана, которая скрыта ледниковым шельфом, омываемым изнутри теплыми морскими течениями. Этот робот спроектирован для работы в таких местах, где никогда не был человек и, возможно, никогда не будет, - говорит Росс Пауэлл, геолог Университета Северный Иллинойс. Пауэлл представил возможности мини субмарины на осенней встрече Американского Геофизического Союза в 2010г.

2011-01-23

Оборонное ведомство Израиля планирует использовать беспилотный вертолет для эвакуации раненых

ВВС и Медицинский корпус Сил Обороны Израиля (IDF) в рамках долгосрочной программы совместно работают над совершенно новым средством доставки раненых. Прозванный Воздушным мулом, беспилотный вертолет разрабатывается компанией Urban Aeronautics в г. Явне и, обладая единственным двигателем вертикального взлета и посадки, уже прошел первый успешный этап испытаний в полете, который включает в себя автономное зависание в воздухе. Всего их у Мула на данный момент насчитывается 40 попыток, а также 10 часов налета.

2011-01-22

БПЛА «Global Observer» совершил первый полет на водородном топливе

6 января 2010г. Военно-воздушная база ВВС США Эдвардс. БПЛА "Глобальный наблюдатель" (от англ. "Global Observer" - далее ГН), оснащенный двигателем на водородном топливе, впервые осуществил свой первый полет. Это событие знаменует новую веху в истории беспилотной аэронавтики - начало испытаний высотных и продолжительных полетов в рамках программы под названием "Демонстрация Объединенных Технологических Возможностей" от английского The Joint Capability Technology Demonstration, созданную Министерством обороны США, Департаментом Национальной Безопасности и компанией AeroVironment в сентябре 2007 года.