Исследователи Массачусетского технологического института разработали систему автономной навигации SANDO для беспилотных летательных аппаратов. Она позволяет прокладывать безопасный маршрут в незнакомой среде, где препятствия могут двигаться непредсказуемо. Метод может применяться при поисково-спасательных операциях, исследовании шахт и доставке посылок в районах с плотным движением.
Система строит вокруг аппарата временной безопасный коридор — последовательность связанных участков трёхмерного пространства, свободных от препятствий. Для оценки будущего положения движущихся объектов SANDO использует известную максимальную скорость каждого из них. Вокруг препятствия формируется сфера, охватывающая максимальное расстояние, которое оно способно пройти за определённый промежуток времени.
«В самой сложной среде, где у беспилотного летательного аппарата нет карты местности, а вокруг перемещаются неизвестные препятствия, мы установили математическую гарантию безопасности. Планировщику нужно знать только максимальную скорость, которую могут развивать препятствия. Имея эти данные, его можно использовать в любой среде без карты, зная, что аппарат ни с чем не столкнётся», — заявил Кота Кондо, недавно получивший докторскую степень по аэронавтике и астронавтике в MIT.
В отличие от многих существующих навигационных систем, SANDO учитывает не только текущее расположение объектов, но и их возможные перемещения в будущем. Специальный модуль обнаруживает, объединяет в группы и отслеживает динамические препятствия, а карта опасных зон помогает аппарату обходить участки с высокой концентрацией объектов. После построения коридора система выбирает внутри него самый быстрый маршрут к цели и постоянно пересчитывает его по мере движения.
Разработчики математически доказали, что алгоритм формирует траектории, исключающие столкновения с движущимися препятствиями в неизвестной среде. В ходе компьютерного моделирования SANDO быстрее нескольких современных систем достигал цели и не допускал столкновений. Во время 12 испытательных полётов реального беспилотного аппарата система также избежала всех динамических препятствий, используя бортовые компьютер и датчики.
«Самой сложной частью разработки SANDO была математика. Когда пытаешься гарантировать безопасность, необходимо строго доказать, что теория охватывает любой возможный случай, включая крайние ситуации. После получения такой математической гарантии управлять беспилотными аппаратами оказалось очень просто», — отметил Кондо. В дальнейшем исследователи планируют повысить вычислительную эффективность системы и объединить её с моделями машинного обучения, которые позволят отдавать роботу команды на обычном языке. Работа опубликована в журнале IEEE Transactions on Robotics, а её финансирование частично обеспечило Агентство оборонной науки и технологий Сингапура.