Смартфоны даруют мозги дронам

Смартфоны – быстро растущий сектор компьютерного рынка. И – очень массовый; к прошлому году их число превысило на планете миллиард, а Ericsson прогнозирует на 2019 год 5,6 миллиарда умнофонов. А еще есть быстрорастущий рынок «интернета вещей»; IDC пророчила более 30 миллиардов автономных устройств на 2020 год. И было бы очень странно, если бы эти рынки в какой-то момент не пересеклись… А сейчас это пересечение произошло в действительности, правда, пока что в очень опытном – в смысле экспериментальном – образце.

Одним из самых известных семейств автономных устройств являются дроны. Летающие машинки, которые находят себе применение в самых разных областях человеческой деятельности. Скажем, по рассказам тех, кто трудится в Афганистане в рядах частных военных компаний, маленькие машинки полностью преобразовали контрпартизанскую борьбу – камеры дронов, причем не военные, а ширпотребовские, дают возможность осматривать окрестности дороги, по которой идет конвой, или охраняемого рудника, и обработать подозрительный объект из скупленных по дешевке на армейских складах минометов.

А вот идея доставлять посылки летающими дронами автору решительно не нравится. Именно летающими… Дело в том, что раньше, и в охотминимуме, и, кажется, в учебнике начальной военной подготовки, присутствовало понятие убойной энергии. Проще всего ее выразить во внесистемных, но некогда популярных среди инженеров единицах, килограммометрах, кгмс. Один килограммометр на один килограмм живого веса мишени. Человеку средней комплекции хватает 70, секачу нужно 200, сохатому или топтыгину – полтыщи…

Ну а теперь представьте себе, что дрон с посылкой в два с половиной килограмма плюс каким-то собственным весом падает на голову? Совсем нетрудно посчитать высоту, с которой он нанесет смертельные повреждения… А если врежется в ветровое стекло автомобиля на скорости? Так что все же лучше, чтобы транспортные роботы были наземными. Небольшая машинка, едущая на небольшой скорости, бед не натворит. Ну а возможность воровства их пресекается другими, нетехнологическими механизмами. (В США, со времен Клинтона, за третье преступление, скажем, можно отправиться на пожизненное…)

Но, тем не менее, есть множество применений летучих дронов, не связанных с опасностью для окружающих. В первую очередь это касается машин небольшого веса, чисто информационного назначения. Скажем, для осмотра мест происшествия, патрулирования пожароопасных мест или охраняемого периметра. Тут полезная нагрузка крайне мала – сколько там весит сетевая IP-камера, несколько десятков грамм… Да и сам дрон куда ближе по массогабаритным параметрам к безобидным игрушкам, которые папы покупают к Новому Году, говоря, что детям. И очень недорого, в силу этих причин, да и массовости (детей и пап много).

Но вот тут вылезает одна очень интересная проблема – как создать систему управления для такого дрона. Она должна быть легка и компактна – что бы не увеличивать вес и размер летающей машинки, допускать ее полет под маломощными электромотрчиками и с не слишком емкими аккумуляторами, проблемы которых хорошо известны всем обладателям гаджетов. Она должна быть дешева – стоимость такого дрона обычно бывает (даже в местных магазинах игрушек с их немилосердными накрутками) в пределах нескольких сот долларов. Ну, и она должна быть достаточно разумна…

Воздушное лихачество дорого обходилось во времена восьмимоторных гигантов, в которые врезался щегольнувший пилотажем истребитель…

Да, да – именно интеллектуальные способности системы управления и являются основанием для выбора. Процессы полета имеют примерно одну и ту же физику, ведешь ли ты восьмимоторный самолет-гигант «Максим Горький», или крошечный дрон. Во всех случаях работает одна и та же аэродинамика (конечно, при совершенно различных режимах, но одна!), которую должен учитывать пилот. Во всех случаях необходимо ориентироваться в воздушном пространстве, каковая задача раньше возлагалась на штурмана, а теперь решается приборами. Нужно контролировать состояние летательного аппарата, чем когда-то занимался бортинженер…

И вот все-то вышеизложенные доводы и приняла во внимание аспирантка Венского технологического университета (Vienna University of Technology) Аннетт Моссель (Annette Mossel), решавшая задачу создания низкобюджетного дрона, предназначенного для осмотра мест стихийных бедствий. Эта машинка, обозванная SmartCopter, без системы управления укладывается ценой (даже при кустарном производстве) в три сотни евро. Но – кто же будет управлять ею так, чтобы не увеличить цену?

Прототип дрона SmartCopter

И какое устройство напрашивается на роль экипажа маленького дрона? Довольно очевидно, что это – смартфон. Вычислительная мощность у его многоядерных процессоров весьма велика. У него есть традиционный магнитный компас (надо бы как-нибудь полюбопытствовать, устранена ли в нем девиация) и традиционные датчики крена (G-датчик). А кроме того, у него присутствуют системы спутниковой навигации GPS, а порой и ГЛОНАСС, о которых авиаторы семидесятых годов не могли и мечтать… Не правда ли, очень привлекательный набор?

В результате автопилотом дрона действительно стал смартфон. Самый обычный Samsung Galaxy S II, под управлением самого обычного Android. Именно этот гаджет взял на себя функции и командира корабля, и штурмана, и летнаба (камера смартфона в очень большом количестве случаев покрывает потребности и по разрешению, и по динамическому диапазону, способности передавать и тени и света). Правда, функции бортинженера возложены на отдельный кристалл, контроллер Arduino. 

И – что самое главное. Дрон, созданный командой австрийской аспирантки, умеет летать и ориентироваться в пространстве и в условиях потери сигналов спутниковой навигации – на это сделан основной акцент в работе, где он описан (Autonomous Flight using a Smartphone as On-Board Processing Unit in GPS-Denied Environments). Ведь в помещениях сигналы GPS ловятся плохо, или теряются вообще. Ну а ситуация, в которой дрону придется залететь в тоннель под сотней метр скал, чтобы осмотреть место ДТП, в Австрии является штатной… 

Команда венских разработчиков особое внимание уделила работе дрона при потере спутниковых сигналов

Так что разработчики дрона вернулись к временам зари авиации (ну, как писал советский сатирик Лазарь Лагин: «самолеты летали и до изобретения радиолокации и вообще радиосвязи»), впрочем, высоту дрон меряет сонаром, а не анероидом... Так что SmartCopter при потере спутникового сигнала ориентируется в пространстве подобно аэропланам Первой мировой – визуально. Находит видимый маркер, положение которого еще можно определить по привязке к GPS, вычисляет с помощью элементарной тригонометрии его положение и положение свое, ищет следующий маркер, опять вычисляет свои и его координаты…

При отсутствии достаточно различимых маркеров машинка не занимается воздушным лихачеством, а дисциплинированно зависает в воздухе и ждет указаний. Очень интересно, как SmartCopter приучали к небу – делали это, раскладывая по полу листочки бумаги. Вспоминается, что до внедрения радиосвязи, команды на борт аэропланов передавали раскатыванием полотнищи и расположением их в определенных направлениях и в определенном порядке… Так что спираль технологий сделала оборот, и то, чем раньше занимался пилот, теперь делает гаджет…

Обычный смартфон, в сотню грамм которого уже входят магнитометр, акселерометр и датчик положения, с помощью программного обеспечения, созданного на базе открытых приложений, способен решать задачи ориентации в трехмерном пространстве. Вне зависимости, насколько окажется полезным SmartCopter как таковой, прецедент использования смартфона в качестве основы бортовой системы управления, стоит считать очень интересным и полезным.

Смартфон же – устройство, сконструированное для того, чтобы сопутствовать человеку, делается достаточно приспособленным для жизни вне дома. Даже не говоря о том, что по вполне приемлемым ценам доступны гаджеты, производители которых уверяют, что они сертифицированы по армейским стандартам. Смартфоны производятся тиражами в десятки и стони миллионов, что позволяет обеспечить крайне низкую стоимость включенных в их состав устройств, при высокой производительности и вполне приемлемых характеристике по надежности.

И вот поэтому, пока смартфоны куда более многочисленны, чем автономные устройства «интернета вещей», представляется очень перспективным использовать для дронов и прочих роботов «мозги» смартфонов и существующую инфраструктуру их поддержки!