Кибернетика для дронов: молодой ученый СКФУ учит роботов командной работе

Исследование Владимира Антонова, молодого ученого Северо-Кавказского федерального университета, направлено на разработку алгоритмов для управления группой дронов.

Ученые СКФУ сейчас реализуют свыше 100 грантов на научные разработки, среди них много молодых ученых до 35 лет. Проект в области кибернетики «Разработка методов и алгоритмов для системы управления роем БПЛА при выполнении гетерогенных задач» ведется на деньги гранта президента Российской Федерации Владимира Путина.

На текущем этапе ученый перешел к этапу тестирования собственной разработки в компьютерной модели. В ней задается количество задач, их характер, количество агентов и прочие характеристики. Причем ученые стараются создать такую систему, при которой беспилотники будут эффективно работать в ситуации, когда задач, неоднородных по своей сути, больше исполнителей. В таком случае агенты также имеют различные навыки.

«Преимущество нашей системы в том, что она децентрализована. Нет какого-то единого сервера управления всеми роботами, у каждого из них свой интеллект. Роботы при помощи голосования "договариваются", кто из них и какую задачу будет выполнять в зависимости от условий. В этот момент они объединяются в роевой интеллект. Мы провели математическое имитационное моделирование, которое показало очень высокую жизнеспособность системы. Причем результаты оценки эффективности превосходят зарубежные аналоги», — говорит руководитель исследования, исполняющий обязанности заместителя директора Института цифрового развития СКФУ по научной работе, кандидат технических наук Владимир Антонов.

Ученый приводит пример того, как потенциально может выглядеть работа данной системы. Предположим, на некоторой площади находятся двадцать коробок. Пять беспилотников должны доставить их все в одну точку. Без дополнительных условий задача кажется простой: каждый робот переносит по четыре единицы груза. Но что, если пятнадцать коробок находятся в одном месте, а остальные пять разбросаны на разном расстоянии? Здесь и полезен алгоритм, разработанный в стенах СКФУ. Беспилотники, контактирующие друг с другом, определяют, кто из них выполнит какую задачу, чтобы максимально сократить время работы и энергозатраты.

При этом условия могут быть еще сложнее. К примеру, некоторые коробки настолько тяжелые, что их могут доставлять только два или три робота вместе. Или часть груза следует сначала обнаружить, и требуются дроны, способные это делать.

Договоренность между беспилотными аппаратами происходит через обмен информацией от каждого отдельного дрона. Каждый из них отправляет другим результаты анализа ситуации и вносит предложения по поводу своего возможного вклада в решение задачи. Если предложение робота признается роевым интеллектом оптимальным по энергетическим и временным затратам, тот начинает выполнение.

В планах сотрудников СКФУ провести испытание на реальных наземных роботах. Сейчас ведется их проектирование.

«Разработки специалистов СКФУ в этой сфере актуальны сейчас, когда развитие беспилотных систем активно ведется по всему миру. Алгоритмы роевого строя должны нивелировать существующие технические ограничения. Например, нынешнее развитие аккумуляторных систем не позволяет беспилотникам работать слишком долго», — говорит Антонов.

Также существуют ограничения вычислительных мощностей. Попытка управлять группой дронов из единого источника требует серьезных технических средств, и чем больше их количество, тем больше требуется ресурсов. Такой подход не рациональный. Тем более, что невозможно оснастить сервером каждого отдельного агента. Именно поэтому наиболее рациональна разработка алгоритмов роевого интеллекта.

Владимир Антонов отмечает, что для того, чтобы система получила прикладное применение, необходимо решить еще множество задач. В целом этот процесс может занять примерно пять-десять лет. В будущем рой беспилотных роботов сможет помогать пожарным и спасателям, полицейским, сельскохозяйственным предприятиям, а также будет полезен в других сферах.

Ранее ФАН сообщал, что СКФУ увеличивает количество образовательных проектов с КНР: в области изучения русского и китайского языков, совместных образовательных программ и партнерских научных проектов.