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

2020-04-21

«Широкий спектр боевого применения»: каким потенциалом обладают новейшие тяжёлые беспилотники России

В скором времени Вооружённые силы РФ получат три беспилотника большой продолжительности полёта «Орион». Об этом заявил генеральный конструктор компании — разработчика БПЛА (Группа «Кронштадт») Николай Долженков.

По его словам, на сегодняшний день уже подписан акт технической приёмки и передачи. «Орион» станет самым крупным строевым дроном российской армии. Благодаря этой машине Россия вступила в «элитный клуб» обладателей беспилотников класса MALE (Medium-altitude long-endurance), способных вести разведку и наносить удары.

2020-04-07

Новые методики изучения природы Арктики с помощью космоснимков и данных с беспилотников разработали на географическом факультете МГУ

С помощью спутниковых снимков и данных с беспилотников географы МГУ изучают, каким образом естественные природные изменения и деятельность человека влияют на природу Арктики.

Впервые для исследования выбранного региона ученые столь широко и комплексно используют открытые оптические и радиолокационные данные дистанционного зондирования Земли.

Это позволяет изучать современное состояние и динамику арктических экосистем с беспрецедентной частотой и детальностью.

2019-07-16

Почему на форуме «Армия-2019» не оказалось сенсаций

В подмосковном парке «Патриот» завершился международный военно-технический форум «Армия-2019». В экспозициях на стендах и на открытых площадках, как и в предыдущие годы, заметное место занимали беспилотные авиационные системы различного типа и класса. БЛА отечественной разработки, разумеется, превалировали. Вместе с тем обращали на себя внимание и некоторые зарубежные образцы.

2019-06-25

Ланцет — электрическая ракета: оружие, которое изменит войну

Ведущий российский производитель беспилотных аппаратов компания ZALA AERO, входящий в концерн «Калашников», представил на выставке «Армия 2019» семейство барражирующих боеприпасов «Ланцет», которые могут в корне изменить боевые действия ближайшего будущего.

2017-08-21

Концерн "Калашников" продолжает удивлять новыми продуктами

Концерн "Калашников" (входит в Ростех) продолжает удивлять новыми продуктами — возобновляет производство легендарных мотоциклов "Иж", создает боевые модули с нейросетевым интерфейсом, разрабатывает многотонных роботов. И это далеко не все, над чем сейчас работает крупнейший в России производитель стрелкового оружия.

2017-06-21

Концерн «Калашников» проводит испытания нового беспилотника с двигателем внутреннего сгорания

Концерн «Калашников», входящий в Госкорпорацию Ростех, проводит этап заводских летных испытаний оперативно-тактического комплекса беспилотной воздушной разведки и наблюдения ZALA 421-16Е5.

2017-04-13

Беспилотники применяются для учета численности охотничьих животных

Вопрос применения беспилотных летательных аппаратов для учета численности охотничьих животных Экологическим фондом изучался не один год. Это новое высокотехнологичное направление в учете диких животных в последние годы получило особенно интенсивное развитие.

2017-03-20

В Англии создают полицейский «отряд дронов»

В Англии начался набор в полицейский отряд, который будет управлять беспилотными летательными аппаратами для выполнения различных задач, направленных на борьбу с преступностью.

2017-02-21

Дронам поручили подсчет птиц

Исследователи из Геттисбергского колледжа (Пенсильвания, США) предложили использовать малые беспилотники для подсчета птиц в труднодоступных районах. Статья опубликована в The Auk.

2017-02-11

Государственным беспилотникам написали военный устав

Российское военное ведомство разработало правила эксплуатации летающих дронов для всех федеральных органов исполнительной власти. Федеральные авиационные правила производства полетов беспилотных летательных аппаратов государственной авиации (есть в распоряжении «Известий») регламентируют практически все аспекты применения БПЛА. Начиная от их технического обслуживания и правил воздушного движения и заканчивая временем отдыха операторов и опасными погодными явлениями. Сейчас документ проходит согласование в профильных министерствах и ведомствах.