DARPA создаёт автономных дронов

По заказу DARPA и в сотрудничестве с Лабораторией реактивного движения NASA в Пенсильванском университете разработаны полностью автономные дроны. В отличие от традиционных беспилотников, они способны ориентироваться в незнакомой местности без предварительно загруженных карт и внешнего управляющего компьютера. Пилотирующий ИИ разместили в крошечном корпусе, и он успевает реагировать на препятствия едва ли не лучше, чем оператор.

За последние годы мы так привыкли к беспилотникам, что уже перестаём обращать на них внимание. Одними управляют люди, а другими – мощные компьютеры. В обоих случаях связь с управляющим блоком осуществляется по беспроводному каналу, и это самое уязвимое место. Есть множество способов перехватить управление дроном, просто заглушив канал и передав ему свои команды. Поэтому Министерство обороны США всерьёз озаботилось тем, чтобы беспилотники следующего поколения стали самодостаточными.

Экспериментальные дроны из Пенсильванского университета выполнены по схеме квадрокоптеров с парой камер и изменяемым набором встроенных датчиков, который может включать лазерный дальномер, барометрический альтиметр и GPS-приёмник.

При разработке беспилотников основным требованием DARPA была их “живучесть”, поэтому дроны также оснащены гиростабилизированной платформой и инерциальной системой отсчёта (IMU). Благодаря последней они продолжают ориентироваться в условиях глушения сигнала спутниковой навигации.

В состав IMU входит гироскоп, акселерометр, цифровой компас и барометр. Благодаря такой высокоинтегрированной схеме самый маленький дрон обладает массой всего в 20 грамм. Компенсировать порывы ветра и реагировать на внезапные препятствия он не успевает из-за слабого процессора, однако кроха способна летать в помещениях со скоростью до 6 м/с.

Самый большой дрон экспериментальной серии получился массой около 2 кг. Он нашпигован мощной электроникой и может самостоятельно перемещаться практически в любых условиях. Во время тестов он без проблем облетал здания, пролетал над фермами и кружил между деревьев.

Новые беспилотники базируются на платформе Qualcomm Snapdragon, широко применяемой в смартфонах и планшетах. Её вычислительной мощности хватает для управления полетом в реальном времени. Дроны сами составляют трехмерную карту при помощи двух широкоформатных камер. Одна из них направленна вперед, а другая – вниз, что обеспечивает 50-градусный угол обзора с постоянным контролем горизонта.

Эти же камеры служат источниками данных о глубине панорамы за счёт стереоскопического эффекта. Ядра Snapdragon эффективно распределяют задачи. Они постоянно выполняют визуально-инерциальную одометрию, анализируя последовательность изображений от камер и добавляя к ним показания инерциальной системы.

Для испытания скоростных характеристик и манёвренности новых беспилотников в NASA JPL была построена трасса, изобилующая препятствиями. Пройти её предлагалось как автономным новинкам, так и дрону с ручным управлением, которого пилотировал профессиональный UAV-гонщик Кен Лу.

В начале Кен совершил ряд ошибок и показывал очень разные результаты на каждом круге. Только привыкнув к трассе, он смог провести по ней свой беспилотник за 11,1 секунды без нарушений. Автономные дроны уступили ему 2,8 секунды, но двигались всегда аккуратно и сразу показали хорошее время.

Автор статьи: Андрей Васильков

Источники: http://www.grasp.upenn.edu/projects/autonomous-micro-uavs
http://www.nasa.gov/feature/jpl/drone-race-human-versus-artificial-intelligence

Изображения взяты с: NASA JPL, NASA/JPL-Caltech.