Studenci Cornell pomagają NASA w zakresie bezpieczeństwa dronów w powietrzu
Zespół studentów z Uniwersytetu Cornell zwraca uwagę przemysłu i rządu federalnego wynikami swoich badań nad stworzeniem krajowego systemu zarządzania transportem powietrznym, w którym tysiące dronów mogłyby bezpiecznie współdziałać.
NASA sponsoruje ich pracę w ramach University Student Research Challenge (USRC), programu przyznającego granty studentom na uczelniach zainteresowanym pomaganiem agencji w realizacji jej celów badawczych w dziedzinie aeronautyki.
"Patrzenie na nowe systemy zarządzania ruchem dla dronów nie jest niczym nowym," powiedziała Mehrnaz Sabet, doktorantka w dziedzinie informatyki, która pełni funkcję głównego badacza w ramach grantu i prowadzi zespół Cornell. "W rzeczywistości NASA od lat prowadzi tę inicjatywę."
Teraz, dzięki USRC, NASA daje Sabet i jej zespołowi szansę zaproponowania innowacyjnych podejść do bezpieczeństwa dronów poprzez zarządzanie ich ruchami w powietrzu, wykorzystując ich młode umysły i świeże pomysły.
Ostatecznym celem badań Cornell w tej dziedzinie jest pełna realizacja zaawansowanej mobilności powietrznej, obszaru skupienia przemysłu obejmującego wszystko od miejskich latających taksówek, bardziej niezawodnych samolotów reagujących na klęski, po gorącą, świeżą pizzę dostarczaną prosto pod drzwi.
Praca ta podkreśla również wartość, jaką NASA przykłada do doskonalenia najnowocześniejszych technologii i pomocy w kształtowaniu przyszłej kadry poprzez takie inicjatywy jak USRC.
"Sabet i jej zespół wykazali wszechstronne umiejętności obejmujące oprogramowanie, algorytmy, hardware, rozwój sensorów, testy laboratoryjne, symulacje i rzeczywiste testy lotów - rzadko spotykane połączenie," powiedział Parimal Koperdekar, pełniący obowiązki dyrektora Programu Operacji i Bezpieczeństwa Przestrzeni Powietrznej NASA.
Obecnie operatorzy dronów muszą składać plany lotu, które w pełni opisują zamierzoną trasę lotu drona w systemie zarządzania ruchem. Plany te są weryfikowane z innymi, aby zapewnić, że nie dojdzie do kolizji - co Sabet nazywa strategiczną dekonflikacją.
Wyzwanie polega na tym, że obecny system zarządzania ruchem powietrznym ma ograniczone możliwości obsługi rosnącej liczby samolotów wchodzących na niebo. Dodanie tysięcy dronów do tej mieszanki w nadchodzących latach grozi przeciążeniem systemu, powiedziała Sabet.
To, co potrzebne w powietrzu, to w zasadzie to, co mamy na ziemi ? gdzie miliony ludzi codziennie poruszają się po drogach, powiedziała.
Jako kierowca możesz znać swoją całą trajektorię, czyli ścieżkę, którą podążałbyś, aby dotrzeć do miejsca docelowego. Ale nie koordynowałbyś swojego planu z każdym innym kierowcą na drodze, zanim wyjedziesz. Zamiast tego przepisy ruchu drogowego i infrastruktura, taka jak sygnalizacja świetlna i znaki drogowe, pozwalają ci dekonfliktować się z innymi samochodami w trakcie jazdy.
Operatorzy dronów nadal będą musieli składać plany lotu określające, dokąd zamierzają polecieć, ale celem jest włączenie tej elastyczności przypominającej prowadzenie auta do systemów operacyjnych dronów, co umożliwi im dostosowywanie się podczas podróży.
"Musimy zapewnić, że wszystkie te różne typy dronów potrafią taktycznie dekonfliktować się ze sobą, aby bezpiecznie mogły operować jak samochody na ziemi. A brakujący element - taktyczna dekonflikacja - leży w centrum naszego projektu," powiedziała Sabet.
Kluczem do badań zespołu Cornell jest koncepcja integracji świata symulowanego z rzeczywistością w celu przetestowania i pokazania, jak drony mogą uczyć się adaptować do potencjalnie niebezpiecznych warunków i samodzielnie wprowadzać niezbędne korekty w swojej trajektorii lotu.
Wiedząc, że nie mogą wychodzić na zewnątrz i jednocześnie latać stu dronów, aby przetestować swoje pomysły dotyczące taktycznej dekonflikacji, studenci postanowili stworzyć całkowicie wirtualny miejski świat, aby ocenić różne modele ruchu o dużej przepustowości, algorytmy separacji i powiązane dane.
"Pierwszy rok projektu poświęciliśmy na dostosowanie i skalowanie tego silnika symulacyjnego i wszystko poszło bardzo dobrze," powiedziała Sabet. "Ale nie chcieliśmy ograniczać się do symulacji. Chcieliśmy zobaczyć, jak symulacja przekłada się na rzeczywistość, co miało większe znaczenie."
Wciąż ograniczeni przez to, ile dronów mogli obsługiwać i gdzie mogli latać ? niewielu, a właściwie w odludnych miejscach ? szukali najlepszego z dwóch światów, rzeczywistego i wyobrażonego.
"To, co skończyliśmy robić, to zintegrowanie symulacji z prawdziwym dronem, dzięki czemu dron myślał, że lata w gęstym środowisku miejskim, chociaż w rzeczywistości latał na otwartym polu, gdzie nie widać było prawdziwego miasta," powiedziała Sabet.
test lotu drona
To pozwoliło zespołowi wypróbować różne narzędzia do zarządzania ruchem i ocenić, jak drony mogłyby koordynować korekty kursu i unikać kolizji między sobą.
W ubiegłym roku rozwijali ten pomysł, latając dwoma prawdziwymi dronami w realnym świecie, z każdym z nich na pokładzie uruchomioną w czasie rzeczywistym symulacją, co pozwoliło im koordynować ruch i "widzieć" zarówno ruch symulowany, jak i siebie nawzajem w zintegrowanym środowisku testowym.
"Następnie celowo skierowalibyśmy je na kurs kolizji, aby przetestować modele wykrywania, unikania i koordynacji oraz zobaczyć, jak dobrze reagują i koordynują manewry dronów, aby nie doszło do zderzenia," powiedziała Sabet.
Ich sukces rezonował z ekspertami NASA w zakresie Zarządzania Ruchem Bezzałogowych Systemów Lotniczych (UTM).
"Imponujące jest to, że badanie Cornell obejmowało ponad 10 000 przebiegów, obejmujących ponad milion trajektorii, oraz ponad 200 000 godzin eksperymentów, aby zrozumieć, jak bezcentralizowana koordynacja wielu agentów mogłaby bezpiecznie funkcjonować," powiedział Kopardekar.
Przemysł i Federalna Administracja Lotnictwa również pozytywnie zareagowały na te badania i ich potencjał. Zespół został poproszony o wykorzystanie swojej infrastruktury i technologii do wirtualnego odtworzenia incydentu w 2025 roku, w którym para dronów zderzyła się z nieruchomym dźwigiem w Arizonie. Zespół pokazał również, jak ten wypadek mógł być zapobiegnięty.
Zespół został również poproszony o symulowanie niedawnych, realnych pożarów w Kalifornii, aby pokazać, jak drony mogłyby lepiej koordynować swoje ruchy zarówno w celu zapewnienia sytuacyjnej świadomości dla funkcjonariuszy bezpieczeństwa publicznego na miejscu, jak i unikać gaśniczych samolotów gaśniczych.
A zgodnie z zespołem Cornell, FAA jest zainteresowana zastosowaniem mieszanki testów wirtualnych i rzeczywistych w projekcie do oceny operacji dronów przy rosnącym poziomie złożoności operacyjnej.
"Taki rodzaj złożoności operacyjnej o mieszanej rzeczywistości umożliwia testowanie operacji dronów w sposób, jaki wcześniej nie był możliwy," powiedziała Sabet.
Dzięki wsparciu NASA w ramach USRC zespół Cornell będzie kontynuował rozwijanie swoich możliwości i zarządzanie coraz bardziej złożonymi operacjami zaawansowanej mobilności powietrznej.
"Nasz celem jest zbudowanie podstawowych systemów, które umożliwią bezpieczną autonomię na dużą skalę na niebie," powiedziała Sabet.
USRC to okazja w Programie Transformacyjnych Koncepcji Aeronautyki NASA w ramach Dyrekcji ds. Badań Aeronautycznych NASA.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
