Москва. 19 октября. INTERFAX.RU - Фонд перспективных исследований (ФПИ) создает компактного автономного летающего робота. Новые машины должны будут летать автономно по одиночке и в группе, ориентироваться в сложных пространственных условиях, спускаться в недоступные для существующих дронов подземные помещения, строить карты помещений, искать людей, а также выполнять другие задачи. О том, как продвигается работа по созданию перспективного летающего робота, в интервью обозревателю "Интерфакса" Илье Морозову рассказал руководитель проекта Национального центра развития технологий и базовых элементов робототехники ФПИ Александр Кондратьев.
- Александр Станиславович, весной заместитель генерального директора ФПИ Игорь Денисов в интервью "Интерфаксу-АВН" рассказал о программе "Аэробот", в ходе которой создаются автономные летательные роботы, отметив, что это самые маленькие аппараты, которыми занимается Фонд. По этой теме регулярно проводятся различные конкурсы, на каком этапе находятся работы по этому проекту сегодня?
- Темой "Аэробот" мы начали заниматься в прошлом году, когда возникло понимание необходимости аппаратов такого класса. Это небольшая машина, которая должна уметь работать в сложных условиях в ограниченном пространстве, например, в полностью или частично разрушенных зданиях. Исходя из этого, были установлены максимальные габариты – до 70 сантиметров – это стандартный дверной проем.
При создании аппарата мы решаем ряд проблемных вопросов. Например, каналы управления: работа в сложных условиях, внутри конструкций из бетона и металлической арматуры, с нарушенными электросетями создает много помех для связи. Поэтому одна из задач – снизить значение канала связи в контуре управления аппаратом, сделать систему полуавтономной или даже полностью автономной.
- Радиолокация также будет применена?
- Радиолокация – хорошая тема. Сейчас в автомобильной промышленности активно применяются такие решения в ходе работ по созданию беспилотных автомобилей. В настоящий момент мы ориентируемся на систему технического зрения, включающую в себя сенсорику в видимом, тепловизионном и инфракрасном диапазонах, вычислитель, плюс интеллектуальную систему обработки. С учетом заложенных габаритов, задача достаточно сложная, поэтому Фонд принял решение развивать проект поэтапно.
Первый этап – создание инструмента, на котором можно дальше исследовать математические решения, инженерные подходы, оптимизировать сенсорику. Мы провели первую часть конкурса, по результатам которого определили исполнителя по созданию лаборатории. Выиграл Московский физико-технический институт (МФТИ). Сейчас завершаем этап создания летающей лаборатории, а параллельно уже стартовал конкурс на лучшее программно-аппаратное решение. Заявились 44 команды, в основном, из ВУЗов. В конце апреля и он будет завершен.
- В чем суть конкурса?
-С 13 по 15 ноября на базе МФТИ будет проводиться оценка зачетных попыток. Конкурсантам дается симулятор, в котором есть физическая модель нашего аппарата. Есть цифровое "помещение" со входом, откуда должна стартовать модель. Перед командами ставится простая и сложная задача одновременно – за минимальное время с минимальным количеством столкновений достигнуть установленной финишной точки, при этом на пути будут сгенерированные в случайном порядке препятствия.
- В автономном режиме?
- Да. Участники нажимают кнопку "Старт", мы включаем секундомер и полетели.
По результатам этой работы отберем десять команд, которым раздадим создаваемые сейчас лаборатории, и в апреле полетим уже "в железе". Только мы уже выстроим реальное помещение и расставим в случайном порядке препятствия.
Задача осложняется тем, что у участников не будет возможности пользоваться аппаратурой спутниковой навигации, а только имеющейся в аппаратах сенсорикой.
- Одной из задач проекта являлась отработка алгоритма работы таких аппаратов в группе. Как реализуется эта задача?
- В рамках работы по созданию летающей лаборатории решаются задачи группового управления. Мы уже в течении года активно летаем, занимаясь практической отработкой алгоритмов и программного обеспечения, которое войдет в состав комплекта средств разработчика.
- Как решается вопрос с передачей данных?
- Вопрос связи волнует многих, кто занимается разработкой робототехнических комплексов. Например, при полете в группе аппараты должны знать местоположение друг друга, для чего происходит постоянный обмен информацией между машинами. Наиболее простое и дешевое решение на данный момент – это WI-FI. Но проблемы WI-FI всем известны. К сожалению, эта система связи не предназначена для работы с высокодинамичными объектами. На летающей лаборатории мы поставили специализированные каналы, там этой проблемы не будет. У нас есть широкополосный канал для передачи больших потоков информации, в том числе видеопотоков, и узкополосный канал для управления. Это уже специализированные каналы связи.
- Ваш аппарат должен быть обеспечен системами защиты от различных видов воздействия, например, радиации?
- Пока таких задач перед собой мы не ставили. Когда будем согласовывать технические требования с потребителями, тогда определимся окончательно. Аппарат – достаточно хрупкая вещь, в первую очередь его нужно защитить от последствий возможного падения. Введение дополнительных типов защиты, например, от той же радиации, приведет к увеличению веса, а мы боремся за каждый грамм.
Поэтому мы уделили очень много внимания в ходе проекта одному из ключевых моментов в проектировании подобных аппаратов – винтомоторной группе, которая определяет тяговооруженность: скорость, продолжительность полета, маневренность.
Мы пошли на определенную хитрость при создании нашей системы. Лучи, на которых установлены винты, могут поворачиваться вокруг оси в разные стороны. Сегодня квадрокоптеры летают за счет увеличения или снижения скорости вращения винтов. Обычный аппарат летит под углом, нам это не подходит: в ряде случаев камера и другие элементы сенсорики будут смотреть в "пол". Наша конструкция, за счет изменения угла атаки винтов, позволяет повысить маневренность и обеспечить горизонтальное положение элементов системы технического зрения.
- Какие датчики вы установили в аппарат?
- Аппарат оснащен системой спутниковой навигации, также на борту стоит акселерометр, барометр, альтиметр, лазерный дальномер, две системы бинокулярного зрения вперед и вниз, инфракрасная камера.
- Одной из проблем, которую вам нужно было решать при создании аппарата, размер датчиков. Удалось найти нужное решение?
- Подбор всех комплектующих аппарата велся исходя из их размеров и массы. В целом, нам удалось удачно скомпоновать все системы. Какие-то решения в процессе работы мы меняли, но в основном, все сделано так, как и было запланировано.
Аппарат создан по модульному принципу, чтобы можно было менять компоненты системы без изменения конструкции в целом. Для нас это лаборатория, но в прикладном проекте, конечно, придётся все делать несколько иначе, чтобы максимально снизить вес аппарата. Есть над чем работать. Но в этом и цель создания летающей лаборатории – исследование путей дальнейшего развития, снижения веса, повышения энерговооруженности, улучшения работы датчиков.
Например, с той же энергетикой можно решать вопрос в лоб, повышая мощность, емкость и размер аккумулятора, а можно поработать с системой управления питанием: отключать те или иные системы в тот момент, когда они не используются, оптимизировать систему управления полетом, о чем я уже рассказывал выше.
- Сколько аппарат весит?
- Сейчас вес составляет до четырех килограммов. Длина и ширина с учетом винтов –– до 70 см.
- Применяются ли композиты в этом роботе?
- Схема стандартная: лучи винтомоторной группы из углеволокна, корпус из пластика, внутри него ажурная алюминиевая конструкция. Рассчитывая прочность, мы учитывали возможность падений. Для минимизации потерь мы закладывали прочностные характеристики так, чтобы в определенных местах у нас ломались лучи, оберегая более дорогостоящую начинку. Лучи – это трубки, их достаточно просто поменять, а вот менять электронику более проблематично.
- Есть ли уже натурный образец?
- В ближайшие дни пройдут натурные испытания, в ноябре он будет сдан.
- То есть весной должен появиться аппарат с программным обеспечением, умеющий летать автономно?
- Да, но пока речь идет об автономности в пределах той площадки, которая будет использована весной в ходе конкурса. Мне сложно прогнозировать результат этой работы, надеюсь, что аппараты полетят нормально. В любом случае, это будет не конечный уровень. Работа продолжится. Будем учить летать эти роботы дальше. В рамках этого конкурса мы говорим о статичной обстановке, в полевых условиях ситуация может меняться: будут различные условия освещенности, могут быть задымления, ветер, искрения. Все это достаточно серьезные помехи, с ними будем бороться уже в прикладном проекте.
- Когда могут быть получены первые прикладные образцы?
- Самое сложное – это система технического зрения и интеллектуальные алгоритмы обработки. Сегодня эффективные алгоритмы по распознаванию построены на базе глубоких нейронных сетей. Думаю, что эта составляющая тоже должна появиться в машине, чтобы она реально могла летать автономно. Это Фонд сможет решить в ближайшие годы.
