Исследователи Цюрихского университета разработали алгоритм, вычисляющий оптимальные по времени траектории полёта, и установили его на дрон. В ходе испытаний на гоночной трассе беспилотник обогнал двух опытных пилотов-людей.

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) становятся неотъемлемой частью человеческой жизни. Их применяют во время военных действий, поисково-спасательных операций, полётов на Марсе, для обнаружения гравитационных волн, доставки лекарств и множества других задач. Для их выполнения БПЛА должен обладать подходящими техническими возможностями, включая способность ориентироваться в пространстве без оператора-человека.

В зависимости от типа БПЛА, заряда устройства хватает на полёт от нескольких минут до полутора часов. За это время оператор или автономный беспилотник должен успеть выполнить поставленную задачу и вернуться на базу, которая может находиться в нескольких километрах от места действия. Для удовлетворения подобных требований инженеры Цюрихского университета создали алгоритм с упором на два ключевых параметра БПЛА — скорость полёта и точность траектории.  

Большая часть беспилотных систем основана на формировании траектории к путевым точкам, по которой движется беспилотник. При создании своего алгоритма исследователи немного изменили этот подход. Их система даёт команду дрону обойти путевые точки, но не указывает, как именно он должен это сделать. Алгоритм БПЛА использует систему камер с машинным зрением для определения положения в текущий момент времени и на основе этой информации самостоятельно выстраивает траекторию полёта. 

Для проверки системы авторы испытали алгоритм на экспериментальной гоночной трассе. Один и тот же БПЛА обходил трассу в двух режимах: при включенной автономной системе и под управлением двух пилотов-людей мирового класса. Перед испытаниями пилоты обкатали трассу, чтобы определить для себя наилучшие траектории полёта. 

Несмотря на предварительные тренировки пилотов, алгоритм оказался точнее и быстрее ручного управления. По словам исследователей, как только система находит оптимальную по времени траекторию, она многократно воспроизводит её с практически одинаковой точностью. Люди не могут с такой же точностью повторять пройденный путь.

Перед коммерциализацией проекта исследователи планируют повысить скорость работы системы. Сейчас с расчётом оптимальной по времени траектории дрон справляется примерно за час. Кроме того, для навигации устройство опирается исключительно на внешние камеры и машинное зрение. В дальнейшем авторы планируют добавить на БПЛА бортовой компьютер.     

Материалы работы опубликованы в статье «Time-optimal planning for quadrotor waypoint flight» в журнале Science Robotics DOI 10.1126/scirobotics.abh1221.