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

2016-02-13

Пентагон закрывает программу по разработке боевых беспилотников

В ближайшем будущем новейшие боевые беспилотники не будут летать над мировыми океанами. Проект бюджета Министерства обороны США на 2017 год, опубликованный 9 февраля, предполагает свертывание инициированной еще в конце 1990-х годов программы по разработке оснащенных бомбами беспилотных летательных аппаратов, способных подниматься в воздух и садить на палубу авианосцев ВМС США.

2016-02-08

Беспилотники и совместное использование воздушного пространства: домыслы и реальность

В декабре 2015 г. в России был принят закон об изменениях в Воздушном кодексе в части использования и регистрации беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Закон призван положить начало регулирования массового распространения БПЛА и ограничить их бесконтрольное использование. За управление и эксплуатацию незарегистрированных беспилотников во многих странах предусматриваются высокие штрафы.

2016-02-06

Китайские дроны могут изменить расклад сил на Ближнем Востоке

Китай быстро становится одним из лидеров международной гонки за первенство в производстве беспилотников. Аппараты китайского производства уже играют ключевую роль в разных районах Ирака, Сирии, Пакистана и Северной Кореи.

2016-02-02

Беспилотник Loon Copter может летать, плавать и нырять

В мире сейчас существует множество различных видов беспилотных аппаратов. Некоторые из них могут только летать, вторые - плавать, а третьи - нырять под воду, подобно субмаринам. Меньшее количество типов беспилотников способно совмещать два вида передвижений, к примеру, летать и перемещаться по поверхности. А аппараты, которые стали появляться только в последнее время и которые способны летать, плавать и нырять, можно пересчитать буквально по пальцам.

2016-01-28

Полиции предлагают взять на службу дроны

Член Общественной палаты РФ, заместитель председателя комиссии по безопасности и взаимодействию с ОНК Дмитрий Чугунов представил МВД России пакет предложений по внедрению высоких технологий для повышения эффективности работы полиции.

2016-01-17

Как помешать террористам использовать беспилотники

Террористические атаки с помощью беспилотников можно смело добавлять в список того, чего мы должны бояться в будущем. Oxford Research Group опубликовала отчёт на эту тему, добавив в него список возможных контрмер, которые стоит принять в Великобритании.

2016-01-15

Эквадор делает ставку на белорусские беспилотники

Беларусь и Эквадор продолжают обсуждать проект совместного предприятия по выпуску беспилотных самолетов. Данный вопрос обсуждался 14 января в Минске на встрече заместителя председателя Государственного комитета по науке и технологиям Беларуси Петра Балтруковича и посла Эквадора в Беларуси Карлоса Ларреа Давила.

2016-01-12

Командующий ВВС США в Европе: беспилотники не заменят полностью пилотируемую авиацию

Авиация в обозримом будущем останется пилотируемой, а беспилотные летательные аппараты (БПЛА) будут играть хотя и важную, но ограниченную роль. Такое мнение высказал в беседе с журналистами командующий ВВС США в Европе генерал Фрэнк Горенк, занимающий также пост командующего ВВС НАТО и командующего операциями ВВС США в Африке.

2016-01-04

По каким правилам будут летать БЛА в России и в мире

В предпоследний день 2015 года был подписан федеральный закон «О внесении изменений в Воздушный кодекс Российской Федерации в части использования беспилотных воздушных судов».

2015-12-28

Нужна универсальная методика использования БПЛА для картографии. Смирнов А. (МИИГАИК)

Алексей Смирнов – аспирант МИИГАиК и менеджер Отдела Технической Поддержки фирмы «РАКУРС». Уже 4 года он работает над универсальной методикой использования беспилотных летательных систем для картографических задач. Помимо практической, методика имеет образовательную функцию: освоив ее, специалист поймет, как подобрать аппарат для своих задач, спланировать его полетное задание, обработать данные и получить нужный результат. Почему такой методики до сих пор нет, кому и насколько она нужна, Алексей рассказал ГИС-Ассоциации.