Μπάμπης Παπασπύρος
Ταξίαρχος εν αποστρατεία Μηχανικός ΣΜΑ, πρώην Αντιπρόεδρος Ελληνικής Αεροπορικής Βιομηχανίας
Όταν πολλά drones εργάζονται μαζί στον ίδιο εναέριο χώρο, ίσως ψεκάζοντας φυτοφάρμακο πάνω από ένα χωράφι, υπάρχει κίνδυνος να συγκρουστεί το ένα με το άλλο.
Για να βοηθήσουν στην αποφυγή αυτών των δαπανηρών συγκρούσεων, ερευνητές του MIT παρουσίασαν το 2020 ένα σύστημα που ονομάζεται “MADER”. Αυτός ο σχεδιασμός τροχιών πολλαπλών παραγόντων, επιτρέπει σε μια ομάδα drones να διαμορφώσει βέλτιστες τροχιές χωρίς σύγκρουση. Κάθε drone εκπέμπει την τροχιά του, ώστε τα άλλα drones στην περιοχή, να γνωρίζουν πού σχεδιάζει να πάει. Στη συνέχεια, εξετάζουν το καθένα τις τροχιές του άλλου και βελτιστοποιούν τις δικές τους για να διασφαλίσουν ότι δεν θα συγκρουστούν.
Αλλά όταν η ομάδα δοκίμασε το σύστημα στην πράξη, διαπίστωσε ότι, εάν ένα drone δεν έχει ενημερωμένες πληροφορίες για τις τροχιές των συνεργατών του, μπορεί να επιλέξει κατά λάθος μια διαδρομή που οδηγεί σε σύγκρουση. Οι ερευνητές αναβάθμισαν το σύστημά τους και τώρα παρουσιάζουν το “Robust MADER”, έναν σχεδιαστή τροχιών πολλαπλών παραγόντων που δημιουργεί τροχιές χωρίς σύγκρουση ακόμα και όταν καθυστερούν οι επικοινωνίες μεταξύ των drones.
«Το “MADER” δούλεψε εξαιρετικά στις προσομοιώσεις, αλλά δεν είχε δοκιμαστεί στην πράξη. Έτσι, φτιάξαμε μια ομάδα drones και αρχίσαμε να τα πετάμε. Τα drones πρέπει να επικοινωνούν μεταξύ τους για να μοιράζονται τροχιές, αλλά μόλις αρχίζουν να πετάνε, συνειδητοποιείτε πολύ γρήγορα ότι υπάρχουν πάντα καθυστερήσεις στην επικοινωνία που προκαλούν κάποιες αποτυχίες», λέει ο Kota Kondo, πτυχιούχος μηχανικός αεροναυπηγός.
Ο αλγόριθμος ενσωματώνει ένα βήμα ελέγχου καθυστέρησης, κατά το οποίο ένα drone περιμένει ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα πριν δεσμευτεί σε μια νέα βελτιστοποιημένη τροχιά. Εάν λάβει πρόσθετες πληροφορίες τροχιάς από άλλα drones κατά τη διάρκεια της περιόδου καθυστέρησης, ενδέχεται να εγκαταλείψει τη νέα τροχιά του και να ξεκινήσει ξανά τη διαδικασία βελτιστοποίησης.
Όταν ο Kondo και οι συνεργάτες του δοκίμασαν το “Robust MADER”, τόσο σε προσομοιώσεις όσο και σε πειράματα πτήσης με πραγματικά drones, πέτυχε 100% στη δημιουργία τροχιών χωρίς σύγκρουση (βλέπε Εικόνα 1). Ενώ ο χρόνος ταξιδιού των drones ήταν λίγο πιο αργός από ότι θα ήταν με κάποιες άλλες προσεγγίσεις, καμία άλλη τεχνολογία δεν μπορούσε να εγγυηθεί την ασφάλεια.
Τροχιές σχεδιασμού
Το “MADER” είναι ένας ασύγχρονος, αποκεντρωμένος, σχεδιαστής τροχιών. Αυτό σημαίνει ότι κάθε drone διαμορφώνει τη δική του τροχιά και ότι, ενώ όλα τα άλλα drones πρέπει να συμφωνούν για κάθε νέα τροχιά, δεν χρειάζεται να συμφωνούν ταυτόχρονα. Αυτό καθιστά το “MADER” πιο επεκτάσιμο από άλλες προσεγγίσεις, καθώς θα ήταν πολύ δύσκολο για χιλιάδες drones να συμφωνήσουν σε μια τροχιά ταυτόχρονα. Λόγω της αποκεντρωμένης φύσης του, το σύστημα θα λειτουργούσε επίσης καλύτερα σε πραγματικά περιβάλλοντα πεδίου, όπου τα drones μπορούν να πετάξουν μακριά από έναν κεντρικό υπολογιστή.
Με το “MADER”, κάθε drone βελτιστοποιεί μια νέα τροχιά χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο που ενσωματώνει τις τροχιές που έχει λάβει από τα άλλα drones. Με τη συνεχή βελτιστοποίηση και μετάδοση των νέων τροχιών τους τα drones αποφεύγουν τις συγκρούσεις.
Σε περιβάλλοντα πραγματικού κόσμου, τα σήματα συχνά καθυστερούν λόγω παρεμβολών από άλλες συσκευές ή περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως ο καιρός. Λόγω αυτής της αναπόφευκτης καθυστέρησης, ένα drone ενδέχεται να δεσμευτεί ακούσια σε μια νέα τροχιά που το θέτει σε τροχιά σύγκρουσης.
Το “Robust MADER” αποτρέπει τέτοιες συγκρούσεις επειδή κάθε σύστημα έχει δύο διαθέσιμες τροχιές. Διατηρεί μια τροχιά που γνωρίζει ότι είναι ασφαλής, την οποία έχει ήδη ελέγξει για πιθανές συγκρούσεις. Ενώ ακολουθεί αυτή την αρχική τροχιά, το drone βελτιστοποιεί μια νέα τροχιά, αλλά δεν δεσμεύεται στη νέα τροχιά μέχρι να ολοκληρώσει ένα βήμα ελέγχου καθυστέρησης.
Κατά τη διάρκεια της περιόδου ελέγχου καθυστέρησης, το drone αναλώνει ένα σταθερό χρονικό διάστημα ελέγχοντας επανειλημμένα για επικοινωνίες από άλλα drones, για να δει εάν η νέα του τροχιά είναι ασφαλής. Εάν εντοπίσει μια πιθανή σύγκρουση, εγκαταλείπει τη νέα τροχιά και ξεκινά τη διαδικασία βελτιστοποίησης ξανά.
Πτήση χωρίς σύγκρουση
Οι ερευνητές δοκίμασαν τη νέα τους προσέγγιση εκτελώντας εκατοντάδες προσομοιώσεις στις οποίες εισήγαγαν τεχνητά καθυστερήσεις επικοινωνίας. Σε κάθε προσομοίωση, το Robust MADER ήταν 100 % επιτυχημένο στη δημιουργία τροχιών χωρίς σύγκρουση, ενώ όλες οι πορείες χωρίς παρέμβαση του λογισμικού MARDER προκάλεσαν ατυχήματα.
Οι ερευνητές κατασκεύασαν επίσης έξι drones και δύο εναέρια εμπόδια και δοκίμασαν το “Robust MADER” σε ένα πραγματικό περιβάλλον (εσωτερικός χώρος) πτήσης πολλαπλών συστημάτων.
Βίντεο (Robust MADER: Decentralized Multiagent Traj Planner Robust to Comm Delay in Dynamic Environments)
Σχεδίαση τροχιών
Δοκιμές με πτήσεις σε εσωτερικό χώρο
Τα drones μπορούσαν να πετάξουν 3,4 μέτρα ανά δευτερόλεπτο με το “Robust MADER”, αν και είχαν ελαφρώς μεγαλύτερο μέσο χρόνο ταξιδιού από ορισμένες γραμμές βάσης. Αλλά καμία άλλη μέθοδος δεν ήταν τέλεια χωρίς σύγκρουση σε κάθε πείραμα.
Στο μέλλον, ο Kondo και οι συνεργάτες του θέλουν να δοκιμάσουν το “Robust MADER” σε εξωτερικούς χώρους, όπου πολλά εμπόδια και είδη θορύβου μπορούν να επηρεάσουν τις επικοινωνίες. Θέλουν επίσης να εξοπλίσουν drones με οπτικούς αισθητήρες, ώστε να μπορούν να ανιχνεύουν άλλους παράγοντες ή εμπόδια, να προβλέψουν τις κινήσεις τους και να συμπεριλάβουν αυτές τις πληροφορίες σε βελτιστοποιήσεις τροχιάς.
Πηγή: news.mit.edu
