Работа дронов в стаях: ученые нашли, как сэкономить 40% энергии и открыли данные исследования

Исследователи из Чешского технического университета в Праге недавно представили новый метод планирования траектории передвижения с минимальными затратами энергии для беспилотных летательных аппаратов, работающих в группе. Об этом рассказывает сайт TechXplore.

Метод, опубликованный в IEEE Robotics and Automation Letters, позволяет дронам эффективно охватывать пространство в команде во время выполнения миссии. Он помогает минимизировать потребление энергии стаями БПЛА с учетом емкости аккумулятора дронов при планировании их пути и оптимизирует скорость полета.

"Эта работа была вдохновлена нашими предыдущими исследовательскими усилиями по алгоритмам для планирования траектории охвата одного БПЛА и планирования задач нескольких дронов. Задачи покрытия больших открытых территорий требуют использования нескольких БПЛА из-за ограниченного времени полета и емкости батареи. Однако существующие подходы к планированию не учитывали энергетических ограничений непосредственно, оптимизируя только время полета или пройденное расстояние", — говорит Франтишек Нековарж, соавтор статьи.

Ключевой целью была разработка новой вычислительной модели, которая координировала бы действия нескольких дронов, обеспечивая энергетический охват среды во время миссий. В отличие от многих других методов планирования, представленных в прошлом, предложенный подход учитывает оптимальные скорости полета БПЛА в группе и их индивидуальные ограничения батареи.

"Наш подход сначала разбивает область на клетки. Затем мы планируем схемы движения вперед-назад в каждой клетке, чтобы охватить ее, используя оптимальную скорость полета, чтобы минимизировать потребление энергии на пройденное расстояние", — пояснил Нековарж.

Чтобы эффективно распределить задачи для отдельных БПЛА в команде и спланировать их действия, исследователи сформулировали миссию как задачу коммивояжера с несколькими наборами (MS-TSP). Это математическая задача, описывающая сценарий, по которому группе продавцов нужно посетить несколько городов, сгруппированных в группы, посещая каждую группу только один раз, а затем возвращаясь в исходное место с минимальными затратами на путешествие.

"Мы преодолели эту проблему, используя метаэвристическое решение. При планировании используется быстрый алгоритм оценки энергии вместе с оптимальными скоростями, чтобы минимизировать общее потребление энергии при соблюдении ограничений по заряду батареи. Планирование с учетом энергии и использование оптимальных скоростей являются ключевыми уникальными аспектами по сравнению с предыдущими работами", — сказал Нековарж.

Исследователи оценили свой подход как в симуляции, так и в реальном эксперименте, который они развернули на группе беспилотников, которым была поставлена задача следить за заданной географической территорией. Примечательно, что их подход превосходит предыдущие подходы как по скорости покрытия, так и по потреблению энергии, уменьшая последнее до 40,4%.

"Мы подтвердили, что наша оценка сбережения энергии в среднем на 97% соответствует значениям, измеренным в полете. В полевом эксперименте мы продемонстрировали осуществимость нашего подхода к планированию с двумя БПЛА, которые координированно охватывают территорию", — сказал Нековарж.

В будущем новый подход может облегчить использование стай БПЛА в реальных условиях, в частности для решения задач, требующих большего времени полета, таких как проверка инфраструктуры, точное земледелие и мониторинг окружающей среды. Нековарж и его коллеги опубликовали базовые данные на GitHub для других исследователей.

Напомним, недавно российские оккупанты пожаловались на эффективную работу дронов ВСУ в стае. Бойцы ВСУ могут запускать на поле боя стаю беспилотников, которые летят на большие расстояния в сопровождении дрона-ретранслятора.