Птицы представляют собой немалую опасность для движения самолётов. Но специалисты Калифорнийского технологического института (Caltech) решили заняться этой проблемой и разработали новый алгоритм, который позволяет одному беспилотнику отводить целую стаю птиц от воздушного пространства аэропорта. Алгоритм представлен в исследовании в рамках IEEE Transactions on Robotics.
Проект был вдохновлён «Чудом на Гудзоне» в 2009 году, когда пилотам рейса US Airways-1549 Чесли Салленбергеру (Chesley Sullenberger) и Джеффри Скайлзу (Jeffrey Skiles) пришлось совершить аварийную посадку прямо на воду реки Гудзон в Нью-Йорке после того, как при взлёте авиалайнер Airbus A320-214 столкнулся со стаей канадских казарок и оба двигателя отказали.
«Пассажиры рейса 1549 были спасены только потому, что пилоты были очень квалифицированными», — отметил адъюнкт-профессор аэрокосмической отрасли и сотрудник отдела разработок и прикладных наук Caltech Сун-Джо Чанг (Soon-Jo Chung), а также главный исследователь проекта использования дронов в управлении стаями птиц. — Это заставило меня подумать, что в следующий раз всё может закончится трагично. Поэтому я начал искать способы защитить воздушное пространство от птиц, используя свои исследовательские наработки в области автономности и робототехники».
Профессор Сун-Джо Чанг с дроном собственного изобретения Bat Bot в руках
Существующие стратегии управления воздушным пространством включают в себя изменение окружающего пространства, чтобы сделать его менее привлекательным для птиц, использование обученных соколов или даже пилотируемых дронов, чтобы отпугивать стаи. Но господин Чанг считает, что эти стратегии могут быть дорогостоящими или — в случае управляемых вручную дронов — ненадёжными.
«Когда вы отгоняете птиц из воздушного пространства, необходимо быть очень осторожным в позиционировании беспилотника. Если дрон слишком далеко от стаи, он не будет её отгонять. Если же он слишком близко, то пилот рискует рассеять стаю и сделать её совершенно неуправляемой. Это очень сложная задача для пилотируемого полёта», — отметил руководитель.
Технология исследователей полагается на способность управлять стаей как единым организмом, удерживая её вместе и изменяя направление движения. Каждая птица в стае реагирует на изменения в поведении ближайших к ней особей. Поэтому дрон перемещается так, чтобы находящиеся на краю стаи птицы меняли курс и передали свою тревогу ближайшим сородичам, а те — следующим и так далее, пока вся стая не изменит курс. Позиционирование беспилотника должно быть точным: если внешняя угроза становится слишком активной и бросается на стаю, птицы будут паниковать и действовать индивидуально, а не коллективно.
Работу в этом направлении господин Чанг начал ещё в 2013 году, когда собирался создать самонаводящегося машущего крыльями робота, чей полет имитировать бы сокола. Хотя работа в этом направлении позволила создать совершенно новый тип дрона — Bat Bot, которого исследователь представил в 2017 году, он также обнаружил, что обычный серийный квадрокоптер может быть настолько же эффективным для отпугивания птиц.
Дрон Bat Bot действительно похож на летучую мышь
Сун-Джо Чанг с коллегами, в том числе его бывший аспирант Адитья Паранджапе (Aditya Paranjape) из Имперского колледжа Лондона, создали математическую модель динамики птичьих стай для описания того, как они формируются, поддерживаются и реагируют на угрозы по краям, как они передают информацию об этом внутрь стаи. Их работа является развитием алгоритмов, предназначенных для выпаса отар овец, с той лишь поправкой, что речь идёт о трёх измерениях, а не двух.
Создав хорошую математическую модель поведения стай птиц, исследователи использовали её для понимания реакции на приближение внешних угроз, а затем применили эту информацию для создания нового алгоритма вычисления идеальной траектории полёта дрона для изменения курса стаи в нужном направлении, не рассеивая её при этом. Тесты в полевых условиях показали, что один дрон способен отгонять стаи из десятков птиц. Эффективность алгоритма ограничена лишь количеством и размерами птиц. В будущем исследователи собираются создать алгоритм, учитывающий множество дронов и несколько птичьих стай.
