Исследователи разработали новый алгоритм, позволяющий одному роботизированному беспилотному летательному аппарату отгонять стаю птиц от заданного воздушного пространства. Этот новый подход позволяет одному автономному квадрокоптеру отгонять целую стаю птиц, не нарушая их строй.
Профессор Дэвид Хюнчул Шим из KAIST в сотрудничестве с профессором Сун-Джо Чанг из Калифорнийского технологического института и профессором Адитьей Паранджапе из Имперского колледжа Лондона исследовал проблему отвлечения стаи птиц от заданной области, такой как аэропорт, с помощью роботизированный UVA. Была введена новая стратегия контроля границ, называемая алгоритмом m-waypoint, позволяющая одному БПЛА-преследователю безопасно перегонять стадо без его фрагментации.
Команда разработала алгоритм стада на основе макроскопических свойств модели стада и реакции стада. Они протестировали свой роботизированный автономный дрон, успешно выведя целую стаю птиц из обозначенного воздушного пространства возле кампуса KAIST в Тэджоне, Южная Корея. Это исследование опубликовано в журнале IEEE Transactions on Robotics..
Довольно интересно и даже впечатляюще наблюдать за тем, как птицы реагируют на угрозы и коллективно ведут себя против угрожающих объектов через стаю. Мы тщательно наблюдали за динамикой стаи и взаимодействиями между стаями и преследователем. Это позволили нам создать новый алгоритм стада для идеальных траекторий полета приближающихся дронов, чтобы вывести стаю из защищенного воздушного пространства», - сказал профессор Шим, возглавляющий группу исследований беспилотных систем в KAIST.
Столкновения с птицами могут угрожать безопасности самолетов и их пассажиров. В период с 2011 по 2016 год корейские гражданские самолеты пострадали от более 1000 столкновений с птицами. В США в результате 142 000 столкновений с птицами было уничтожено 62 гражданских самолета, 279 человек получили ранения и 25 человек погибли в период с 1990 по 2013 год. В Великобритании в 2016 г. 1 835 подтвержденных столкновений с птицами, примерно восемь на каждые 10 000 полетов. Столкновения птиц и других диких животных с самолетами ежегодно наносят ущерб авиационной отрасли во всем мире на сумму более 1,2 миллиарда долларов США. В худшем случае канадские гуси подбили оба двигателя самолета US Airway в январе 2009 года. Самолету пришлось совершить аварийную посадку на реку Гудзон.
Аэропорты и исследователи продолжают снижать риск столкновений с птицами с помощью различных методов. Они отпугивают птиц, используя хищников, таких как соколы, или громкие звуки из небольших пушек или ружей. Некоторые аэропорты пытаются предотвратить прилет птиц, очищая прилегающие территории от посевов, которые птицы едят и в которых прячутся.
Однако птицы умны. «Я был поражен способностью птиц взаимодействовать с летающими объектами. Мы думали, что только хищные птицы обладают сильным чувством маневрирования с добычей. Но наше наблюдение за сотнями перелетных птиц, таких как белые цапли и гагары, привело нас к гипотеза о том, что все они имеют схожие уровни маневрирования с летающими объектами. Будет очень интересно сотрудничать с орнитологами для дальнейшего изучения поведения птиц с воздушными объектами», - сказал профессор Шим. «Аэропорты пытаются превратить в умные аэропорты. Этот алгоритм поможет повысить безопасность авиационной отрасли. Кроме того, это также поможет контролировать птичий грипп, который ежегодно поражает фермы по всей стране», - подчеркнул он.
Для этого исследования были задействованы два дрона. Один дрон выполнял различные маневры вокруг стаи в качестве преследователя пастушьего дрона, в то время как дрон-наблюдатель завис на большой высоте с направленной вниз камерой для записи траекторий дрона-преследователя и птиц.
Во время экспериментов с белыми цаплями птицы часто посещали близлежащие охотничьи угодья, и было обнаружено, что большое количество белых цапель возвращается в свои гнезда на закате. В то же время команда пыталась управлять пастушьим дроном в разных направлениях по отношению к стаду.
Дрон приблизился к стае сбоку. Когда птицы заметили дрон, они отклонились от своих первоначальных траекторий и полетели под углом 45°. угол вправо от них. Когда птицы заметили дрон, когда он был еще далеко, они скорректировали свои траектории по горизонтали и внесли небольшие изменения в вертикальном направлении. Во втором раунде эксперимента с гагарами дрон летел почти параллельно траектории полета стаи птиц, начиная с исходного положения, расположенного недалеко от номинальной траектории полета. Номинальная скорость полета птиц была значительно выше, чем у дрона, поэтому взаимодействие происходило в течение относительно короткого периода времени.
Профессор Шим сказал: «Я думаю, что мы только что завершили первый этап исследования. На следующем этапе будет разработано и интегрировано больше систем для обнаружения птиц, определения дальности и автоматического развертывания дронов». «Профессор Чанг из Калифорнийского технологического института является выпускником KAIST. И его первым учеником был профессор Паранджап, который сейчас преподает в Imperial. Довольно интересно, что это исследование было проведено преподавателем KAIST, выпускником и его студентом на трех разных континентах», - сказал он.