Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны разработали алгоритм автономного полета для дронов, который позволит создать беспилотное аэротакси достаточно комфортное для людей-пассажиров. Работа исследователей опубликована в журнале IEEE Robotics and Automation Letters, а краткое ее изложение приводит IEEE Spectrum. Для того, чтобы пассажиры могли с комфортом летать на беспилотных аэротакси, швейцарцы добавили в алгоритм автономного полета возможность регулирования рывков.

Многие компании, выпускающие беспилотные летательные аппараты, занимаются и разработкой систем уклонения от столкновений для них. Прототипы этих систем уже работают достаточно эффективно. При этом для установки на перспективные беспилотные аппараты, на которых планируется перевозить пассажиров, такие системы совершенно не подходят. Дело в том, что для избежания столкновений дроны с такими системами могут переворачиваться в воздухе, резко тормозить, ускоряться и маневрировать.

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны пришли к выводу, что хотя новые системы и позволяют в широких пределах настраивать интенсивность торможения, скорость и крутизну маневров, они все равно не позволяют добиться комфортного полета с точки зрения пассажира. Дело в том, что такие алгоритмы не имеют настроек для рывков — набора или сброса скорости за краткий промежуток времени. Между тем, именно отсутствие рывков, по мнению исследователей, в значительной степени влияет на комфорт пассажиров.

В своем исследовании швейцарцы использовали стандартный алгоритм оптимального обоюдного избегания столкновения (Optimal Reciprocal Collision Avoidance, ORCA). Этот алгоритм разрабатывался Университетом Северной Каролины в Чапелл-Хилл и был впервые представлен в 2011 году. В настоящее время исходный код алгоритма распространяется свободно, его можно скачать на GitHub. Алгоритм ORCA используется не только в системах для дронов, но и для управления компьютерными персонажами в играх, например, Crysis 2 или Warhammer 40.000.

Алгоритм ORCA позволяет задавать для дронов несколько параметров, включая крейсерскую скорость, время прогноза а также опасную и безопасную дистанции. В полете дроны, оборудованные системами уклонения от столкновения под управлением ORCA, постоянно обмениваются друг с другом данными о маршруте полета, скорости и пространственном положении. На основании этих данных каждый аппарат просчитывает свое положение и положение других аппаратов на несколько секунд вперед.

Если рассчитанная ORCA траектория дрона пересекается с траекторией полета другого аппарата, алгоритм корректирует скорость полета и положение аппарата в пространстве. Работая на каждом из аппаратов в общем воздушном пространстве алгоритм позволяет им избегать столкновений и даже попадания друг друга в свои заданные зоны безопасности. В играх ORCA может управлять тысячами объектов, не позволяя им сталкиваться. В реальности работу алгоритма проверяли на нескольких десятках дронов.

Исследователи добавили в стандартный алгоритм ORCA новый параметр jerk. Тут используется игра слов, поскольку слово имеет несколько значений. В технике этот термин обозначает рывок, а со сленга это слово можно перевести как «придурок», «негодяй». Швейцарцы предположили, что параметр jerk следует сделать настраиваемым, чтобы пассажир сам определял для себя допустимый уровень комфорта при резких ускорениях. В целом параметр ограничивает именно перегрузки, возникающие при рывках — резких замедлении или ускорении.

Швейцарцы провели испытания доработанного алгоритма ORCA на десяти дронах. На испытаниях аппараты были выстроены в воздухе кольцом. Им дали задание поменяться местами пролетев через воображаемый центр кольца. Если бы беспилотники не были оснащены ORCA, в центре они бы все непременно столкнулись. Благодаря доработанному алгоритму дроны не только успешно выполнили задание, но при этом при корректировке скорости и маневрировании не совершали рывков.

Сегодня многие компании в мире занимаются разработкой концептов и проектов аэротакси — специальных легких летательных аппаратов, которые можно будет использовать для перевозки пассажиров внутри городов и в пригороде. Такого класса летательные аппараты, например, намерена использовать американская компания Uber Technologies. По предварительным оценкам, первые полеты аэротакси начнут выполнять в 2020–2025 годах. При этом такие летательные аппараты будут пилотируемыми.

Автор: Василий Сычёв