Автономные дроны летают стаей без центрального управления

Дроны слетаются в сумерках

(фото A. Korbely).

Учёные создали компьютерную модель птичьей стаи после установки крошечных GPS-трекеров на голубей

(иллюстрация Nature/Youtube).

Венгерская команда изобретателей создала беспилотники, способные летать как скоординированная стая. Исследователи, работающие под руководством Тамаша Вичека (Tamás Vicsek), физика из университета Этвоша Лорана в Будапеште, наблюдали, как десять автономных роботов поднялись в воздух с поля под Будапештом, носились в открытом небе, летая как стая птиц и даже следуя за вожаком, – и всё это без какого-либо центрального управления.

Летающие аппараты являются квадрокоптерами: у них четыре несущих винта, а в пространстве они ориентируются с помощью GPS-приёмников. Можно сказать, что роботы "общаются" друг с другом радиосигналами и таким образом определяют свои планы полёта.

Дроны, как правило, летают в одиночку. Некоторые исследовательские группы уже пытались скоординировать их в стаи, однако Вичек утверждает, что эти попытки были далеки от совершенства: либо испытания проходили лишь в ограниченных закрытых помещениях (а не в открытом небе), либо стая полностью контролировалась центральным компьютером.

По словам Вичека, единственная другая действительно автономная стая беспилотников была создана в 2011 году робототехником Дарио Флореано (Dario Floreano) из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне. Но его машины обладали неподвижными крыльями и могли летать лишь с постоянной скоростью; все члены стаи должны были находиться на разной высоте, чтобы избежать столкновения.

Дроны слетаются в сумерках
(фото A. Korbely).

"Это было похоже на рой, но всё же этот рой был далёк от тех явлений, что мы наблюдаем в природе, ведь аппараты не взаимодействовали друг с другом", – считает Вичек.

Его дроны, напротив, способны координировать свои движения с другими аппаратами, формировать вращающиеся кольца или прямые линии. Если Вичек направляет их к стене с небольшим отверстием в нём, они соберутся в очередь, чтобы протиснуться. Для работы над стаей исследовательская группа крепила GPS-трекеры к летающим голубям и наблюдала за их полётами.

Разработчики черпали вдохновение также в компьютерной программе под названием Boids, созданной в 1986 году Крейгом Рейнольдсом (Craig Reynolds), экспертом по компьютерной графике, ныне сотрудничающим с Калифорнийским университетом в Санта-Круз. В этой программе смоделированы виртуальные летающие объекты, которые движутся в соответствии с тремя правилами: разделение, выравнивание и сплочённость.

Учёные создали компьютерную модель птичьей стаи после установки крошечных GPS-трекеров на голубей
(иллюстрация Nature/Youtube).

Этих правил оказалось достаточно, чтобы произвести компьютерное моделирование птичьей стаи, но в реальности дроны столкнулись и с другими проблемами.

"Главные враги — это шумы и задержка", – объясняет Вичек. У сигналов GPS неудачное соотношение сигнал-шум, так что аппарату сложно безошибочно определить свою позицию. Также дрону нужно время, чтобы получить и обработать эти сигналы, а задержка означает, что беспилотники могут слишком сократить дистанцию или сбиться со своей траектории.

Дронам не удавалось действовать сообща до тех пор, пока команда не ускорила их время реакции. Сейчас роботы "сообщаются" друг с другом по радио, что иногда приводит к потере сигнала. Установка в каждом беспилотники камеры может упростить задачу.

"Не случайно у птиц, как правило, отличное зрение, – поясняет Вичек. – И нашим большим следующим шагом станет оборудование дронов "зрением", возможностью видеть друг друга".
Учёные утверждают, что планируют использовать свои аппараты в будущем исключительно в мирных целях: например, для доставки еды или посылок. И, кто знает, может быть, благодаря этой работе, однажды как птицы полетят пассажирские самолёты.

Также по теме:
Сокол вдохновил робототехников на создание цепкого беспилотника
Беспилотный летательный аппарат научили орлиным навыкам
В 2050 году самолёты будут летать стаями, как птицы
Робота-птицу накормили энергией солнца
Роботы-термиты самостоятельно построили фигурную стену
Американцы продемонстрировали манёвры роя из 20 миникоптеров
Новый квадрокоптер не боится столкновений ни в воздухе, ни на земле