В Политехе обучают роботов самостоятельно принимать решения

Большой рой – большие мощности

– Вот у нас есть пять таких беспилотных летательных аппаратов, – директор центра Сергей Сусарев держит на ладони небольшой квадрокоптер. – Наша цель – связать их в один рой, создать интеллектуальную систему, позволяющую им во время выполнения определённой задачи самостоятельно принимать решения и распределять между собой действия, приспосабливаясь к разным, изменяющимся условиям.

Это одно из трёх направлений исследований, которыми заняты сегодня специалисты центра. Во время испытаний на полигоне рою из пяти дронов поручают облететь территорию. В ходе эксперимента испытатели в режиме реального времени специально создают для БПЛА различные проблемы – например, исключают из роя один аппарат. Остальные должны распознать потерю функциональной единицы системы, распределить задачи между оставшимися и продолжить выполнение программы.

– Пока нам удалось объединить в рой пять аппаратов, – продолжает Сусарев. – Чтобы их было больше, надо решать проблемы создания более мощной связи и вычислительных ресурсов на дронах. Вообще, чем крупнее рой, тем большие мощности необходимы.

Сейчас сильное впечатление на публику производят световые шоу дронов, в которых могут участвовать несколько тысяч аппаратов. Однако на деле это не то, к чему стремятся наши разработчики. Дело в том, что на таких шоу рой имеет заранее запрограммированную траекторию поведения, включает в нужное время определённые цвета подсветки и т.д. Это просто вопрос точного позиционирования. Политеховцы же хотят сделать систему, которая сама принимает решения, выстраивая оптимальный алгоритм поведения в зависимости от задачи и с учётом проблем, которые возникают при её выполнении.

Внутри сложнее, чем снаружи

Второе направление работы нашего центра – создание системы мониторинга с использованием дронов в закрытых пространствах. Применение БПЛА в помещениях ещё не получило такого широкого развития, как при наружных работах. Это связано с рядом технических сложностей.

Внутренние помещения часто имеют сложные планировки с множеством препятствий (мебель, стены, двери и пр.). Это требует более точных навигационных систем и сенсоров. Обычные GPS-системы здесь не работают, вместо них нужны технологии визуальной или инерциальной навигации.

Не зная расположения конкретных препятствий в помещении, дрон в режиме реального времени должен исследовать пространство, построить цифровую трёхмерную карту помещения, пройти по маршруту и вернуться назад. При этом он может распознавать находящиеся вокруг него объекты. Другими словами, аппарат при решении такой задачи предоставлен самому себе. Для успешной эксплуатации в закрытых пространствах БПЛА должны быть достаточно компактными и манёвренными, что накладывает ограничения, в частности, на их грузоподъёмность.

Разработки, позволяющие расширить возможности дронов в закрытых пространствах, уже сейчас востребованы, например, при спасательных работах в пещерах и завалах, обследовании тоннелей метро и дымовых труб, для проверки внутренних стенок огромных промышленных ёмкостей на предмет трещин и прочих дефектов.

– Мне известно о множестве подобных разработок в других странах, но вживую ни одной действующей я пока не видел, – говорит Сергей Сусарев. – Сейчас мы заняты созданием программ и алгоритмов управления. Ведь это только со стороны кажется простым. Дрон не может просто взять и полететь. В помещении ему придётся использовать компьютерное зрение, видеть всё вокруг себя. В этом сложность.

Рой роев

Третье направление работы центра – создание универсальной интеллектуальной системы, объединяющей и единовременно управляющей всеми видами роботов в космосе, в воздухе, на земле и воде, которые могли бы общаться между собой в режиме реального времени.

Представим себе группировку автономных малых космических аппаратов, выполняющую патрулирование водного пространства. При обнаружении объектов интереса в одном из районов она оперативно оповещает группировку беспилотных летательных аппаратов, которая адаптивно перестраивает планы с учётом других текущих целей и выдвигается в обозначенный район. По результату уточнённого обследования туда же отправляется группировка безэкипажных надводных или подводных катеров.

Как отмечают специалисты, такая инновационная система будет построена как открытый к расширению и развитию «рой роев» различных роботов, которые смогут обеспечить коллективное принятие решений для достижения поставленных целей.

Летом 2024 года на Сахалине состоялся проектно-образовательный интенсив «Архипелаг–2024». В нём приняли участие свыше четырёх тысяч человек из 78 регионов. На Сахалин съехались специалисты в области авиационных систем, биотехнологий, креативной экономики. Команда Политеха наряду с представителями ещё 14 вузов России участвовала в соревнованиях по кибериммунной автонономности.

Участникам надо было спроектировать программное обеспечение дрона с использованием принципов кибериммунной защиты, которое позволило бы аппарату противостоять кибератакам
и выполнить поставленную задачу, несмотря на попытки хакеров этому помешать. По словам политеховцев, «там было много интересных моментов». В результате наша команда заняла четвёртое место.