A világban ma már több millió drón repked, és szinte mindegyikhez tartozik egy földi pilóta. Az ELTE kutatói olyan drónokat fejlesztettek, amelyek nagy méretű rajokba csoportosulva megszabadulhattak a földi irányítástól: a drónok egymással beszélgetve repülnek közös céljuk felé, úgy kerülve el az akadályokat, akárcsak a madarak.
Az ELTE Biológiai Fizika Tanszék és az MTA–ELTE Biológiai és Statisztikus Fizikai Kutatócsoport drónrajos kutatási eredményei először 2014-ben járták be a világot. A Vicsek Tamás vezette kutatócsapat építette a világ első, tíz egyedből álló kültéri, önszerveződő kvadrokopterflottáját – az úttörő eredményről a Nature számolt be.
Hosszú expozíciós idejű felvétel a rajról. Koccanások nélkül tudták le a teszteket
Fotó: Bézsenyi Zsolt
A drónok akkor négy forgólapáttal repültek, GPS-jeleket használtak, rádiójelekkel kommunikáltak, saját repülési terveiket előre kiszámították. A magyar kutatók a kollektív mozgás biológiai szabályszerűségeit használták annak érdekében, hogy természetes körülmények között repülő, dinamikus gépi rajt hozzanak létre.
A csapat most – tájékoztatott az ELTE – a Vrije Universiteit Amsterdam magyar származású professzorával, Ágoston E. Eibennel egészült ki, aki a drónok megújult vezérlő algoritmusát evolúciós stratégiákkal optimalizálta. A kutatóknak terepen harminc, valósághű szimulációban pedig akár ezer nagy sebességű drón szoros együttműködését sikerült ütközésmentesen megvalósítaniuk, akadályokkal teli környezetben.
– Több drónunk is lehetne, ám ennek anyagi és logisztikai korlátai is vannak. Az ezerdrónos szimulációkat csak néhányszor futtattuk, megnézve, hogy ekkora egyedszámra is működik-e minden. Az elv jó, de ahogy a cikkben is kifejtjük, az egyedszám növekedésével előfordulhatnak kritikus helyzetek: ilyen például a sarkokba szorított egyedek körül felhalmozódó „nyomás”.
Ez természetes jelenség. Focimeccsek nézőterén, a black friday akciók alkalmával bevásárlóközpontokban kialakuló tömegben ezért halnak meg néha emberek – tájékoztatta lapunkat Vásárhelyi Gábor, az ELTE Biológiai Fizika Tanszékén működő robotikai labor vezetője.
A kísérletek során öt méter volt az a minimális biztonsági távolság, amit tartani akartak a drónok között, hogy ne legyenek ütközések. A teszteket koccanások nélkül letudták. Ezt részben annak köszönhették, hogy a szimulációs keretrendszerükben igyekeztek minden valós „veszélyforrást” és bizonytalanságot pontosan modellezni, hogy előre felkészülhessenek a nehezebb helyzetekre.
A vezérlést biztosító algoritmus az élőlények csoportos mozgását leíró modellek alapvető összetevőit egészíti ki drónspecifikus mozgásjellemzőkkel és bizonyos fokú intelligens útvonaltervezéssel. Vásárhelyi Gábortól megtudtuk, hogy a modell sokféle élőlény megfigyeléséből „összeollózott”, a drónok tulajdonságait figyelembe vevő, esetenként a természetes lehetőségeket meghaladó megoldás.
Az ELTE Biológiai Fizika Tanszékén az elmúlt évtizedben vizsgáltak kutyákat, galambokat, sejteket, patkányokat, gólyákat, ragadozómadarakat, vadlovakat és embereket is. Emellett más kutatóknak a csoportos mozgással kapcsolatos tapasztalatait is felhasználták.
A bonyolult vezérlő algoritmus számos paraméterét menet közben optimalizálták az adott feladathoz. Ebben az esetben a repülési paramétereket hangolták: futtattak 100 különböző véletlenszerű szimulációt, kiválasztották a legjobbakat (szelekció), kicsit elkenték a paramétereiket (mutáció), és újrafuttatták, amíg kellően jó megoldás született. A munka során az ELTE szuperszámítógépeit használták, mert az evolúciós optimalizáció hatalmas számítási kapacitást igényel.
A robotikai rendszerek intelligenciája világszerte szédületes ütemben fejlődik, ezt a jelenlegi kutatás a csoportos intelligencia szintjére emeli. Ha az önvezető autók mintájára az önvezető drónok is térhódításnak indulhatnak, a pilóta nélküli, csoportos feladatmegoldásnak számos érdekes és hasznos alkalmazása nyílhat meg például a mezőgazdaság, a természetvédelem, a katasztrófavédelem, a vagyonvédelem vagy akár a csomag- és utasszállítás területén is.
