Дрон пролетел через качающийся обруч на большой скорости

Швейцарские инженеры разработали алгоритм управления квадрокоптером, позволяющий ему пролетать через быстро двигающиеся проемы. Статья принята к публикации в IEEE Transactions on Robotics, ее препринт опубликован на arXiv.org.

Серийно производящиеся дроны уже умеют избегать столкновений с препятствиями и огибать их, сканируя окружающую среду с помощью камер или других датчиков. Это позволяет безопасно снимать на дрон рядом с деревьями или стенами, но пока такие алгоритмы работают недостаточно быстро и точно, чтобы, к примеру, работать в гоночных FPV-дронах, помогая пилоту так же, как помогают водителям автомобилей системы экстренного торможения. Кроме того, эти алгоритмы, как правило, обучены отслеживать неподвижные предметы.

Группа инженеров из Цюрихского университета под руководством Давиде Скарамуцца (Davide Scaramuzza) уже не первый год создает алгоритмы для избегания столкновения с динамическими объектами. Мы рассказывали о том, как они научили дрон автономно летать по трассе с двигающимися воротами, но тогда алгоритм работал с большими и довольно медленными проемами. Теперь Скарамуцца и его коллега Юньлун Сун (Yunlong Song) создали новый алгоритм, позволяющий дрону адаптироваться к высоким скоростям (как своей, так и препятствия).

Алгоритм основан на классическом методе управления с прогнозирующими моделями, использующем обратную связь и адаптирующем траекторию движения к предсказываемому изменению состояния системы. Инженеры решили использовать контроллер на базе метода управления с прогнозирующими моделями и менять его высокоуровневые параметры с помощью нейросети (многослойного перцептрона).

Перед реальными полетами разработчики обучили нейросеть в симулированной среде с рамками, которые двигаются влево и вправо, как маятник. Задача виртуального дрона заключалась в том, чтобы пролететь через центр рамки, после чего цель менялась на новую — центр следующей рамки. После обучения инженеры собрали самодельный квадрокоптер на базе одноплатного компьютера Odroid XU4 и полетного контроллера Lumenier. Тесты показали, что обученный в виртуальной среде алгоритм работает и в реальном мире, позволяя дрону пролетать через двигающийся обруч. Стоит отметить, что пока метод не получится применять на практике, потому что дрон получал координаты себя и обруча от внешней системы слежения, установленной в помещении, а не от собственной камеры.

Впрочем, у этой группы есть и проект автономного дрона, избегающего столкновений (правда, статичных) на высокой скорости. Недавно мы рассказывали о том, как инженеры протестировали в лесу дрон, летающий со скоростью до семи метров в секунду и огибающий деревья.

Григорий Копиев