Удивительная скорость, с которой лесные птицы маневрируют во время полета даже в самых густых зарослях, способна вызвать зависть авиаконструкторов и инженеров. Впрочем, понемногу механизмы этой поразительной способности начинают раскрываться — возможно, они будут использованы и в самолетах будущего.
Алгоритм маневра: Поток уклонения

В самом деле, никакому самому современному компьютеру не по силам отслеживать на быстрой скорости огромное количество препятствий в трехмерном пространстве, распознавать их и маневрировать в полете, уклоняясь от столкновений и постоянно уточняя траекторию дальнейшего движения. Такое доступно разве что свуп-байкам штурмовиков из «Звездных войн». А еще — обычным птицам и летучим мышам.

Как же летающим животным это удается? Этим вопросом вплотную занялись Кен Себеста (Ken Sebesta) и Джон Бэйлюль (John Baillieul) — и, кажется, во многих деталях им удалось разобраться. По мнению ученых, секрет состоит в использовании довольно простого алгоритма, который, впрочем, накладывает принципиальное ограничение на максимальную скорость такого «маневрового полета».

Для этого ученые подошли к задаче обнаружения и оценки препятствий с новой стороны, рассмотрев их в рамках оптического потока, изображение видимого движения объектов, возникающего при движении глаза относительно сцены. Иначе говоря, в рамках целостного «течения», а не набора отдельных деталей, за каждой из которых пришлось бы следить индивидуально. Скорость этого движения в поле зрения определяется набором факторов, включающим скорость полета, размеры и расстояние до конкретного объекта, причем вероятность столкновения рассчитывается довольно просто, исходя из скорости полета и скорости изменения видимых размеров объекта.

Ученые предполагают, что на деле птица, маневрирующая среди густых ветвей, не интересуется выявлением и распознаванием образов, оценкой их точных размеров и потенциальной опасности. Она лишь меняет курс так, чтобы избежать столкновений, и делает это, исходя из довольно простых закономерностей и достаточно простым способом.

Авторы предложили алгоритм, позволяющий распространить этот подход на все участки поля зрения и тем самым создать систему, которая обеспечит нужной информацией систему управления полетом для оперативного корректирования курса.

К слову, подход, основанный на оптическом потоке, накладывает и принципиальные ограничения на маневренность скоростного полета. Ограничения эти связаны с линейными размерами и плотностью препятствий в поле зрения, скоростью полета, а также с маневренностью самого летающего механизма — точнее говоря, с минимальным возможным радиусом поворота.

Себеста и Бэйлюль уже начали работу по практическому использованию этого весьма многообещающего подхода в управлении реальным беспилотным аппаратом-квадрокоптером.

По публикации MIT Technology Review / Physics ArXiv Blog