Группа инженеров Гонконгского университета представила беспилотный летательный аппарат SUPER , способный маневрировать в незнакомом пространстве на немыслимых скоростях. SUPER мгновенно реагирует на препятствия благодаря умной системе восприятия и алгоритмам на базе ИИ. Ученые видят в этом важный шаг вперед: уже сейчас их разработка готова покинуть лабораторию и приступить к реальным задачам.
Конструкторы оснастили SUPER легким трехмерным сканером, который точно определяет препятствия на большом расстоянии. Встроенная система планирования строит траектории движения напрямую по облаку точек от датчика, что обеспечивает безопасность даже на максимальных скоростях. Инженеры уделили особое внимание миниатюризации всех элементов, чтобы сохранить маневренность.
При каждом пересчете маршрута система генерирует две траектории: безопасную для заведомо свободного пространства и скоростную для всех остальных зон. Бортовой компьютер динамически переключается между ними, выбирая оптимальный момент перехода. Частоту сбоев благодаря этому снизилась в 35,9 раза, и вдвое сократилось время вычислений. В результате SUPER развивает скорость более 20 метров в секунду, уверенно лавируя между крупными объектами и тонкими ветками в узких проходах.
Природа давно нашла идеальное решение: птицы виртуозно летают в густых зарослях, ни с чем не сталкиваясь и справляясь с любыми крутыми поворотами. Инженеры пытаются повторить это чудо в беспилотных системах. Собенно в тех, что применяются для спасательных операций. Однако до сих пор все упиралось в простое противоречие: чем выше скорость, тем опаснее полет.
Прошлые попытки решить проблему не увенчались успехом. Одни разработчики рассчитывали маршруты заранее или использовали машинное обучение, но их дроны могли летать только по знакомым трассам. Другие делали ставку на безопасность, разрешая полеты лишь в проверенных зонах или заставляя технику тормозить у каждого препятствия.
Гонконгские инженеры пошли другим путем. Их машина просчитывает сразу два варианта маршрута: один безопасный, второй – скоростной. Вычислений для этого нужно больше, зато аппарат летает максимально быстро и всегда имеет путь к отступлению.
Большинство микролетательных аппаратов ориентируются с помощью камер, страдающих от размытия при движении, ограниченного радиуса действия и проблем в темноте. SUPER преодолел и эти ограничения благодаря легкому трехмерному лидару и продуманной системе навигации. Сканер формирует точную объемную картину окружающего пространства при любом освещении.
Машина мчится со скоростью 20 метров в секунду через полосу препятствий без единого касания. В лесных условиях она мастерски облетает стволы, ветви и другие преграды, не теряя из виду движущуюся цель – например, человека.
Привычные беспилотники со сканерами отличались внушительными размерами и весом из-за массивных дорогих датчиков. SUPER сломал этот стереотип: легкий корпус и компактный Livox MID360 позволили достичь отличного соотношения тяги к весу. Инженеры также поработали над обтекаемостью корпуса, чтобы воздух не тормозил аппарат на высокой скорости.
Вместо того чтобы строить подробные карты пространства, система быстро находит свободные зоны по облаку точек. На это уходит всего 1-5 миллисекунд. Для расчета траекторий используются более простые и быстрые методы, чем раньше, – это снижает нагрузку на процессор и повышает надежность полета.
Бортовой компьютер постоянно следит за показаниями датчиков и обновляет карту местности. Благодаря этому дрон мгновенно замечает новые препятствия и меняет курс. Даже в тесном пространстве он находит оптимальный путь.
Благодаря лидарно-инерциальной одометрии аппарат не зависит от спутниковой навигации и уверенно чувствует себя в помещениях, пещерах и других местах без сигнала GPS.
Инженеры считают, что с появлением более легких и дальнобойных сканеров их аппарат сможет еще увереннее лавировать в узких местах. Они уже улучшают аэродинамику и учат систему предугадывать траекторию движущихся объектов. Это сделает полеты еще безопаснее.
SUPER пригодится везде: от проверки состояния промышленных объектов до поиска людей в завалах. Главное преимущество – способность уверенно действовать в любой незнакомой обстановке.