Привязанные дроны обнаруживают препятствия с помощью ИИ
Зачем привязывать дроны? Одной из основных проблем автономных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) является ограниченное время полета.
Например, коптеры с электромоторами могут находиться в воздухе лишь несколько часов. Для круглосуточного наблюдения используются привязанные дроны, которые получают питание от наземного источника через кабель и передают данные по закрытому кабелю.
Но что делать, если привязанный дрон следует закрепить за движущимся транспортным средством? Возникает необходимость в сопровождении мобильной техники, и здесь появляются сложности с возможными столкновениями дрона или его кабеля с ветками, линиями электропередач и другими препятствиями. Журнал dronelife.com освещает исследования в этой области, в которых применяются технологии искусственного интеллекта (ИИ). Статья раскрывает один из направлений развития беспилотной авиации.
Привязанные к транспортным средствам дроны могут существенно помочь вооруженным силам, предоставляя визуальные и другие данные с высоты в различных условиях и ситуациях.
Проблемы привязанных дронов при движении
Одна из основных трудностей при использовании привязанных к движущимся транспортным средствам дронов - это опасность столкновения с препятствиями, такими как ветки деревьев или низко расположенные светофоры. Такие препятствия могут повредить дрон, кабель или само транспортное средство. Небольшая компания из Питтсбурга разрабатывает решение этой проблемы, применяя ИИ и алгоритмы машинного обучения, чтобы дроны могли «видеть» препятствия с безопасного расстояния и избегать их.
Обучение системы на симуляторе
KEF Robotics работает над созданием интеллектуальной системы для безопасного управления привязанными дронами. Компания использует симулятор Falcon, разработанный Duality AI, для создания различных сценариев обучения систем автономного управления с целью избегания препятствий в реальных условиях.
В рамках программы по разработке боевых машин нового поколения для армии США, KEF создает относительно недорогую систему на основе инфракрасных и электрооптических камер. Эта система способна обнаруживать линии электропередач и другие препятствия на пути движения транспортного средства и прикрепленного к нему дрона.
«Министерство обороны стремится перемещать технику через сложные городские условия на высоких скоростях, и наша задача — разработать систему, которая сможет обнаруживать опасности на достаточном расстоянии, чтобы планировать траекторию дрона и безопасно их избегать», — заявил Китчелл, генеральный директор KEF Robotics.
Этапы разработки системы избегания препятствий
KEF Robotics – одна из немногих компаний, конкурирующих за право создания системы избегания препятствий для армии. По словам генерального директора KEF Китчелла, разработка системы находится между стадией лабораторных испытаний и демонстрацией прототипа в реальных условиях.
«Мы уже интегрировали алгоритмы в наземные транспортные средства, но еще не проводили испытания с привязанным дроном и транспортным средством, обрабатывающим информацию одновременно», — отметил Китчелл. «Это критический этап».
Система включает множество камер, которые позволяют оператору строить детализированную карту окружающей среды. Одной из ключевых задач является обработка большого объема данных в режиме реального времени.
Преимущества привязанных дронов
Привязанные к транспортным средствам дроны обладают рядом преимуществ перед автономными беспилотниками. Китчелл отметил: «Привязанные дроны могут работать практически постоянно, получая питание от наземного транспортного средства. Также обеспечивается защищенный канал передачи данных между дроном и транспортным средством, что позволяет собирать данные на борту дрона и передавать их по кабелю Ethernet».
Для эффективного использования привязанных дронов в сочетании с боевыми машинами следующего поколения необходимо решить проблему обхода препятствий. Армия заинтересована в использовании современных методов компьютерного зрения для улучшения обнаружения опасностей.
Потенциальные сроки реализации проекта
KEF Robotics – одна из компаний, претендующих на контракт Министерства обороны США на разработку боевых машин следующего поколения. Ожидается, что окончательный отбор состоится в следующем году или в начале 2025 года.
Это означает, что полевые испытания системы KEF на новых автомобилях могут начаться через три-четыре года. Исследователи компании используют симуляторы Duality для создания цифровых двойников реальной среды, обучая программное обеспечение избегать возможных препятствий.
«Наша задача – создать эти среды, многократно проводить через них систему с нашими датчиками и оценить, какие алгоритмы и датчики будут наиболее эффективны», — пояснил Китчелл.
Требования к низкой стоимости
Армия США предъявляет строгие требования к стоимости единицы систем, разрабатываемых потенциальными поставщиками. Генеральный директор KEF Китчелл подчеркнул: «Не используйте инфракрасную камеру за 100 000 долларов. Попробуйте применить камеру за 7000 долларов, камеру EO за 600 долларов и компьютер, который можно купить в местном магазине».
Для удовлетворения этих требований, KEF использует камеры высокого разрешения для захвата визуальных изображений, избегая более дорогих технологий, таких как LiDAR или радар.
Требования к низкому излучению частот
Армия также требует минимального радиочастотного и электромагнитного излучения от систем. «Мы стремимся создать пассивную, более простую и экономичную систему», — пояснил Китчелл.
Последние достижения в области технологий сотовых телефонов привели к созданию компактных и мощных камер по доступным ценам. KEF экспериментирует с различными типами камер, полями обзора и модальностями, чтобы определить оптимальную конфигурацию для обнаружения опасностей на максимальном расстоянии.
«Например, чтобы обнаружить линию электропередачи на расстоянии 2 километров, какая камера потребуется? Каково должно быть поле зрения? Можно ли приобрести такую камеру сегодня?» — задается вопросом Китчелл.
Коммерциализация проекта
Несмотря на то, что Министерство обороны является основным спонсором разработки программного обеспечения для привязных дронов и первоначальное применение будет военным, конечная цель KEF — коммерциализация системы.
«Мы стремимся коммерциализировать все разработки KEF. Duality также проявляет большой интерес к этому», — отметил Китчелл.
