Китайские инженеры научили рой дронов передвигаться по лесу и продемонстрировали это на примере полета в зарослях бамбука. Беспилотники постоянно обмениваются информацией и летят как единый отряд, но при этом могут немного отклоняться от общей траектории, если на пути оказалось препятствие.

Статья опубликована в Science Robotics.

Небольшие мультикоптеры ценны сами по себе, но если объединить их в рой, с помощью него можно быстро и эффективно решать разные задачи на большой территории. Особенно роями дронов интересуются военные, которые уже испытывают их для разведки. Часто отряды из нескольких дронов (или даже нескольких десятков) предлагают использовать в зданиях или в местах с множеством препятствий. Работа даже одного дрона в таких условиях не так проста и требует развитых алгоритмов для отслеживания объектов и перепланирования траектории «на лету», а в случае с роем к этим трудностям добавляется как вероятность столкновения дронов друг с другом, так и то, что они должны отклоняться от общей траектории, но при этом не выбиваться слишком далеко из группы.

Группа китайских инженеров, которую возглавили Чао Сюй (Chao Xu) и Фэй Гао (Fei Gao) из Чжэцзянского университета, разработала новый дрон и метод, позволяющий сразу нескольким таким аппаратам эффективно летать в качестве роя.

Алгоритм получает от пользователя цель или последовательность целей и планирует траекторию так, чтобы перемещаться в сторону текущей цели. Помимо цели в виде местоположения у алгоритма есть другие цели, такие как наименьшие время полета и отклонения от заданных маршрута и формы роя, а также ограничения, такие как возникающие на пути препятствия.

Разработанный авторами алгоритм рассматривает эти цели и ограничения как набор штрафов, и его задача заключается в построении такой траектории, чтобы минимизировать их. При этом вес каждого параметра может быть разным, например, у препятствий он максимальный, потому что столкновение с ними, скорее всего, приведет к концу полета.

Во время полета дроны используют визуально-инерциальную навигацию, то есть используют данные с камеры и блока с акселерометром и гироскопом. Кроме того, они в реальном времени строят 3D-карту местности. Поскольку рой состоит из сразу нескольких дронов, не использующих GPS, в их навигационных показаниях могут накапливаться ошибки, которые могут привести к столкновению. Чтобы избежать этого, а также поддерживать заданную форму роя, инженеры встроили в дрон UWB-приемопередатчики, дающие дронам относительно точные данные о взаимном расположении.

Xin Zhou et al. / Science Robotics, 2022

Примечательно, что авторы создали свой дрон. Он построен по конструкции квадрокоптера и оснащен мощной электроникой: компьютером NVIDIA Xavier NX, камерой глубины Intel RealSense D430 и полетный контроллер PX4 autopilot. Масса дрона составляет 300 грамм, а его аккумулятора хватает на 11 минут полета.

Инженеры показали несколько роликов, в которых 10 дронов без предварительной карты и GPS-сигналов перемещаются по лесу, огибая препятствия и при этом глобально сохраняя структуру роя. Также они продемонстрировали, как дроны могут справляться с подвижными препятствиями и следовать за человеком.