Группа ученых Южно-Уральского государственного университета при поддержке Российского научного фонда (РНФ) работает над амбициозным проектом: созданием полностью автоматизированного комплекса для доставки почтовых отправлений с помощью беспилотников. Разработка призвана решить проблему, которая до сих пор не дает покоя мировым гигантам: как заставить дрон летать, ориентироваться и доставлять грузы без участия человека.
Как выяснили исследователи, на сегодняшний день 100% доставки с помощью беспилотников в мире осуществляется с использованием FPV-дронов (First Person View), то есть управляемых оператором. Попытки внедрить полностью автоматическую систему, например, в США, пока не увенчались успехом. Серийных разработок, которые могли бы работать в автономном режиме «от склада до склада», просто не существует.
«Мы были удивлены, когда поняли, что эта ниша абсолютно пуста, – признается профессор кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» ЮУрГУ Евгений Соломин. – Главная причина кроется в «слепоте» современных дронов. Точность позиционирования по стандартному сигналу GPS может достигать погрешности до 300 метров. Для задачи доставки посылки в конкретный почтомат этого недостаточно: нужна точность вплоть до сантиметров. Кроме того, GPS предоставляет лишь плоскую двухмерную карту местности. Дрон видит город как схему сверху, но не знает высоты зданий, не видит внезапно возникших препятствий: строительных кранов, вышек, натянутых сеток или даже открытого балкона с торчащей лыжной палкой. Подниматься выше 130 метров дроны не могут по закону, а маневрировать на низкой высоте, не имея «глаз», слишком опасно».
Осознав масштаб проблемы, ученые написали заявку в РНФ и выиграли трехлетний грант. Сейчас завершается первый год работы, впереди – создание полноценной концепции, объединяющей три ключевых этапа: склад, полет и пункт выдачи.
Первая задача – создать роботизированный склад, где не будет людей. Система работает так: посылки (разных размеров) загружаются в ячейки. По команде отправки робот на пневмоприводе или колесной платформе забирает груз из ячейки и кладет его на транспортер. Транспортер вывозит посылку на уличную посадочную площадку, после чего автоматически подается сигнал дрону: «Груз готов к забору».
Далее квадрокоптер вылетает, самостоятельно позиционируется в пространстве, считывает QR-код на грузе и забирает его. Именно здесь кроется главная научная задача – навигация. Ученые уже научились симулировать полет на компьютере, где полетный контроллер дрона передает данные на центральный компьютер. Сейчас коллектив работает над созданием алгоритмов, которые позволят беспилотнику видеть трехмерное пространство.
«Одно из решений – построение 3D-карт местности по маршруту. Мы можем просто измерить все здания на пути и проложить дорогу напрямую, без лишних облетов. Тем более, в Челябинске мало небоскребов, на высоте 110 метров препятствий практически нет, – поясняет разработчик Евгений Соломин. – Второй этап – насыщение дрона сенсорами (искусственное зрение, датчики расстояния, высотомеры), чтобы он мог огибать неучтенные препятствия. Главная инженерная дилемма здесь – найти оптимум между весом оборудования и полезной нагрузкой».
Завершающий этап – прибытие в пункт выдачи. Дрону предстоит не просто найти здание, а конкретный грузоприемник-«дырочку», куда нужно сбросить посылку. И здесь ученые решают неожиданную проблему: мощные воздушные струи от пропеллеров квадрокоптера могут просто сдуть легкую посылку мимо цели. Над проектом работает команда из восьми человек: сотрудники кафедр электростанций, теплоэнергетики и привлеченные специалисты по управлению и полетным контроллерам.
Исследователи ЮУрГУ отмечают, что пока находятся на начальной стадии проекта, но идут с опережением графика. Создан полноценный стенд, имитирующий работу склада и почтомата. Летом начнутся полевые испытания во дворе ЮУрГУ. Полеты за пределы университетского двора пока не планируются из-за сложностей с согласованием.
Разработка челябинских ученых может стать прорывом в логистике труднодоступных районов, Арктики и горных селений, однако в первую очередь концепция отрабатывается для условий большого города. Если концепция будет доказана, алгоритмы можно будет масштабировать на более крупные дроны, способные нести до 50 кг груза, что сделает беспилотную доставку не только технически возможной, но и экономически выгодной.
Светлана Бацан