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

2015-09-08

Специализированная экспозиция «Беспилотные многоцелевые комплексы»Специализированная экспозиция «Беспилотные многоцелевые комплексы»

В рамках XIX Международной выставки средств обеспечения безопасности государства «Интерполитех–2015» будет представлена специализированная экспозиция «Беспилотные многоцелевые комплексы».

2015-09-02

Американцы запустили «стаю» из 50 беспилотников

Лаборатория ARSENL Школы повышения квалификации офицерских кадров ВМС США провела испытания собственного программного обеспечения, которое позволяет множеству беспилотных летательных аппаратов выполнять полеты в «стаях». Об этом говорится в сообщении ВМС США. При помощи этой программы испытатели одновременно подняли в воздух «стаю» из 50 беспилотников, которые затем выполняли полеты двумя «подстаями» по 25 аппаратов в каждой.

2015-08-27

Экологи предложили использовать беспилотники для наблюдения за жизнью в дикой природе

Радиометки многие годы помогают учёным-экологам следить за передвижениями животных, однако сам процесс мониторинга по-прежнему требует больших временных и материальных затрат. Группа специалистов из Австралийского национального университета во главе с Дебби Сондерс (Debbie Saunders) проводила долгие годы в попытке отслеживать передвижения небольших птичек, однако теперь их работа должна стать значительно легче. Учёные разработали первый беспилотник, который способен самостоятельно отслеживать сигналы, исходящие от радиометок.

2015-08-26

Закон и БЛА

В настоящий момент в России рассматривается законопроект № 752189-6 «О внесении изменений в Воздушный кодекс Российской Федерации в части использования беспилотных воздушных судов».

2015-08-26

Воздушный шар с мотором

Принципиально новый подход к созданию беспилотных летательных аппаратов разработала швейцарская компания Flyability. Её проект называется GimBal – это уникальный защищенный от столкновений или, как называют его сами разработчики «collision tolerant», дрон. Его инновационность в том, что все хрупкие части механизма заключены в легкую но в то же время прочную углеродную сетку в виде сферы, которая в свою очередь предотвращает их взаимодействие с окружающими предметами.

2015-08-21

Новый беспилотник сможет превращаться в субмарину

Недавно главное американское Патентное бюро (The United States Patent and Trademark Office, USPTO) утвердило заявку на патент от инженера Натана Хиллера (Nathan Hiller) и компании Boeing на транспортное средство для «быстрого развертывания в воздухе и водного механизма одновременно». Другими словами, компания запатентовала модель беспилотного летательного аппарата с дистанционным управлением, который может трансформироваться в субмарину.

2015-08-11

В NASA разрабатывают дронов для поиска полезных ископаемых на Луне и Марсе

На первый взгляд аппарат на фотографии может показаться обычным квадрокоптером, однако этот роботизированный летательный аппарат NASA будет предназначаться «для поиска и сбора образцов почв на других планетах и в тех местах, куда обычные наземные роверы будут не в состоянии добраться».

2015-08-10

Технические тенденции 2015 года: БЛА

Существует множество технологических достижений, разработанных для повышения возможностей выигрывать войны или защищать национальные интересы – радиолокация, управление воздушным транспортом, компьютеры, ядерная физика, спутники, система глобального позиционирования (GPS), интернет.

2015-07-29

В ходе авиационной конвенции NASA была предложена концепция многополосного аэрошоссе для дронов

Компания Amazon представила концепцию многополосного воздушного шоссе для дронов с единым центром контроля за движением и ограничениями по скорости и высоте.

2015-07-24

"Рой" беспилотников - всевидящий и живучий

Множество дешевых автоматических беспилотников с разведывательными модулями на борту не "проспят" воздушные цели-невидимки на малых высотах. При этом принцип "камикадзе" обеспечивает высокую живучесть всей системы в условиях применения высокоточного оружия.