Nový algoritmus brání dronům před srážkou ve vzduchu

Není ničím výjimečným, když ve vzduchu pracuje na jednom úkolu více dronů najednou – a to ať už se jedná o samostatně operující drony kontrolující nedostupná místa staveb nebo o roj. V každém případě existuje určité riziko, že do sebe drony mohou narazit. Aby se zabránilo těmto, často nákladným, haváriím, představili výzkumníci z MIT v roce 2020 systém nazvaný MADER.

Tento multiagentní plánovač trajektorií umožňuje skupině dronů formulovat optimální trajektorie bez kolize. Každý agent vysílá svou trajektorii, aby ostatní drony věděly, kam se plánuje dostat. Agenti rovněž zvažují trajektorie ostatních dronů při optimalizaci těch vlastních, aby se zajistilo, že ke srážce nedojde.

Když ale tým testoval systém na skutečných dronech, poměrně rychle se ukázalo, že pokud dron nemá aktuální informace o trajektoriích svých partnerských dronů – což může v pohybu celé letky být složité zajistit –, může si neúmyslně vybrat cestu, která nakonec přeci jen v kolizi vyústí.

Výzkumníci přepracovali svůj systém a nyní přišli s vylepšenou variantou Robust MADER, multiagentním plánovačem trajektorií, který generuje trajektorie bez kolizí, i když je komunikace mezi agenty zpožděna.

Jak to funguje?

Algoritmus zahrnuje krok kontroly zpoždění, během kterého dron čeká určitou dobu, než si zvolí novou, optimalizovanou trajektorii. Pokud během doby zpoždění obdrží další informace o trajektorii od ostatních dronů, může opustit svou novou trajektorii a začít proces optimalizace znovu. Robust MADER tak, jak ho tato idea popisuje, uspěl jak v laboratorních simulacích, tak při letových experimentech se skutečnými drony – celkově dosáhl 100% úspěšnosti při generování trajektorií bez kolize.

Zatímco cestovní čas dronů byl o něco pomalejší, než by tomu bylo u některých jiných přiblížení, žádné jiné základní linie nemohly zaručit bezpečnost. Je ovšem jednoduše pochopitelné, že pokud má dron letět bezpečněji, musí být opatrný. Požadavek na o něco delší časový úsek, při kterém se přemístí z bodu A do bodu B je pouze malou daní za bezkolizní úspěch.

Plánování trajektorií a rozdílné verze

MADER je asynchronní, decentralizovaný, multiagentní plánovač trajektorií. To znamená, že každý dron formuluje svou vlastní trajektorii a zatímco všichni agenti se musí shodnout na každé nové trajektorii, nemusí souhlasit současně. Každý dron optimalizuje novou trajektorii pomocí algoritmu, který zahrnuje trajektorie, které obdržel od jiných agentů. Neustálou optimalizací a vysíláním svých nových trajektorií se drony vyhýbají kolizím.

V reálných prostředích jsou signály často zpožděny v důsledku rušení jiných zařízení nebo faktorů prostředí, jako je bouřkové počasí. Kvůli tomuto nevyhnutelnému zpoždění by se dron mohl neúmyslně zavázat k nové trajektorii, která jej nastaví na kolizní kurz. Robustní MADER takovým kolizím zabraňuje, protože každý agent má k dispozici dvě trajektorie. Udržuje si jednu trajektorii, o které ví, že je bezpečná a kterou již zkontroloval s ohledem na potenciální kolize.

Zatímco sleduje původní trajektorii, dron zároveň optimalizuje novou trajektorii, ke které se ovšem nezaváže, dokud nedokončí krok kontroly zpoždění. Během období kontroly zpoždění dron tráví pevně stanovený čas opakovaným ověřováním komunikace od jiných agentů, aby zjistil, zda je jeho nová trajektorie bezpečná. Pokud detekuje potenciální kolizi, opustí novou trajektorii a zahájí proces optimalizace znovu.

Délka období kontroly zpoždění závisí na vzdálenosti mezi agenty a faktory prostředí, které by mohly bránit komunikaci. Pokud jsou tak například agenti od sebe vzdáleni mnoho kilometrů (například při použití dronů v zemědělství), pak je pochopitelně období kontroly o poznání delší.