ИИ в беспилотной авиации: МАИ представил проект умного дрона «Аврора-1МТ»

В МАИ разработали беспилотный летательный аппарат «Аврора-1МТ», который при помощи ИИ способен обрабатывать информацию о наземных объектах непосредственно в воздухе. Для каких задач может быть использован данный беспилотник, какие перспективы он открывает перед разными отраслями и как еще его планируют усовершенствовать разработчики, поговорили с заместителем директора IT-Центра МАИ Петром Уховым.

— Петр, прежде всего хотелось бы представить вас нашим читателям: расскажите немного о себе и направлениях в IT-Центре МАИ, которые вы возглавляете.

Я являюсь заместителем директора IT-Центра МАИ по исследованиям и разработкам. Организовываю работу нескольких проектных команд, которые состоят из студентов и преподавателей, научных сотрудников. Вместе мы решаем задачи, связанные с разработкой ПО — софтами для нейросетей, создаем различные решения, веб-сервисы, в том числе касающиеся БЛА, занимаемся симуляторами полетов, визуализацией, полетными контроллерами, системами управления БЛА. Именно в работе с беспилотниками нам и удалось объединить наши компетенции в области систем управления (автопилот) и систем, связанных с ИИ (наш опыт в нейросетях).

Кроме того, я доцент кафедры 806 «Вычислительная математика и программирование» МАИ. Увлекаюсь сборкой различных DIY-проектов, которые в дальнейшем используются в обучении студентов. Один из последних — маленький беспилотник, при помощи которого решаем серьезные задачи в обучении, система управления робособакой, благодаря которой она в автоматическом режиме ходит по помещениям IT-Центра. Одним словом, реализовываем интересные проекты и доводим их до готового продукта.

— Похоже, в вашем центре не скучно…

Конечно, мы стараемся создавать особую атмосферу для наших студентов. Ведь скучная лекция никогда не сравнится с работой в команде, когда ребята разбираются с техническим комплексом или сами пишут программу. И потом наши студенты полным составом уходят в крупные IT-компании, авиакомпании и стартапы, где добиваются больших успехов.

— В рамках стратегического проекта «Аэромобильность», который университет реализует как участник программы «Приоритет-2030», вы с командой разработали беспилотный летательный аппарат «Аврора-1МТ». Расскажите о вашей разработке: что собой представляет дрон?

Это новый продукт. Хотя, конечно, и в России, и в мире есть дроны с использованием ИИ, которые применяются для разных целей. Но наш аппарат все же уникален: в нем есть собственный полетный контроллер, объединенный с бортовым вычислителем, стоит специальный процессор для решения задач ИИ. И этот летательный аппарат создали в дирекции «Аэромобильность» МАИ, а наш IT-Центр для этой разработки создает ПО. Мы учим полетный контроллер правильно летать и выполнять фигуры высшего пилотажа, работать в автоматическом режиме, обучаем ИИ под разные задачи. А задач много: дефектоскопия, сельское хозяйство, поиск объектов. И БЛА может выполнять типовые действия автономно: например найти объект (допустим, в сельском хозяйстве — сорняки), автоматически подлететь к нему, произвести съемку, отправить результат съемки на наземную станцию или веб-сервис. С помощью модуля ИИ (вычислителя) можно определять любые объекты, осуществлять их подсчет (скажем, сосчитать, сколько капусты растет на поле), выполнять какие-то действия с камерой (зум, фокусировка), и все это в автоматическом режиме.

Фактически мы создали своего рода летающую лабораторию, с помощью которой мы отрабатываем решения для разных задач. И в дальнейшем эта платформа с набором определенных решений может стать коммерческим продуктом.

— На каком этапе находится разработка?

Есть ряд продуктов, работа над которыми завершена. То есть уже имеется ряд решений для определенных заказчиков: например подсчет объектов в сельском хозяйстве, автоматический облет опор высоковольтных линий и съемка объектов интереса. Ну а другие продукты, как, например, поиск людей, идентификация автотехники, находятся в процессе разработки.

— Аппарат в перспективе может быть задействован в поисковых операциях?

Да, верно. Мы участвовали в конкурсе Up Great 2023: в лесном массиве аппарат находил манекены, реальных людей, причем наполовину скрытых за деревьями, наносил информацию на карту, чтобы спасатели могли быстро до них добраться.

— Расскажите, пожалуйста, как этот БЛА ориентируется в пространстве, как устроена навигация.

Сейчас он ориентируется по GPS-сигналу. В случае потери сигнала БЛА может осуществлять навигацию по видеокамере, чтобы в безопасном режиме вернуться на точку старта. Ну и поскольку навигационное поле иногда бывает нестабильным, мы сейчас разрабатываем систему автономной навигации.

— Реализация данного проекта — это реакция на тренд сегодняшнего дня: внедрение ИИ во все сферы нашей жизни, в том числе в БАС?

ИИ применяется в разных сферах, и есть программы внедрения в авиации. Сейчас уже используются интеллектуальные помощники, но к 2030 году обещают и решения с автономным ИИ. И если основные сложности в использовании ИИ в большой авиации связаны с нормативным регулированием, то в использовании технологии в беспилотниках есть важный нюанс — это размер летательного аппарата. Ведь размер беспилотника небольшой. Чтобы функционировала система ИИ, мы используем специальные графические вычислители. Их необходимо аккуратно разместить на борту, учесть, чтобы система не потребляла много энергии, работала быстро: для БЛА время инференса (время, за которое нейросеть успевает обработать картинку с камеры) составляет около 20 миллисекунд, что позволяет использовать решение при определенных скоростях полета.

Наша идея заключается в том, чтобы не просто использовать нейросеть, а полноценно интегрировать систему на борт. Облегчение, ускорение работы ИИ — целый пласт задач, который мы решаем в рамках проекта вот уже два года.

— А если говорить про коммерциализацию проекта?

«Аврору-1МТ» разрабатывают студенты и научные сотрудники. Основная задача — отладка процессов, обучение студентов, а коммерция и массовое производство — это скорее на перспективу. Наш приоритет — это обучение и подготовка элиты инженерных кадров.

Если говорить о коммерческой реализации, то здесь есть сложности. В нашей стране пока не готова система управления воздушным движением с участием беспилотников, есть нормативные ограничения, достаточно продолжительна процедура сертификации, получения разрешения на полеты. Все это еще предстоит решить, чтобы беспилотники над нами летали, не падали, были безопасны и решали свои задачи.

— И тем не менее, кто ваши потенциальные клиенты?

Это такие отрасли, как сельское хозяйство, надзорные органы, строительство.

— Что сегодня умеет аппарат? Чему планируете обучить?

В первую очередь, стоит задача автономной навигации, планируем расширить перечень нейросетей, которые могут работать на борту, и соответствующих алгоритмов управления. Обсуждаем с одним из регионов интересную задачу в области сельского хозяйства: идентификацию вредителей на полях. А если говорить о том, что умеет наш дрон, то это выполнение автономных миссий и решение конкретных задач: облет каких-либо объектов (телеграфные столбы, высоковольтные мачты, объекты в области строительства).

— Как обычно проходят испытания?

Испытания — это целый набор стадий. Сначала готовятся гипотезы, проходит тестирование на симуляторах, затем — предполетная подготовка и тестирование беспилотника на земле. Ну а после этого выезжаем на наш аэродром Алферьево, где ставим летный эксперимент. Так проверяются и оборудование, и железо, и ПО. После этого с беспилотника снимаем полетные логи и анализируем их в лаборатории: как быстро отработала сеть, полетный контроллер, как работали соответствующие подсистемы. Смотрим, где можно улучшить и ускорить.

— «Аврора-1МТ» — это следующее поколение по сравнению с системой «Контур», верно? В чем отличие?

«Аврора» — более автономный аппарат. А «Контур» задуман как беспилотник-охранник, который летает на небольшом удалении от объекта. Потому и работают они по-разному. Вся обработка у «Контура» осуществляется на земле, на специальном сервере. «Аврора» обрабатывает данные в воздухе, причем целевым образом готовится к выполнению одной или двух миссий, то есть имеет специализированное применение. А у «Контура» 16 нейросетей, 8 из них нацелены на то, чтобы идентифицировать разного рода нарушения с воздуха и сообщать о них охране. Это разные продукты, с разной архитектурой.

— Какие планы относительно проекта?

В данный момент «Аврора» — это хорошая платформа для запуска нейросетей и отладки алгоритмов. В планах ее совершенствование и создание новых модификаций.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России