Dronų spiečiai: kaip jie iš tikrųjų dirba ir kokios pramonės šakos turėtų rūpėti

Tinkamais atvejais dronų spiečiai laikui bėgant gali sumažinti eksploatavimo išlaidas iki 30%. Didžiąją dalį to kyla dėl mažesnių darbo sąnaudų, kurios gali padidinti net 70% visų dronų naudojimo išlaidų.

Šie skaičiai man yra ne tik duomenų taškai – jie pirmiausia patraukė mane į lauką. „Drone Swarm Technology“ pirmą kartą atkreipė mano dėmesį 2015 m., Pažymėjusi jos perėjimo nuo koncepcijos prie programos pradžią.

Nuo to laiko aš atidžiai stebėjau jos evoliuciją ir dabar matau tvirtą pavyzdį, kaip integruoti dronų spiečius į mano dabartinį projektą. Mano požiūris į dronų spiečius yra iš stipraus techninio pagrindo (bakalauro ir magistro laipsnių taikomosios fizikos ir matematikos laipsniai). Aš taip pat turiu daugiau nei dešimtmetį praktišką patirtį su dronais ir tvirtą verslo patirtį, kaip buvęs „Aeroxo“ vyriausiasis operatyvinis pareigūnas, taip pat daugiau nei 10 metų, kaip technologijos ekspertas.

Pažvelkime į tai, kas iš tikrųjų yra dronų spiečiai ir kaip jie veikia, nes šis terminas dažnai netinkamai vartojamas paprastesnėms technologijoms. Daugelis stebėtojų bet kuriai dronų grupei vadina spiečiu. Pvz., Jie gali apibūdinti „Sky Shows“ ir tam tikrus saugumo naudojimo atvejus pažymėti kaip spiečius. Tačiau tai labai skiriasi nuo tikrų spiečių, nes jie pasikliauja centralizuota kontrole, atlieka iš anksto nustatytas užduotis be savęs koordinacijos ar bendraamžių bendravimo ir veikia prižiūrint žmonėms.

Taip pat išnagrinėsiu pagrindinius naudojimo atvejus, kurie gali atsirasti per ateinančius penkerius metus.

Kas iš tikrųjų yra drono spiečius?

Drono spiečius yra neskelbtų oro transporto priemonių (UAV) grupė, aprūpinta sistema, leidžiančia jiems elgtis kaip natūralūs skruzdžių, bičių ar paukščių spiečiai. Palyginimas yra svarbus, nes būtent natūralūs spiečių bruožai daro šią technologiją tokią galingą:

• Decentralizuotas sprendimų priėmimas: Kiekvienas dronas pats priima sprendimus, remdamasis užprogramuotomis taisyklėmis, vietinėmis sąlygomis ir kitų dronų elgesiu. Nėra hierarchijos.
• Dronai sinchronizuoja savo elgesį vienas su kitu ir pritaikykite realiuoju laiku, atsižvelgiant į netoliese esančių dronų padėtį, judėjimą ar būseną.
• Kiekvienas dronas turi tas pačias galimybes.
• Kiekvienas dronas atlieka užduotį taip pat, kaip ir likusi grupės dalis. Nėra prieštaringo elgesio, ir jiems nereikia bendrauti, kad koordinuotumėte. Jie tiesiog žino, kad kiti pasirinko tą patį pasirinkimą.

Dėl charakteristikų technologija yra labai keičiama. Veiksmingumas išliks toks pat, nes pridėsite daugiau UAV. Dronų spiečiai gali greitai nuskaityti didžiulius plotus, nedaug žmonių įsitraukiant, veikia sudėtingoje ar pavojingoje aplinkoje ir akimirksniu prisitaiko prie pokyčių.

Kaip dronų spiečiai veikia praktikoje

Štai kaip autonominiai dronų spiečiai veikia realaus pasaulio žemės ūkio aplinkoje. Sistema priklauso nuo intelektualiojo koordinavimo, realaus laiko duomenų ir užduoties pagrįstų sprendimų priėmimo įvairiuose vienetuose.

1. Dronai yra su borto kompiuteriu, skirtu spiečių koordinavimui ir nešiojami įrankiai, būdingi žemės ūkio užduotims, tokioms kaip daugialypė kamera, trąšų bakas ir balionėlis bei GPS + RTK (realaus laiko kinematika).
2. Žmogus nustato užduotį. Pavyzdžiui, gali būti trąšos tik tose vietose, kuriose jos reikia, atsižvelgiant į dirvožemio tipą, drėgmę ir maistines medžiagas. Tai taupo išlaidas ir apsaugo nuo žalą pernelyg ar per mažai.
3. Vienas dronas nustato tašką, kurio fosforo kiekis yra žemas, naudojant normalizuotą skirtumo augmenijos indeksą (NDVI).
4. Jei tas dronas turi pakankamai fosforo ir yra arčiausiai dėmės, jis taiko trąšas. Jei kitas dronas su ta pačia trąšomis yra arčiau, ji perima.
5. Šis procesas tęsiasi visoje priskirtoje srityje.

Kokie yra geriausi ir realistiški dronų spiečių naudojimo atvejai?

Tai yra naudojimo atvejai, kai per ateinančius penkerius metus dronų spiečio technologija galėtų būti įgyvendinta ir daro didelę įtaką bei reikšmingą išlaidų taupymą.

Žemės ūkis

Žemės ūkyje dronų spiečiai gali uždengti žemę greičiau ir efektyviau nei pavieniai dronai. Palyginus su įgaliotinėmis sistemomis ar palydovais, dronų spiečiai siūlo realaus laiko įžvalgas, lauko lygio skiriamąją gebą, didesnį lankstumą ir automatizavimą.

Aukščiau esančiame skyriuje paaiškinau, kaip jie gali veikti: įgalindamas vienu metu stebėjimą, žemės ir augalų analizę ir purškimą pasėlių.

Kitos užduotys, kurias gali optimizuoti dronų spiečiai, yra::

• Koordinuotas sėjimas
• 3D lauko rekonstrukcijos daugiapakopis vaizdavimas
• Ankstyvas ligos nustatymas ar sausros stresas

Pagrindinis iššūkis taikant šią technologiją žemės ūkiui yra kaina. Pavyzdžiui, kai kuriose JAV valstijose galite išsinuomoti žemės ūkio lėktuvą su pilotu už 150 USD per valandą. Tai taip pigu, kad dronai tiesiog negali konkuruoti, bent jau dar ne.

Mums reikia laiko technologijoms pasivyti. Dronai gerėja ir pigesni. Baterijos tampa prieinamesnės. Tačiau pažanga yra laipsniška, o ne proveržis. Prieš dešimt metų NDVI analizės multispektrinė kamera kainavo 6000 USD ar daugiau. Šiandien panašios fotoaparatai gali kainuoti tik už 500 USD. Tai tik laiko klausimas.

Harvardo Wyss institutas kuria autonominius skraidančius robotus, vadinamus robobeais, įkvėptais vabzdžių spiečių elgesio. Kiekvienas įrenginys yra skirtas rinkti aplinkosaugos duomenis ir koordinuoti su kitais, kad būtų galima stebėti pasėlius ir realiu laiku nustatyti problemines zonas.

Platformą vis dar yra laboratorijos etapai ir riboja naudingosios apkrovos talpa ir skrydžio laikas, tačiau ji parodo decentralizuoto koordinavimo gyvybingumą sudėtingoje lauko aplinkoje.

https://www.youtube.com/watch?v=JU4DHHMS_MW

Humanitarinė išmirkymas

Pagrindinė didelių humanitarinio išminavimo proceso išlaidų priežastis yra daugybė klaidingų aliarmų, traktuojamų kaip realios grėsmės. Paprastai komanda išvalo daugiau nei 50 įtariamų minų prieš surasdama vieną žemės miną.

Dronų spiečiai gali stumti humanitarinį išmintį link nulinės tolerancijos standarto, kurio nustatymo tikslumas yra iki 98% ir žymiai sutrumpėjęs tyrimų laikas.

Štai kaip dronų spiečiai gali veikti humanitariniame išminklavime:

• Kiekvienas dronas turi radarą, kuris veikia skirtingose bangų juostose, pavyzdžiui, L juosta ir X juosta.
• L juosta turi ilgesnį bangos ilgį ir gali prasiskverbti šiek tiek žemiau žemės. Jis naudojamas platesniam požeminiam aptikimui.
• X juosta turi trumpesnį bangos ilgį, kuris gerai prasiskverbia iš dirvožemio ar lapijos, tačiau suteikia daug didesnę skiriamąją gebą.
• Dronai autonomiškai nuskaito įtariamą pavojingą plotą (SHA), kad būtų galima nustatyti vietas, kuriose gali būti minų. Skrydžio metu borto AI realiu laiku nustato anomalijas. Dronai pasirenka bangos juostą pagal dirvožemį – sprogstamųjų karo likučių tipą (ERW), naudojamą konflikto metu šiose vietose, sezoną, augmeniją ir kritulius.
• Kai vienas dronas pastebi anomaliją, netoliese esantys dronai automatiškai pereina į tą pačią vietą, kad jį būtų galima išgelbėti iš skirtingų kampų ir su skirtingomis radaro juostomis.
• Surinkti duomenys siunčiami į didelį AI modelį, kad būtų galima išsamiau analizuoti ir tiksliai žemėlapių žemėlapius.

Norint įgyvendinti dronų spiečius humanitariniame išminklavime, mums reikia laiko, kad būtų galima sukurti tris technologijas:

1. Apdorojimo galia Norėdami apdoroti radaro duomenis internete, kad būtų galima nustatyti anomalijas realiuoju laiku. Šiuo metu dronai gali rinkti duomenis tik skrydžio metu, kuriuos vėliau analizuojame vietoje. Mums taip pat reikia sudėtingesnės apdorojimo galios, kad palaikytume dronų spiečio sinchronizaciją. Kiekvienas dronas turi žinoti savo tikslią padėtį, siųsti ir gauti radaro signalus tuo pačiu metu ir koordinuoti nuskaitymus be trikdžių, kartu gaminant nuoseklų duomenų rinkinį. Dabartiniai lustai dar nėra pakankamai galingi šiam sudėtingumui, tačiau labai tikiuosi, kad iki 2027 m. Bus galima įsigyti tinkamą aparatinę įrangą.
2. GPS ir regos odometrija Reikia toliau tobulinti, kad pagerintumėte padėties nustatymo tikslumą žemės ir netoliese esančių objektų atžvilgiu. Šios sistemos egzistuoja, tačiau jų tikslumas vis dar trūksta dronų spiečių koordinavimo atliekant išminavimo operacijas.
3. Antenos dizainas Norint palaikyti daugialypį radarų skenavimą, dronams reikia lengvų, kompaktiškų antenų. Skirtingai nuo pirmųjų dviejų iššūkių, kuriems reikia nuolatinių tyrimų ir plėtros, tai pirmiausia yra inžinerinė problema, kurią galima išspręsti naudojant esamas technologijas.

Šioje srityje jau vyksta tyrimai. Sapienzos universiteto Mechanikos ir kosmoso inžinerijos katedra bando dronų spiečius, aprūpintus antžeminiais radarais, kad būtų galima nuskaityti reljefą struktūrizuotu būdu. Kol kas jis naudoja tik vieno tipo bangos juostą, galbūt išbandė skirtingus bangos ilgius.

Danijoje įsikūrusi „Dropla“ yra tarp dronų kūrėjų, skirtų išminuoti. Šaltinis: „Dropla“

Logistika

Logistika yra natūraliai tinkama dronų spiečiams, nes tai yra paskirstyta problema – kelios judančios dalys, vietos ir sprendimai. Dronų spiečiai paverčia tai autonomine sistema, kuri yra greitesnė, pigesnė ir atsparesnė nei centralizuoti ar vieno drono modeliai.

Autonominis dronų tinklas gali nuspręsti, kuri sistema pristato, kurį paketą pateikia pagal vietą, likusią bateriją, paketo svorį ir kelionės tikslo atstumą.

Išskyrus technologijos sąnaudas – kadangi tradicinis pristatymas vis dar yra daug pigesnis – pagrindinė kliūtis realizuoti dronų spiečius logistikoje yra reguliavimas. Jei kažkas krinta ir sužeidžia pašalinį asmenį, valdžios institucijos yra pirmosios. Štai kodėl jiems reikia dešimčių tūkstančių realaus pasaulio testų, kad būtų patvirtinta sauga, ir kodėl reikia sukurti ir patobulinti daugybę procedūrų ir taisyklių. Pavyzdžiui, kaip dronai bendrauja su pilotuotais orlaiviais ir kokių sertifikatų reikia dronų pilotų.

„Swarm“ principai jau išbandomi komercinėse aplinkose. Pvz. Bendrovės dronai veikia sinchronizuotais modeliais, kad būtų galima nuskaityti lentynos, sekti dalis ir optimizuoti saugyklą realiuoju laiku.

Šiuo metu šios sistemos apsiriboja kontroliuojama aplinka ir naudojasi vaizdiniais žymenimis arba „LiDAR“ pagrindu sudarytais žemėlapiais. Tačiau jie siūlo darbinę demonstraciją, kaip dronų spiečiai gali suteikti paskirstytą žvalgybą tiekimo grandinės operacijoms.

https://www.youtube.com/watch?v=vj35jaowx_4

Dronų spiečiai įrodo savo vertę

Žemės ūkio, išminavimo ir logistikos metu spiečių technologijos pasirodo vertingiausios, kur mastas, autonomija ir pritaikomumas. Kiekvienu atveju keli agentai, dirbantys kartu, pralenkia vieno drono sistemas greičiu, tikslumu ir ekonominiu efektyvumu.

Pagrindinis techninis kliūtis šiandien yra įjungimo galia – dronai turi analizuoti duomenis ir koordinuoti realiuoju laiku be išorinio valdymo. Dabar yra tinkamas laikas sutelkti dėmesį į šią erdvę, nes „Swarm Tech“ pereina iš galimo į praktišką.

Apie autorių

„Vladimir Spinko“ yra „Aery Bizkaia“, Ispanijoje įsikūrusios „Deep-Tech“ startuolio, kuriant AI varomą CSAR (kovos paieškos ir gelbėjimo) radarų sistemas, įkūrėjas, kad būtų galima autonomiškai aptikti žemę. Baigęs MIPT ir buvusį „Aeroxo“ COO, jis sujungia pažangias fizikas, aviacijos ir kosmoso naujoves ir humanitarinį poveikį iš naujo apibrėžti po konflikto saugumą.