Дрон зі штучним інтелектом розгромив чемпіонів світу в перегонах

Як автономний безпілотник переміг людину на реальному треку

Команда інженерів із лабораторії Micro Air Vehicle Lab Делфтського технічного університету створила легкий квадрокоптер MonoRace, здатний перемагати топових FPV-пілотів без участі оператора. Подробиці цього наукового прориву вчені оприлюднили в авторитетному журналі Science Robotics.

Розробники випробували свій апарат на змаганнях Abu Dhabi Autonomous Racing League, де безпілотник розвивав швидкість близько 100 кілометрів на годину, блискавично проходив спеціальні ворота та перевершив час трьох колишніх чемпіонів світу.

Замість того, щоб давати роботу дедалі потужніші сенсори та комп'ютери, ми хотіли з'ясувати, скільки інтелекту зможемо вилучити з дуже обмежених ресурсів. Перегони дронів надали екстремальне середовище для тестування цих ідей за межами лабораторії. Це спонукало нас розробити ШІ, який був не лише швидким, але й надійним та здатним адаптуватися, коли зовнішні вимірювання недоступні,
– прокоментував аерокосмічний інженер Делфтського технічного університету та співавтор дослідження Крістоф Де Вагтер.

Чому FPV-перегони стали ідеальним тестом для штучного інтелекту

Перегони дронів із видом від першої особи – це виснажливий спорт екстремальних швидкостей. Люди керують квадрокоптерами через спеціальні окуляри за допомогою радіопульта, спрямовуючи апарати крізь серію вузьких воріт на швидкості від 96 до 161 кілометра на годину. Найменша похибка у мікросекунду одразу призводить до нищівної аварії.

Раніше дослідники вже намагалися кинути виклик людям. У 2022 році команда з Цюрихського університету продемонструвала модель Swift, яка зуміла обійти чемпіонів, але лише на повністю контрольованій закритій трасі розміром приблизно 25 на 25 метрів. Як тільки в приміщенні трохи змінювали освітлення, ефективність системи миттєво падала. На відміну від лабораторій, MonoRace довів свою майстерність на неконтрольованій відкритій трасі.

Мінімалістичне залізо та 500 команд за секунду

Головна інновація MonoRace полягає у відмові від громіздкої апаратури. Система використовує лише одну камеру та інерціальний вимірювальний блок (IMU), який фіксує прискорення та обертання дрона. Квадрокоптер не покладається на GPS, а крихітний бортовий комп'ютер генерує близько 500 команд щосекунди.

Політ на дуже високій швидкості лише з однією камерою є складним завданням, оскільки зображення розмиті, деформовані, а система штучного інтелекту має дуже мало часу, щоб точно визначити, де перебуває дрон. Ми розробили надійний спосіб поєднання того, що бачить камера, з власною інформацією про рух дрона, що дозволило йому орієнтуватися на треку на високій швидкості без GPS,
– розповів дослідник робототехніки Делфтського технічного університету та співавтор дослідження Ставро Бахнам.

Для навчання системи фахівці застосували алгоритми навчання з підкріпленням у цифровому середовищі. Як зазначив співавтор роботи Робін Фереде, їхня нейромережа навчилася керувати двигунами напряму, минаючи складне класичне планування траєкторій. Цей підхід підтверджує, що орієнтування в динамічному фізичному просторі доступне навіть для компактних і легких пристроїв без надпотужного обладнання.