Inteligentny jak dron

share
Ledwie zaczęliśmy praktycznie wykorzystywać drony, a już szukamy sposobów, by zwiększyć ich efektywność. Obrana ścieżka rozwoju zakłada uwolnienie człowieka od wymagającego koncentracji i zaangażowania procesu pilotowania bezzałogowego statku. Drony mają stać się latającymi rozwiązaniami internetu rzeczy, które samodzielnie poradzą sobie z zadaniami.

Jakiś czas temu mogliście na łamach naszego bloga przeczytać o szerokich zastosowaniach dronów. Wspomnieliśmy wtedy, że prawdopodobnie lada chwila będziemy mogli nazywać bezzałogowe statki mechanicznymi aniołami stróżami, które wyratują nas z opresji. By jednak mogły realizować szeroki zakres zadań i rzeczywiście odciążyć człowieka, muszą być autonomiczne. A to wiąże się z pewnymi technologicznymi wyzwaniami.

Czego potrzebuje autonomiczny dron

Zaprojektowanie bezzałogowego statku, który bez nadzoru człowieka będzie potrafił dotrzeć z punktu A do wyznaczonego lądowiska B nie stanowi już dzisiaj problemu. Szybki rozwój technologiczny sprawił, że współczesny dron jest w stanie sprawnie nawigować, radzić sobie ze zmiennymi warunkami atmosferycznymi, a także dobrze komunikować się z innymi pojazdami poruszającymi się w powietrzu. Zaawansowanie tego rodzaju statków potwierdza  zaprojektowany przez naszych inżynierów The GLDrone. To pojazd namierzalny i widoczny dla kontroli lotów, który dzięki dedykowanym rozwiązaniom i algorytmom, umiejętnie unika kolizji, automatycznie wykrywając obiekty.

Jeśli więc mielibyśmy wskazać najistotniejsze elementy autonomicznego drona, na co powinniśmy zwrócić uwagę?

Kluczową rolę pełnią z pewnością sensory, dzięki którym będzie w stanie dokładnie odczytywać sytuację wokół siebie. Odpowiednio lekkie i wydajne, a jednocześnie umożliwiające bezzałogowemu statkowi właściwe zinterpretowanie danych. Ważna w tym kontekście jest redundancja, dzięki której dron ma stuprocentową pewność, że dobrze odczytał sytuację wokół siebie. Dodatkowe moduły stanowią zabezpieczenie dla pojazdu na wypadek, gdyby na przykład któryś sensor przestał działać właściwie.

Niemniej istotna jest obecność oprogramowania pozwalającego filtrować dane – wnioskować, uczyć się i planować na bazie zebranych informacji. Szybkie i sprawne przetwarzanie umożliwia podejmowanie właściwych decyzji i na przykład przerwanie misji, jeśli ostrzeżenia wskazują na możliwość wystąpienia krytycznych zagrożeń, które nie tylko uniemożliwiłyby ukończenie misji, ale też mogły doprowadzić do uszkodzenia samego statku.

Wspomnieliśmy wyżej, że w obecnych czasach znaczenie ma również płynna wymiana informacji z innymi pojazdami poruszającymi się nad ziemią, która nie pozwoli na zaistnienie sytuacji potencjalnie niebezpiecznych. Obecność odpowiednich technologii umożliwia autonomicznym dronom przekazywanie sobie wzajemnie kluczowych danych, jak opis ładunku, aktualna waga, zaplanowana trasa czy priorytet realizowanej misji. To z kolei pozwala dopasować manewry.  W przypadku The GLDrone tego rodzaju antykolizyjny system oparty jest na transponderze ADS-B, a dokładniej miniaturowej wersji rozwiązania stosowanego w lotnictwie załogowym. ADS-B służy wymianie informacji o położeniu pomiędzy statkami powietrznymi i kontrolą ruchu lotniczego. W komunikacji zawarte są takie informacje, jak współrzędne geograficzne, aktualna prędkość lotu, jego kierunek czy wysokość przelotowa.

Oczywiście wszystkie te zaawansowane rozwiązania wyglądać dobrze mogłyby tylko w teorii, gdyby nie wydajne źródło energii, które zagwarantuje odpowiednio długi czas działania i wystarczający zasięg bezzałogowemu statkowi. Musimy pamiętać, że autonomiczny dron przyszłości musi być ekologiczny, a więc wyposażony w elektryczny lub hybrydowy napęd, a także zbudowany z komponentów, które zapewnią solidność całej konstrukcji i odpowiednią aerodynamikę. Ważna jest również wodoodporność, która pozwoli maszynie normalnie funkcjonować nawet podczas deszczu – przynajmniej przez czas potrzebny do bezpiecznego powrotu do bazy czy dotarcia do miejsca postojowego. Przy tym wszystkim kluczowe jest oczywiście utrzymanie całkowitej wagi na możliwie najniższym poziomie.

Dron potężny, ale lekki

Największym wyzwaniem w tym kontekście wydaje się problem zużycia energii. Autonomiczny dron wyposażony we wspomniane wyżej elementy potrzebuje odpowiedniego zapasu mocy, niezbędnego m.in. do intensywnych obliczeniowo rozwiązań kognitywnych. Już sama detekcja obiektu i śledzenie go wymagają mocy obliczeniowej liczonej w gigaflopsach. Przetwarzanie takich ilości danych w czasie rzeczywistym wymusza stosowanie większych chipów (skutek zastosowania wielu jednostek informatyczno-logicznych na procesorze), radiatorów oraz innych komponentów. Stanowi to wyzwanie na etapie planowania i projektowania – inżynierowie muszą uwzględnić przestrzeń na te rozwiązania, zadbać o prawidłowe funkcjonowanie modułów i całego układu, a jednocześnie pamiętać o konieczności utrzymania możliwie jak najniższej wagi i jak najlepszej aerodynamiki całej konstrukcji.

Ludzkość jednak doskonale radzi sobie z rozwiązywaniem tego rodzaju problemów. Potencjalne remedium znajduje się już na horyzoncie, a zapowiada je choćby stworzona przez inżynierów IBM Research platforma IBM TrueNorth. Oparta na szesnastu neurosynaptycznych procesorach, naśladuje w działaniu ludzki mózg, osiągając prędkość działania zbliżoną do szesnastu milionów połączeń neuronowych i czterech miliardów synaps. Ile energii potrzebuje do działania? Zużywa 2,5W prądu, a więc pobór mocy jest mniejszy niż w przypadku żarówki LED.

Taka sieć, zbudowana na wzór mózgu, przetwarza dane szybciej, niż dostępne dotąd komputery – zdaniem ekspertów z IBM, taki system neuromorficzny może nawet pięćdziesiąt razy skuteczniej rozpoznawać wzorce czy używać algorytmów. Nie możemy jednak zapominać o błyskawicznie rozwijającym się edge computingu, który umożliwi odciążenie dronów w inny sposób – poprzez przekazanie najcięższych zadań, jak analiza i przetworzenie danych, do rozwiązań brzegowych funkcjonujących w chmurze. W ten sposób nawet mniej wydajne urządzenia, jak drony, mogą notować lepsze wyniki wydajnościowe. Nie bez znaczenia są tutaj oczywiste zalety edge computingu, jak mniejsze opóźnienia i lepsza ochrona danych.

Ważną i odpowiedzialną decyzją, która później wpływa na sposób funkcjonowania drona, jest więc ta dotycząca miejsca przetwarzania zebranych przez niego danych. Mocny procesor umieszczony w pojeździe pozwoli mu nawigować i pracować nawet w miejscach o słabej łączności, ale wymagać będzie określonych kompromisów w samej konstrukcji. Przekazywanie danych do chmury częściowo rozwiązuje ten problem, bo cały proces przetwarzania informacji jest realizowany poza statkiem, ale to z kolei wymaga stałej i odpornej na zakłócenia łączności oraz niemal niezauważalnych opóźnień w transmisji.  

W tym miejscu dochodzimy do innego aspektu – infrastruktury, która pozwoli dronom sprawnie realizować zadania. Nie chodzi tu wyłącznie o tę umożliwiającą przesył danych, ale przede wszystkim o stacje dokujące do lądowania. Miejsca, gdzie bezzałogowy statek będzie mógł naładować baterie czy przeczekać gorsze warunki atmosferyczne. Tylko odpowiednio rozbudowana sieć pozwoli autonomicznym dronom na przejęcie większej liczby zadań od człowieka i ich upowszechnienie się w rozmaitych branżach.

W stronę autonomicznych dronów przyszłości

Po kilku latach pracy z wykorzystaniem bezzałogowych statków, nasze oczekiwania wobec nich, naturalnie, wzrosły. Zaczęliśmy myśleć o oddaniu im większej autonomii działania. Nim jednak do tego dojdzie na szeroką skalę, czeka nas jeszcze trochę pracy. Wiemy jednak doskonale, że poświęcony czas nie będzie stracony, bo przyniesie korzyści dziesiątkom branż i całemu światu.


Jak autonomiczne drony będą zmieniać świat? Jak wpływają na działanie firm z różnych sektorów już teraz, realizując rozmaite zadania? O tym opowiemy w następnym wpisie poświęconym dronom, na który już dzisiaj serdecznie zapraszamy.

Autor

GlobalLogic Poland

Zobacz artykuły

Kategoria artykułu

Inne kategorie na blogu:

Popularni autorzy

Marcin Medyński

Marcin Medyński

Consultant

Patryk Siedlecki

Patryk Siedlecki

Software Engineer

Piotr Doskocz

Piotr Doskocz

Lead Software Engineer

Piotr Andrusiuk

Piotr Andrusiuk

Senior Project Manager

Monika Malucha

Monika Malucha

Senior Marketing Specialist