Робота дронів в зграях: вчені знайшли, як заощадити 40% енергії та відкрили дані дослідження

Дослідники з Чеського технічного університету в Празі нещодавно представили новий метод планування траєкторії пересування з мінімальними витратами енергії для безпілотних літальних апаратів, що працюють в групі. Про це розповідає сайт TechXplore.

Метод, опублікований в IEEE Robotics and Automation Letters, дає змогу дронам ефективно охоплювати простір у команді під час виконання місії. Він допомагає мінімізувати споживання енергії зграями БПЛА з урахуванням місткості акумулятора дронів під час планування їхнього шляху та оптимізує швидкість польоту.

"Ця робота була натхненною нашими попередніми дослідницькими зусиллями з алгоритмів для планування траєкторії охоплення одного БПЛА та планування завдань кількох дронів. Завдання покриття великих відкритих територій вимагають використання кількох БПЛА через обмежений час польоту та місткість батареї. Однак наявні підходи до планування не враховували енергетичних обмежень безпосередньо, оптимізуючи лише час польоту або пройдену відстань", — каже Франтішек Нековарж, співавтор статті.

Ключовою метою було розроблення нової обчислювальної моделі, яка координувала б дії кількох дронів, забезпечуючи енергетичне охоплення середовища під час місій. На відміну від багатьох інших методів планування, представлених у минулому, запропонований підхід враховує оптимальні швидкості польоту БПЛА в групі та їхні індивідуальні обмеження батареї.

"Наш підхід спочатку розбиває область на клітини. Потім ми плануємо схеми руху вперед-назад у кожній клітинці, щоб охопити її, використовуючи оптимальну швидкість польоту, щоб мінімізувати споживання енергії на пройдену відстань", — пояснив Нековарж.

Щоб ефективно розподілити завдання для окремих БПЛА в команді та спланувати їхні дії, дослідники сформулювали місію як задачу комівояжера з кількома наборами (MS-TSP). Це математична задача, яка описує сценарій, за яким групі продавців потрібно відвідати кілька міст, згрупованих у групи, відвідуючи кожну групу лише один раз, а потім повертаючись у вихідне місце з мінімальними витратами на подорож.

"Ми подолали цю проблему, використовуючи метаевристичне розв’язання. Під час планування використовується швидкий алгоритм оцінки енергії разом з оптимальними швидкостями, щоб мінімізувати загальне споживання енергії за дотримання обмежень щодо заряду батареї. Планування з урахуванням енергії та використання оптимальних швидкостей є ключовими унікальними аспектами, як порівняти з попередніми роботами", — сказав Нековарж.

Дослідники оцінили свій підхід як у симуляції, так і в реальному експерименті, який вони розгорнули на групі безпілотників, котрим було поставлено завдання стежити за заданою географічною територією. Примітно, що їхній підхід перевершує попередні підходи як за швидкістю покриття, так і за споживанням енергії, зменшуючи останнє до 40,4%.

"Ми підтвердили, що наша оцінка заощадження енергії в середньому на 97% відповідає значенням, виміряним у польоті. У польовому експерименті ми продемонстрували здійсненність нашого підходу до планування з двома БПЛА, які координовано охоплюють територію", — сказав Нековарж.

У майбутньому новий підхід може полегшити використання зграй БПЛА в реальних умовах, зокрема для вирішення завдань, які потребують більшого часу польоту, як-от перевірка інфраструктури, точне землеробство та моніторинг навколишнього середовища. Нековарж та його колеги опублікували базові дані на GitHub для інших дослідників.

Нагадаємо, нещодавно російські окупанти поскаржилися на ефективну роботу дронів ЗСУ в зграї. Бійці ЗСУ можуть запускати на полі бою зграю безпілотників, які летять на великі відстані в супроводі дрона-ретранслятора.