یک الگوریتم ناوبری توسعه یافته در دانشگاه زوریخ، هواپیمای بدون سرنشین را قادر می سازد تا مانورهای آکروباتیک چالش برانگیز را یاد بگیرد. کوادکوپترهای خودمختار را می توان با استفاده از شبیه سازی برای افزایش سرعت، چابکی و کارایی آنها آموزش داد که این امر از مزایای عملیات جستجو و نجات است.
از زمان آغاز پرواز، خلبانان از مانورهای آکروباتیک برای حدود پرواز هواپیماهای خود استفاده کرده اند. این مساًله در مورد هواپیماهای بدون سرنشین نیز صدق میکند: خلبانان حرفه ای اغلب محدوده هوایی هواپیماهای بدون سرنشین خود را بدست می آورند و با پرواز چنین مانورهایی در مسابقات، سطح تسلط خود را می سنجند.
کارایی بیشتر، سرعت بالاتر
در حالیکه ممکن است یک پهپاد معمولی نتواند مانورهای پیچیده را انجام دهد، یک هواپیمای بدون سرنشین در انجام چنین مانورهایی بسیار کارآمد است. همکاری با شرکت ریزپردازنده Intel موجب شد تا تیم تحقیقاتی دانشگاه زوریخ بتوانند یک هلیکوپتر کوادروتور یا کوادکوپتر بسازند به طوریکه بتواند حین پرواز، مانورهای آکروباتیک انجام دهد. در حالیکه یک پهپاد معمولی چنین قابلیتی ندارد. می توان از چابکی و سرعت بالای آن به طور کامل استفاده کرد تا با همان مقدار شارژ باتری بتواند مسافت طولانی تری را طی کند.
محققان یک الگوریتم ناوبری طراحی کرده اند که هواپیماهای بدون سرنشین را قادر می سازد تا به صورت خودمختار و با استفاده از سنسورهای اندازه گیری که روی بردشان قرار گرفته، مانورهای هوایی مختلفی انجام دهند. محققان برای نشان دادن کارایی این الگوریتم مانورهایی مانند power loop، barrel roll یا matty flip را به پرواز درآوردند که طی آن پهپادها تحت فشار بسیار زیاد و شتاب زاویه ای شدید قرار گرفتند. Davide Scaramuzza ، استاد رباتیک و رئیس گروه رباتیک در دانشگاه زوریخ می گوید: “این پیمایش گامی دیگر در جهت ادغام پهپادهای خودمختار در زندگی روزمره ما است.”
آموزش هواپیمای بدون سرنشین با شبیه سازی
در هسته این الگوریتم، یک شبکه عصبی مصنوعی قرار دارد که ورودی ها را از دوربین و سنسورها دریافت می کند و آنها را با هم ترکیب می کند و این داده ها را مستقیماً به دستورات کنترل ترجمه می کند. شبکه عصبی از طریق مانورهای آکروباتیک شبیه سازی شده آموزش می بیند. این مساًله مزایای بسیاری دارد: از جمله اینکه مانورها می توانند به سادگی از طریق مسیرهای مرجع شبیه سازی شوند و نیازی به نمایش های گران خلبان انسانی ندارد. دیگر اینکه می توان هواپیمای بدون سرنشین را برای تعداد متنوعی مانور آموزش داد بدون آنکه در معرض خطر فیزیکی قرار بگیرد.
تنها چند ساعت آموزش شبیه سازی بدون نیاز به تنظیم دقیق با استفاده از داده های واقعی کافی است تا کوادکوپتر آماده استفاده شود. این الگوریتم از شبیه سازها به صورت انتزاعی ورودی سنسور را دریافت می کند و آن را به دنیای واقعی منتقل می کند. Scaramuzza می گوید: “الگوریتم ما می آموزد که چگونه مانورهای آکروباتیک را انجام دهد بطوریکه حتی برای بهترین خلبانان انسان نیز چالش برانگیز است.”
هواپیمای بدون سرنشین سریع برای مأموریت های سریع
با این حال، محققان بر این باورند که خلبانان انسان همچنان از پهپادهای خودمختار بهتر هستند. Scaramuzza می گوید: “خلبانان انسان می توانند به سرعت موقعیت ها و تغییرات غیر منتظره را در محیط اطراف پردازش کنند و سریعتر تنظیم شوند. بهر حال کاربرد پهبادها در ماموریت های جستجو و نجات یا خدمات دلیوری برای مسافت های طولانی می باشد زیرا که می توانند با سرعت و کارایی بالاتر این کار را انجام دهند.
