Дослідники MIT представили SANDO — планувальник маршрутів для дронів із формальною гарантією відсутності зіткнень

Дослідники з MIT описали планувальник траєкторій для безпілотних літальних апаратів (БПЛА) під назвою SANDO — скорочення від Safe AutoNomous trajectory planning for Dynamic unknOwn environments («безпечне автономне планування траєкторій у динамічних невідомих середовищах»). Як повідомляє MIT News, яке оголосило про роботу 7 жовтня, система прокладає маршрут крізь оточення, якого дрон ніколи не картографував, навіть коли об’єкти в ньому рухаються так, що ніхто не може цього передбачити, а команда математично довела, що отримані траєкторії уникають зіткнень. Статтю опубліковано в журналі IEEE Transactions on Robotics. Дослідники вказують на такі застосування, як пошуково-рятувальні польоти в зруйновані будівлі, дослідження прихованих мереж тунелів у шахтах або доставка посилок у жвавих районах.

Планувальники такого типу перетворюють дані камер і датчиків літального апарата на шлях до цілі. За словами MIT, більшість наявних або виходять із того, що перешкоди в невідомому просторі залишаються нерухомими, або обходять рухомі перешкоди без жодної формальної обіцянки, що зіткнення не станеться; широко використовувані системи, які все ж дають такі гарантії, зазвичай потребують статичної сцени або заздалегідь відомих перешкод. Перевірка кожного можливого зіткнення в мінливій сцені була б надто повільною для практичного застосування, за словами дослідників. Провідний автор Кота Кондо формулює це в оголошенні MIT так: «У невідомому динамічному середовищі у вас небагато припущень, на які можна спертися».

Спочатку SANDO будує коридор безпеки — ланцюжок з’єднаних 3D-областей, у яких немає перешкод і крізь які дрон може пролетіти. На відміну від попередніх коридорів, цей змінюється в часі. Спеціальний модуль виявляє рухомі перешкоди, групує їх і відстежує, щоб оцінити, куди вони прямують. Оскільки їхній точний майбутній шлях невідомий, планувальник бере максимальну швидкість кожної перешкоди, обчислює, як далеко вона може дістатися за певний час, і огортає її сферою, що охоплює кожну точку, якої вона могла б досягти; потім коридор формується з урахуванням цих сфер. Планувальник на основі теплової карти позначає завантажені «гарячі» зони, щоб відводити дрон від них. Усередині коридору SANDO шукає найшвидший маршрут до цілі й під час польоту постійно переглядає як коридор, так і траєкторію. Команда спростила базову оптимізацію, щоб бортовий комп’ютер міг швидко перепланувати маршрут.

У симуляціях, як повідомляють дослідники, SANDO діставався до цілі швидше, ніж кілька найсучасніших систем, і не мав зіткнень у жодному з протестованих середовищ. У 12 випробувальних польотах зі справжнім БПЛА, працюючи на власному комп’ютері й датчиках апарата, він уникнув усіх рухомих перешкод. «Найскладнішою частиною розробки SANDO була математика», — каже Кондо. Кондо, який нещодавно здобув ступінь PhD з аеронавтики й астронавтики в MIT, написав статтю разом із Хесусом Тордесільясом, нині асистент-професором Папського університету Комільяс у Мадриді, і трьома аспірантами MIT — Хуаном Рачедом, Лілі Сунь та Ісюанем Цзя. Старшим автором є Джонатан П. Гау, який працює в Лабораторії інформаційних систем і систем ухвалення рішень (LIDS) та Лабораторії аерокосмічних систем керування MIT. Роботу частково фінансувало Агентство оборонної науки і технологій Сінгапуру.

Фей Гао з Чжецзянського університету в Китаї, асоційований професор, який не брав участі в проєкті, так підсумував проблему, на розв’язання якої спрямовано планувальник: «шлях, безпечний на момент планування, може стати небезпечним, коли середовище змінюється». Він ставить SANDO в заслугу те, що змінні в часі польотні коридори, оптимізація траєкторій із жорсткими обмеженнями та апаратні випробування пропонують практичний підхід для складних динамічних умов. Як наступні кроки дослідники, за їхніми словами, могли б зробити SANDO менш вимогливим до обчислень і поєднати його з моделями машинного навчання, щоб користувачі могли давати роботові вказівки звичайною мовою. MIT News також наводить поруч зі статтею посилання на код SANDO.