Jeden człowiek może spokojnie kierować sterami setek dronów. To wynik jednego z nowych projektów badawczych. Autonomiczne maszyny latające uczą się sprawnie poruszać w grupach i omijać przeszkody. Roje dronów radzą już sobie choćby w lasach i w budynkach. Wciąż słyszymy o dronach wykorzystywanych w walkach wojsk rosyjskich i ukraińskich. Drony wejdą jednak w sam środek naszego codziennego życia. Do czego mogą służyć?
Zanim nastąpiła eksplozja zainteresowania sztuczną inteligencją, jednym z najpopularniejszych, związanych z nowymi technologiami tematów były właśnie drony. W tym – wojskowe, ratownicze, dostarczające paczki, przeznaczone do nagrywania filmów czy do zabawy. Zastosowań już dotychczas było bardzo dużo.
Tymczasem technika związana z dronami wkracza na kolejny poziom. Obok coraz doskonalszej automatyzacji, urządzenia te uczą się działać wspólnie – w coraz większych grupach. To oznacza kolosalne zwiększenie ich możliwości. Zastosowania mogą być różne – od roznoszenia paczek, przez ratowanie ludzi, po operacje wojskowe.
Stado dronów-strażaków inteligentnie gasi pożary
Drony do gaszenia pożarów dużych obszarów lasów – brzmi fantastycznie. Byłoby to jednak zadanie trudne do wykonania, gdyby każda maszyna miała być sterowana przez jednego operatora. Zespół z Indyjskiego Instytutu Nauki przedstawił właśnie specjalny system algorytmów, dzięki którym drony nie tylko podejmują niezależne decyzje. Drony swobodnie komunikują się między sobą.
Po wykryciu ognia, najbliżej znajdująca się maszyna przywołuje pozostałe i staje się centrum roju. Jednocześnie każde z urządzeń prowadzi własne obliczenia rozmiaru i rozprzestrzeniania się ognia oraz liczby dronów potrzebnych do jego ugaszenia.
Drony wyposażone są w kamery, czujniki temperatury, sensory podczerwieni i środki gaśnicze. „Niezbędne decyzje są podejmowane przez same drony. Sprawdzają, w którym miejscu ogień będzie się najszybciej rozprzestrzeniał i przeznaczają odpowiednią liczbę maszyn na jego ugaszenie. W tym czasie pozostałe maszyny szukają innych, zajętych ogniem punktów” – wyjaśnia prof. Suresh Sundaram, twórca systemu.
„Potrzebujemy roju dronów – roju, który się komunikuje” – podkreśla. Wspomniana decentralizacja podejmowania decyzji ma, jak twierdzą naukowcy, zapewnić szybsze reakcje roju. Podobną technologię można zastosować także w obliczu innych katastrof, takich jak powodzie czy trzęsienia ziemi. W ten sposób poszukuje się zaginionych czy ocalałych z katastrof ludzi lub dostarcza wodę, leki, żywność.
Warto zwrócić uwagę na to, jak powstawały opisane przez naukowców algorytmy. Badacze wzorowali się na żyjącym w oceanach pierwotniaku Oxyrrhis marina. Ten jednokomórkowy organizm żywi się innymi drobnymi żyjątkami. „W czasie żerowania, najpierw, obszernymi ruchami eksploruje otoczenie. Kiedy znajdzie się blisko źródła pożywienia, skraca długość kroków i zaczyna badać teren bardziej szczegółowo” – tłumaczy Josy John, współautorka systemu.
Drony poradzą sobie choćby w gęstym lesie
Wspólne działanie w powietrzu to niełatwa sprawa, jednak nad lasem nie ma przeszkód. Tymczasem na chińskim Uniwersytecie w Zhejiang powstały drony, które w roju latają pomiędzy drzewami trochę jak latający na powietrznych skuterach szturmowcy z „Gwiezdnych Wojen”.
Oprócz utrzymania formacji i omijania przeszkód, stada dronów potrafią śledzić człowieka. „To pierwszy raz, kiedy rój dronów z powodzeniem poruszał się na zewnątrz, w naturalnym, nieustrukturyzowanym środowisku” – mówi kierująca eksperymentem Xin Zhou.
Sama budowa tych urządzeń nie jest skomplikowana – na pokładzie mają kamery, czujniki wysokości i małe komputery. Sercem systemu, po raz kolejny są sprytne algorytmy, które zawiadują nie tylko wspólnym, i do tego efektywnym lotem w roju, ale także jednoczesnym unikaniem kolizji. „W naszej pracy inspirowaliśmy się ptakami, które płynnie i swobodnie latają w stadach, choćby w gęstym lesie” – opowiada Xin Zhou.
Potencjalnych zastosowań tak działających rojów można wyobrazić sobie wiele. Naukowcy mówią na przykład o miejscach dotkniętych katastrofami naturalnymi. Tego typu roje dronów mogłyby np. znajdować miejsca wymagające dostarczenia pomocy, a choćby wlatywać do budynków w poszukiwaniu ludzi. Drony nie korzystają z nawigacji satelitarnej, więc poradzą sobie choćby wtedy, gdy nie będą miały do niej dostępu.
Drony w poszukiwaniu awarii
Wewnątrz budynków, na stada latających, autonomicznych maszyn czekają różne zadania. interesujące jest rozwiązanie opracowane przez zespół z Politechniki w Delft, we współpracy z zespołami z Uniwersytetu Harvarda i Uniwersytetu w Barcelonie. Drony, latając w pomieszczeniach, szukają ewentualnych wycieków gazu w dużych budynkach, np. w fabrykach.
Wykrycie miejsca takiej awarii może zająć niemało czasu. Potrzebne są poszukiwania wycieku prowadzone przez wykwalifikowaną ekipę. Oznacza to ryzyko dla ludzi, sprzętu i całego budynku. Małe, latające w roju drony to doskonałe rozwiązanie – twierdzą holenderscy naukowcy.
Dotąd badano głównie wykorzystanie pojedynczych robotów działających na małym obszarze, do tego pozbawionym przeszkód. „Jesteśmy przekonani, iż roje małych dronów to obiecujące podejście do automatycznego wykrywania źródeł gazu” – stwierdza prof. Guido de Croon z Uniwersytetu w Delft.
„Małe rozmiary dronów sprawiają, iż są one bezpieczne dla ludzi i sprzętu znajdującego się w budynku, podczas gdy ich zdolność lotu pozwala im na poszukiwanie wycieku w trzech wymiarach. Co więcej, dzięki swoim rozmiarom mogą wlatywać w niewielkie przestrzenie. Potrafią przy tym unikać lokalnych maksymalnych stężeń gazu, aby znaleźć adekwatne źródło” – wyjaśnia.
W jedności – dronów – siła!
Twórcy systemu dronów szukających przecieków gazu uważają, iż jednym z największych wyzwań w konstrukcji takich urządzeń jest ograniczona moc niedużych pokładowych komputerów. Dotyczy to szczególnie zadań wymagających działania w roju.
Tym razem badacze także wzorowali się na naturze. „W przyrodzie istnieje wiele przykładów sprawnej nawigacji i wykrywania źródeł różnych zapachów przy ograniczonych zasobach. Wystarczy pomyśleć o muszkach owocowych z mózgami liczącymi ok. 100 tys. neuronów, które latem bezbłędnie znajdują banana leżącego w kuchni” – tłumaczy jeden z twórców dronów, Bart Duisterhof.
Jak działają małe muszki? „Działają przez eleganckie łączenie prostych zachowań, takich jak latanie pod wiatr albo prostopadle do niego, zależnie od tego, czy wyczuwają zapach. Choć nie możemy dokładnie tego naśladować ze względu na brak czujników przepływu powietrza w naszych robotach, wyposażyliśmy je w podobne, proste reakcje” –dodaje badacz.
Na przykład drony, kiedy nie wyczuwają gazu, maksymalnie rozprzestrzeniają się po całym pomieszczeniu. jeżeli jedno z urządzeń wykryje gaz, przywołuje pozostałe. Od tego momentu drony współpracują tak, aby jak najszybciej znaleźć jego źródło, szukając największego stężenia. W tym przypadku badacze wzorowali się na społecznym zachowaniu ptaków w stadzie. Dzięki takiej współpracy urządzenia mogą tylko mierzyć stężenie gazu, bez konieczności dokonywania pomiarów gradientu stężeń czy przepływu powietrza.
Jeden człowiek, roje dronów
Możliwości sterowania grupami maszyn rosną dynamicznie właśnie dzięki technologii roju. Zespół z Oregon State University opisał system, który jednej osobie pozwala na sterowanie, z pomocą zestawu do wirtualnej rzeczywistości, aż setką latających dronów.
„Obiektywne dane zgromadzone od wytrenowanych operatorów pokazały, iż jeden człowiek może zarządzać tymi systemami w zabudowanych terenach, co niesie szerokie implikacje nie tylko dla tego projektu” – podkreśla współautorka technologii Julie A. Adams.
Zdaniem tej grupy badaczy, ich technologię można wykorzystać przede wszystkim w niesieniu pomocy po katastrofach. Jednak jako drugi główny obszar podają działania wojskowe – głównie rozpoznawcze. Inne potencjalne zastosowania, to na przykład udział w gaszeniu pożarów czy dostarczanie przesyłek.
Roje dronów na wojnie
Można mieć pewność, iż tego typu technologie będą szeroko wkraczały na pola bitew. W ubiegłym roku amerykański Departament Obrony zapowiedział rozpoczęcie programu „Replicator”, w którym do różnych rodzajów wojsk mają zostać wprowadzone tysiące bezzałogowych pojazdów, w tym latających.
Urządzenia będą mogły współpracować w grupach. „Wyobraźmy sobie roje autonomicznych systemów latających na wszystkich pułapach, wykonujących różnorodne misje. Możemy wykorzystać doświadczenia zdobyte na Ukrainie. Drony te mogą być przenoszone przez większy samolot, wypuszczane przez żołnierzy na lądzie i morzu, albo startować samodzielnie”. Tak na konferencji prasowej mówiła Kathleen Hicks, zastępca Sekretarza Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych.
Osobiście wolałbym, aby wojskowe roje pojawiały się na niebie jak najrzadziej, za to inne – proszę bardzo. Niech gaszą pożary, monitorują lasy, szukają groźnych awarii czy dostarczają paczki. Na pewno wszyscy czekamy na to z niecierpliwością.
Źródło zdjęcia: Dose Media/Unsplash
