MIGHTY: дроны MIT научились мгновенно перестраивать маршрут среди завалов

На рисунке показаны несколько маршрутов полёта, когда БПЛА стартует с центра и летит к 24 целям (точкам по периметру). Пути полёта в основном красные и заканчиваются холодными цветами, что свидетельствует о снижении скорости. Радужные области символизируют препятствия, а более холодные цвета — более высокие препятствия. Фото предоставлено исследователями.

Главная проблема автономных БПЛА в разрушенных помещениях заключается в необходимости одновременно избегать внезапно появляющихся препятствий и не терять оптимальный маршрут. Большинство существующих систем идут на компромисс: либо быстро строят траекторию, но плохо адаптируются к изменяющейся обстановке, либо требуют огромных вычислительных ресурсов и дорогостоящего программного обеспечения.

MIGHTY решает эту задачу иначе. Вместо фиксированного расчёта времени полёта система одновременно оптимизирует и сам маршрут, и скорость прохождения траектории. Для этого используется математическая модель на основе сплайнов Эрмита, позволяющая дрону непрерывно корректировать своё движение без резких манёвров.

f(t)=h₀₀(t)P₀+h₁₀(t)M₀+h₀₁(t)P₁+h₁₁(t)M₁

Такой подход делает полёт не только быстрее, но и безопаснее: беспилотнику не приходится резко ускоряться при обходе препятствий ради соблюдения заранее заданного времени прибытия. Особенно важно то, что система работает полностью на бортовом компьютере дрона и не зависит от внешней инфраструктуры или удалённых серверов.

Разработчики подчёркивают и другое преимущество проекта — открытость. В отличие от коммерческих решений стоимостью в сотни тысяч долларов, MIGHTY распространяется как open-source-система и не требует проприетарных пакетов. По словам ведущего автора исследования, аспиранта Kota Kondo, это должно «демократизировать высокопроизводительное планирование траекторий» и сделать технологию доступной для исследователей и компаний по всему миру.

Работа над системой во многом вдохновлена событиями аварии на АЭС «Фукусима-Дайити» после Великого восточно-японского землетрясения. Кондо вспоминает, как в детстве наблюдал по телевизору за ликвидаторами, вынужденными работать в опасных радиоактивных зонах. Именно тогда у него возник интерес к роботам, способным выполнять миссии там, где человеку находиться слишком рискованно.

В испытаниях MIGHTY показал заметное преимущество над современными системами. Планировщик потребовал примерно на 10% меньше вычислительных ресурсов, при этом дроны достигали цели примерно на 15% быстрее. В реальных тестах беспилотники развивали скорость до 6,7 м/с, успешно обходя все препятствия на маршруте.

Разработчики считают, что технология будет востребована не только в поисково-спасательных операциях. Система может применяться для городской доставки, облёта сложной инфраструктуры, инспекции ветрогенераторов и промышленных объектов, где беспилотникам приходится маневрировать в тесных и непредсказуемых пространствах.

Профессор Davide Scaramuzza из University of Zurich, не участвовавший в проекте, отметил, что MIGHTY фактически переосмысливает сам способ представления траекторий в мобильной робототехнике. По его словам, объединённая оптимизация геометрии маршрута, времени, скорости и ускорения даёт роботам значительно больше свободы для выполнения быстрых и динамически устойчивых движений в сложной среде.