Výzkumníci z MIT představují SANDO, plánovač tras pro drony s formální zárukou bezkolizního letu

Výzkumníci z MIT popsali plánovač trajektorií pro bezpilotní letadla (UAV) nazvaný SANDO, což je zkratka pro Safe AutoNomous trajectory planning for Dynamic unknOwn environments (bezpečné autonomní plánování trajektorií pro dynamická neznámá prostředí). Podle MIT News, které práci oznámily 7. října, systém vytyčí trasu prostředím, které dron nikdy nezmapoval, i když se v něm objekty pohybují způsobem, který nikdo nedokáže předvídat, a tým matematicky dokázal, že se výsledné trajektorie kolizím vyhýbají. Článek vychází v časopise IEEE Transactions on Robotics. Výzkumníci uvádějí možná využití, jako jsou pátrací a záchranné lety do zřícených budov, průzkum skrytých sítí tunelů v dolech nebo doručování balíků v rušných čtvrtích.

Plánovače tohoto druhu převádějí data z kamer a senzorů letadla na trasu k cíli. Podle MIT většina stávajících plánovačů buď předpokládá, že překážky v neznámém prostoru zůstávají na místě, nebo se pohyblivým překážkám vyhýbá bez jakéhokoli formálního příslibu, že nedojde ke srážce; běžně používané systémy, které takové záruky poskytují, obecně potřebují statickou scénu nebo předem známé překážky. Kontrola každé možné kolize v měnící se scéně by byla podle výzkumníků pro praktické použití příliš pomalá. Hlavní autor Kota Kondo to v oznámení MIT vyjadřuje takto: „V neznámém dynamickém prostředí se nemůžete opřít o mnoho předpokladů.“

SANDO nejprve sestaví bezpečnostní koridor, tedy řetězec propojených 3D oblastí, které neobsahují žádné překážky a jimiž dron smí proletět. Na rozdíl od dřívějších koridorů se tento v čase mění. Vyhrazený modul detekuje pohyblivé překážky, seskupuje je a sleduje, aby odhadl, kam směřují. Protože jejich přesná budoucí dráha není známa, vezme plánovač maximální rychlost každé překážky, spočítá, jak daleko by se mohla za daný čas dostat, a obalí ji koulí pokrývající každý bod, kterého by mohla dosáhnout; koridor se pak tvaruje kolem těchto koulí. Plánovač založený na tepelné mapě označuje přeplněné „horké“ oblasti, aby byl dron naváděn mimo ně. Uvnitř koridoru SANDO hledá nejrychlejší cestu k cíli a během letu průběžně upravuje koridor i trajektorii. Tým zjednodušil základní optimalizaci, aby palubní počítač mohl rychle přeplánovat.

V simulacích se podle výzkumníků SANDO dostal k cíli rychleji než několik špičkových (state-of-the-art) systémů a v žádném z testovaných prostředí nezaznamenal kolizi. Při 12 zkušebních letech se skutečným UAV, kdy běžel na vlastním počítači a senzorech letadla, se vyhnul všem pohyblivým překážkám. „Nejtěžší částí vývoje SANDO byla matematika,“ říká Kondo. Kondo, který nedávno dokončil doktorát z letectví a kosmonautiky na MIT, napsal článek společně s dalšími autory: Jesús Tordesillas, nyní odborný asistent (assistant professor) na Comillas Pontifical University v Madridu, a tři postgraduální studenti MIT – Juan Rached, Lili Sun a Yixuan Jia. Jonathan P. How, který působí v Laboratory for Information and Decision Systems (LIDS) a v Aerospace Controls Laboratory na MIT, je hlavním odpovědným autorem (senior author). Práci částečně financovala singapurská agentura Defense Science and Technology Agency.

Fei Gao ze Zhejiang University v Číně, docent (associate professor), který se na projektu nepodílel, shrnul problém, na který plánovač míří: „trasa, která je bezpečná v okamžiku plánování, se může se změnami prostředí stát nebezpečnou.“ Časově proměnným letovým koridorům SANDO, optimalizaci trajektorie s pevnými omezeními a testům na hardwaru přičítá zásluhu, že nabízejí praktický přístup pro složitá dynamická prostředí. Jako další kroky výzkumníci uvádějí, že by mohli SANDO učinit výpočetně méně náročným a propojit ho s modely strojového učení, aby uživatelé mohli robotu zadávat pokyny běžným jazykem. MIT News vedle článku uvádí také odkaz na kód SANDO.