Скоро они будут летать роем

В ноябре 2017 года на YouTube появилось видео под названием «Дроны-убийцы». Придумал этот сюжет профессор Калифорнийского университета в Беркли Стюарт Рассел, специалист в области искусственного интеллекта. Профинансировала видео некоммерческая организация Future of Life Institute — группа ученых и технологов, среди членов которой Илон Маск, Стивен Хокинг и Мартин Рис, королевский астроном Великобритании.

Действие происходит в недалеком будущем. Маленькие дроны, оснащенные системой распознавания лиц и взрывными зарядами, могут программироваться на поиск и уничтожение определенных личностей или целых групп людей (например, носящих одинаковую униформу). В одной из сцен дроны действуют коллективно, чтобы проникнуть в здание: один из них подрывает стену, чтобы дать доступ остальным.

Конечно, «дроны-убийцы» — это всего лишь выдумка.

Однако доктор Рассел задается вопросом, долго ли будет сохраняться такое положение. По всему миру военные лаборатории разрабатывают небольших автономно действующих роботов, которые могут использоваться в качестве вооружения — как обычного, так и нетрадиционного.

В декабре 2017 после десяти лет успешного функционирования в США была закрыта программа «Автономные микросистемы и технологии» (MAST), которая действовала под руководством Военной исследовательской лаборатории в Мэриленде. Финансировалась и управлялась программа крупными лабораториями, в первую очередь на базе Университета штата Мэриленд, Техасского университета A&M и Беркли (работы в Беркли не имели отношения к доктору Расселу). Преемницей MAST стала программа «Распределенные и совместные интеллектуальные системы и технологии» (DCIST).

В 2008 году, когда только начинались исследования в рамках программы MAST, шпионский дрон размером меньше ладони был чем-то из области научной фантастики. В наши дни такие технологии применяются повсеместно. Кроме летающих дронов, разрабатывались карманные боевые разведботы, которые могли передвигаться прыжками или ползком впереди личного состава. Цель программы DCIST — научить этих ботов взаимодействовать друг с другом. Если исследования пройдут успешно, результатом станут целые рои военных дронов, которые смогут предпринимать коллективные действия для достижения цели.

Решение принимают люди а не роботы, но…

Сейчас Министерство обороны США настроено держать подобные технологии под контролем человека. То есть решение о действии должно приниматься людьми, а не машинами. Пентагон так же, как и организация Future of Life Institute, обеспокоен перспективой появления самостоятельных дронов-убийц. Но после первого испытания ядерного оружия прозвучала фраза о том, что самый главный секрет теперь раскрыт: эта штука работает. Если есть теоретическая возможность научить дронов работать в группе, то кто-нибудь рано или поздно воплотит это на практике.

Дроны-поликоптеры

Существующие летающие дроны-поликоптеры чаще всего оборудуются несколькими роторами (обычно их 4 или 6), расположенными в виде правильного многоугольника. Намного реже устанавливается единственный ротор в центре тяжести устройства. Однако исследователям из MAST пришла в голову новая идея: превратить дрон в циклокоптер — нечто похожее на летающий колесный пароход.

Циклокоптеры

Хотя замысел циклокоптера появился давно, до нынешнего времени не существовало достаточно легких и прочных материалов, а также компьютерных технологий для его воплощения. В ходе программы MAST удалось преобразить неповоротливые полукилограммовые дроны в изящные устройства весом не более 30 граммов. Такие технологии легко смогут вытеснить поликоптеры.

Военные роботы становятся все более и более способными
Схематичный циклокоптер. Источник: own work. For references, see below

Свойства циклокоптеров напоминают скорее насекомых, чем обычные летательные аппараты: подъемная сила возникает благодаря круговым завихрениям воздуха, а не обтеканию аэродинамических плоскостей (крыльев). Это особенно хорошо действует для небольших устройств: чем меньше размер, тем эффективнее становится вихревой эффект. Недостатком является потеря устойчивости, поэтому уменьшение дронов делает их более качественными.

Анимация циклоидного пропеллера с механическим управлением углом атаки
Анимация циклоидного пропеллера с механическим управлением углом атаки

Кроме того, маленькие дроны работают тише. Доктор Мобл Бенедикт, один из лидеров проекта на базе Техасского университета A&M, отмечает, что вращение концевой части лопасти ротора неминуемо создает аэродинамический шум — отсюда специфический звук, производимый вертолетами. Окружная скорость лопастей циклокоптеров намного ниже, поэтому они производят меньше шума, что делает их идеальными устройствами для разведки и шпионажа. Также у них хорошая маневренность и устойчивость к порывам ветра.

Доктор Бенедикт считает, что циклокоптеры поступят в продажу уже через пару лет. Как только это случится, они заменят поликоптеры не только в военном деле, но и во многих других областях применения. Однако программа MAST работала не только над летающими ботами, но и над прыгающими.

Прыгающий робот Salto

Наиболее продвинутым устройством является монопод Salto, созданный Лабораторией биомиметических миллисистем Калифорнийского университета в Беркли. Этот робот весит всего 98 граммов, он оснащен вращающимся хвостом и боковыми подруливающими устройствами, что позволяет ему стабилизироваться и переориентироваться прямо во время прыжка.

Salto способен передвигаться по неровным поверхностям и взбираться на ступеньки. Скорость бота — 2 м/с, что создает огромную нагрузку на его единственную ногу. Инженер-электрик Рон Фиринг, занимавшийся разработкой робота, говорит:

«Представьте себе гепарда, который бежит на максимальной скорости, используя всего одну лапу. А теперь уменьшите время соприкосновения лапы с землей вдвое».

Как и в случае циклокоптеров, только недавно появились материалы и технологии, позволяющие воплотить это.

Доктор Фиринг утверждает, что Salto и подобные ему боты работают тише, чем летающие дроны, а также могут действовать в ограниченном пространстве, где коптеры сбивались бы с курса из-за турбулентности. Эти роботы могут передвигаться по пересеченной местности или по разрушенным зданиям, что недоступно колесной технике. Конечно, Salto ещё требует доработки.

К примеру, нужно улучшить его сцепление с поверхностью. Когда белка прыгает с ветки на ветку, долететь — это ещё полдела. Нужно удержаться. Как только проблема будет решена, а это произойдет в ближайшие год-два, маленькие нелетающие роботы смогут добираться туда, куда закрыт путь их колесным или даже гусеничным собратьям.

Новые разработки маленьких роботов

Чтобы исследовать разрушенное здание, нужно уметь не только держаться на поверхности развалин, но и проникать между ними. Исследователи из Лаборатории биомиметических миллисистем занимаются и этим вопросом. То, что они придумали, напоминает таракана. Корпус бота широкий и плоский, что дает ему устойчивость и возможность пробираться в узкие щели (если нужно, он может перевернуться набок). На случай опрокидывания у робота есть нечто вроде крылышек, помогающих ему вернуться в нормальное положение.

Проникнуть в обрушенное или целое здание — это один вопрос. Другой — как робот будет ориентироваться внутри без помощи человека. Чтобы разрешить эту проблему, программа MAST делилась результатами разработок с Управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA).

Бретт Пикарски, возглавлявший MAST, а сейчас руководящий программой DCIST, говорит, что исследования в рамках «Скоростной автономии малого веса» (FLA) ставят своей целью  создание небольших дронов, которые смогут пробираться в здания, ориентироваться внутри и находить выход наружу, сохраняя высокую скорость. Управление уже заявило о результатах: новые скоростные поликоптеры могут пролетать сквозь лесопосадки, огибать препятствия и возвращаться на старт полностью автономно. 

Единство — это сила. Скоординированная работа роботов.

Следующая задача исследователей — научить роботов собираться в рой и действовать скоординированно. Под управлением программы MAST Лаборатория общей робототехники, автоматизации, зондирования и восприятия на базе Пенсильванского университета добилась определенных результатов:  группа дронов получила способность передвигаться совместно, не задевая друг друга.  Однако боты действуют не как рой насекомых или стая птиц — они не могут собирать информацию самостоятельно. Вместо этого группой руководят наземные датчики, а от столкновения предохраняет центральный контроллер.

Однако и эта ситуация скоро изменится. В завершающей презентации программы MAST участвовали три робота: два наземных и один в воздухе. Они поддерживали контакт друг с другом, используя только устройства, установленные на самих ботах. Исследования позволят создавать крупные группы роботов, действующие без управления извне.

Управления отрядами, состоящими из разнородных роботов

Кроме того, презентация показала, что для совместной деятельности роботы не обязательно должны принадлежать к одному виду. Новая дисциплина под названием «контроль гетерогенных групп» призвана решить проблемы управления отрядами, состоящими из разнородных роботов и человеческих единиц. Группы также должны уметь разделяться, чтобы обследовать здание, а затем снова воссоединяться, и все это в полевых условиях.

Такие цели ставит перед собой новая программа DCIST. Первые гранты на исследования в размере 27 миллионов долларов получили Пенсильванский университет, Массачусетский технологический институт, Технологический институт Джорджии и Калифорнийский университет в Беркли. Программу DCIST предполагается свернуть в 2022 году, и к тому времени, возможно, идея «дронов-убийц» уже не будет казаться такой фантастической. Ō

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше