Katastrofu zonās iepriekš izplānota maršruta ievērošana var būt īpaši bīstama: kartes var būt nepilnīgas, gruveši var pārvietoties, bet jauns apdraudējums var parādīties jebkurā brīdī un no jebkura virziena. MIT izstrādātā navigācijas sistēma SANDO šādos apstākļos ap dronu veido drošu lidojuma koridoru, ņemot vērā iespējamo šķēršļu kustību nākotnē.

SANDO spēj plānot maršrutu nepazīstamā vidē un nodrošināt matemātisku garantiju, ka sadursme nenotiks, ja ir spēkā pētnieku izmantotie pieņēmumi. Sistēmai nav jāzina, kurā virzienā šķēršļi pārvietosies — tai nepieciešams tikai uzticams maksimālais ātrums, ar kādu tie varētu kustēties.

“Vienīgais, kas plānotājam jāzina, ir maksimālais ātrums, ko šķēršļi varētu sasniegt,” sacīja Kota Kondo, kurš nesen ieguvis doktora grādu aeronautikā un astronautikā MIT.

Ideja radusies pēc Fukušimas katastrofas

Kondo interese par robotiku katastrofu seku novēršanai aizsākās pēc Fukušimas kodolkatastrofas Japānā. Viņš stāsta, ka, vērojot glābšanas un seku likvidēšanas darbus kodolobjektā, domājis, kāpēc cilvēkiem jānonāk tik tuvu bīstamajai vietai un vai šo darbu nevarētu veikt citādi.

“Tas man ļoti palika prātā,” sacīja Kondo, kurš ir pētījuma vadošais autors. Pētījums publicēts žurnālā IEEE Transactions on Robotics.

Dronu lidojuma plānotāji parasti izmanto kameru un sensoru datus, lai aprēķinātu ceļu līdz galamērķim. MIT norāda, ka daudzām līdzšinējām sistēmām formālas drošības garantijas ir tikai tad, ja šķēršļi ir nekustīgi vai to atrašanās vieta ir zināma iepriekš. Citas sistēmas spēj izvairīties no kustīgiem objektiem, taču matemātiski negarantē, ka sadursme nenotiks.

Drošības koridors balstās uz iespējamo kustību

SANDO nepaļaujas uz vienu prognozi par to, kur šķērslis nonāks, bet plāno, ņemot vērā vairākas iespējas. Sistēma atklāj, grupē un izseko kustīgus šķēršļus, pēc tam ap katru no tiem izveido virtuālu sfēru. Tā attēlo attālumu, ko šķērslis noteiktā laikā varētu veikt jebkurā virzienā. Jo tālāk nākotnē plānotājs raugās, jo lielāka kļūst šī sfēra.

Pētnieki to salīdzina ar izklaidīgu gājēju. Tā vietā, lai pieņemtu, ka cilvēks turpinās iet taisni, sistēma atstāj vietu visām pozīcijām, kurās gājējs varētu nonākt, nepārsniedzot savu maksimālo ātrumu.

Ap šiem mainīgajiem drošības buferiem SANDO izveido savienotu, no šķēršļiem brīvu trīsdimensiju telpas reģionu virkni — drošības koridoru. Tā kā koridors laika gaitā mainās, sistēma spēj ņemt vērā arī apdraudējumus, kas drona ceļā varētu nonākt pēc maršruta sākotnējās aprēķināšanas.

“Tā kā mēs ņemam vērā arī laika komponenti, tagad varam garantēt drošību nākotnē,” sacīja Kondo.

Simulācijās sistēma apsteidza salīdzinājuma risinājumus

Atsevišķs plānotājs veido šķēršļu blīvuma siltuma karti. Tas atzīmē vietas, kur objektu ir daudz, un virza dronu uz mazāk noslogotiem maršrutiem. Drošības koridora ietvaros SANDO aprēķina ātrāko trajektoriju un, izmantojot drona borta datoru, nepārtraukti atjaunina gan koridoru, gan lidojuma ceļu.

MIT norāda, ka simulācijās SANDO galamērķi sasniedza ātrāk nekā vairāki mūsdienīgi salīdzinājuma risinājumi, vienlaikus izvairoties no sadursmēm visās pārbaudītajās vidēs. Izmēģinājumos ar reālu dronu sistēma 12 lidojumos izvairījās no visiem kustīgajiem šķēršļiem.

Garantija ir atkarīga no šķēršļu maksimālā ātruma

Tomēr 12 veiksmīgi lidojumi vēl nepierāda, ka sistēma ir gatava jebkurai katastrofu situācijai. Matemātiskā garantija ir spēkā tikai tad, ja šķēršļu ātruma ierobežojums atbilst realitātei. Objekts, kas pārvietojas ātrāk par noteikto robežu, nonāktu ārpus pētnieku aprakstītās garantijas.

Nākamajos soļos pētnieki varētu samazināt sistēmas aprēķinu slodzi un savienot SANDO ar mašīnmācīšanās sistēmām, kas pieņem norādes parastā valodā. Kondo pavadošajā video arī apraksta ieceri koordinēt vairākus dronus, lai tie dalītos ar novērojumiem un sadalītu meklēšanas uzdevumus.

Mērķis nav tikai pasargāt vienu lidaparātu. Ja SANDO izrādīsies uzticama arī ārpus laboratorijas, tā varētu palīdzēt glābējiem ātrāk pārmeklēt bīstamas vietas, pirms tajās jāieiet cilvēkiem. Sistēmu varētu izmantot arī dronu vadīšanai sagruvušās ēkās, raktuvju tuneļos un blīvi apdzīvotos rajonos.