Искусственный интеллект позволяет беспилотным вертолетам самостоятельно обучаться выполнению сложнейших акробатических фигур, «наблюдая» за полетом других вертолетов. В итоге полностью автономные аппараты могут сами освоить высший пилотаж.

Эндрю Нг (в центре) со своими коллегами и вертолетами

«Пока что высший пилотаж остается самой серьезной проблемой для контролируемых компьютером беспилотников», — говорит стэнфордский профессор Эндрю Нг (его и вправду зовут так — Andrew Ng), глава группы разработчиков. Для них впечатляющая воздушная акробатика была не самоцелью, а прекрасным способом продемонстрировать главное свое достижение — систему самообучения, благодаря которой робот обретает новые навыки, следя за действиями «учителя», а не за счет установки на него новой версии программного обеспечения. Как выглядит эта демонстрация, можно узнать из специального видеоканала, созданного авторами на YouTube. Вот один из их роликов.

Главным «учителем» беспилотников выступает 1,2-метровый вертолет, который дистанционно управляется опытным Гарреттом Оку (Garett Oku). «Гарретт, — говорит один из разработчиков, — способен взять радиоуправляемый вертолет, который ни разу не видел до сих пор, и тут же продемонстрировать сложнейшие фигуры высшего пилотажа. Так что вопрос состоит в том, отчего бы не дать эту возможность компьютеру».

И компьютер такую возможность обрел. Ученые купили в магазине самую обыкновенную радиоуправляемую модель и добавили к нему собственные наработки. В ходе демонстрации аппарат самостоятельно проделал фигуры высшего пилотажа настолько сложные, что не все из них способны выполнить даже реальные пилоты на реальных вертолетах. Впечатленные зрители наблюдали за виражами и спиралями, мертвыми петлями и переворотами, штопорами и иммельманами. Самой сложной для аппарата оказалась фигура «колокол», при выполнении которой нос аппарата указан вверх, а хвост колеблется из стороны в сторону наподобие маятника.

Но, конечно, самое интересное в этом проекте скрывается внутри — а именно, способ, которым эти аппараты научились проделывать подобное.

Пока что создание программного обеспечения, управляющего полетом автоматических вертолетов, остается сложнейшей задачей, тем более что подобные аппараты намного менее устойчивы в полете, нежели беспилотные самолеты. «По природе своей, — делится Гарретт Оку, — вертолет летать не любит. Он так и норовит завалиться и рухнуть вниз». С точки зрения управления, вертолет (в отличие от самолета) нуждается в постоянном внимании, чтобы сохранять стабильность полета — с точки зрения пилота, это примерно так, как балансировать, удерживая на ладони длинную палку.

Ранее специалисты пытались разработать управляющую программу, которая содержала бы описания траекторий для всех возможных маневров. Для простых фигур пилотажа подобный подход сработал, но сложные (в том числе и пресловутый «колокол») оказались ему не по зубам. Предлагался и иной вариант: казалось бы, автономный вертолет можно научить пилотажу, просто используя умения опытного пилота, управляющего им через специальный джойстик. Один раз введя подобную «тонкую» информацию, можно использовать сколько угодно раз впоследствии. Однако и этот способ оказался неэффективным, поскольку не учитывались мелкие нюансы разных ситуаций — высота полета, ветры и так далее.

Итак, задача научить беспилотный вертолет летать, как ас, казалась практически неразрешимой. Тогда ученые задались таким вопросом: «Что вообще мы имеем в виду, говоря «летать, как ас»?" И решили: летать, как ас — это значит, как радиоуправляемая модель под контролем опытного «пилота». Так они пришли к решению призвать на помощь Гарретта Оку и его соратников, которые с легкостью продемонстрировали все необходимые маневры, причем каждое движение вертолетов тщательно фиксировалось. Процесс был повторен несколько раз, чтобы учесть важные различия в выполнении фигур. Специальный обучающий алгоритм, разработанный группой Эндрю Нг, сумел вычленить из таких «реальных» траекторий «идеальную» составляющую и сохранить ее в памяти компьютера.

Затем радиоуправляемая модель была доработана, на нее установили дополнительное оборудование, постоянно отслеживающее положение аппарата и направление его движения, ориентацию и скорость, ускорение и вращение во всех трех измерениях. Наземный компьютер постоянно поддерживал с ним связь, не только получая полную информацию о состоянии вертолета, но и передавая управляющие команды с частотой 20 раз в секунду.

Интересно, что на борту такого беспилотного вертолета ученые установили не только акселерометры и гироскопы, но и магнитометр, который позволяет оценивать ориентацию аппарата в магнитном поле Земли. Нашлось здесь место и GPS-навигатору, который «в команде» с наземными видеокамерами показывает точное местоположение робота. По мнению разработчиков, в полномасштабных аппаратах все эти инструменты вместе с управляющим компьютером можно будет с легкостью разместить на борту.

Читайте также об интереснейшей разработке — вертолете, который умеет превращаться в самолет: «Двуликий аэрогрузовик».

По сообщению Stanford News Service