Csomag az égből? Már nem csupán a sci-fi világában létezik, de a valóság határvonalán egyensúlyozik - ITBUSINESS

Amikor csomagszállító drónok kerülnek szóba, sokak fantáziája szárnyra kap: lebegő gépek, amelyek varázsütésre a házunk elé varázsolják a megrendelt árut, akár az erkélyünkre, akár a kertkapuhoz. Azonban a valóság ennél sokkal bonyolultabb. A legnagyobb kihívás abban rejlik, hogy ezek a drónok képesek legyenek önállóan navigálni, biztonságosan és megbízhatóan működni a városi környezetben, amely tele van váratlan akadályokkal és változó feltételekkel.

A HUN-REN SZTAKI Rendszer- és Irányításelméleti Kutatólaboratórium (SCL) kutatói kiemelkedő, globálisan is figyelemre méltó sikereket értek el az intelligens irányítási megoldások terén. Fejlesztéseik révén a drónok valós időben, rendkívül hatékonyan tudnak reagálni a környezeti változásokra, mindezt pedig minimális energiafelhasználással valósítják meg.

A drón, ami lát, gondolkodik és dönt

Ahhoz, hogy egy drón biztonságosan lebegjen a levegőben, elengedhetetlen, hogy tisztában legyen a saját helyzetével, a körülötte lévő tárgyakkal, valamint azzal, merre érdemes haladnia. Ehhez csupán a repülési pálya előre beprogramozása nem elegendő; a drónnak rendkívül gyorsan kell reagálnia a változó körülményekre. Egy váratlanul elénk táruló madár, egy építkezés miatt felállított daru, vagy egy hirtelen széllökés könnyedén felforgathatja az eredeti tervet. Az autonóm drónokat különféle érzékelők támogatják a tájékozódásban: GPS, gyorsulás- és forgásisebesség-mérők, kamerák, és a LIDAR technológia, amely, mint a radar, a környezet feltérképezésére szolgál, ám a rádióhullámok helyett lézerimpulzusokat használ az akadályok és objektumok azonosítására.

Elérkeztünk a technológia egyik kulcsfontosságú dilemmájához: noha a drónokat a lehető legfejlettebb szenzorokkal szerelhetjük fel, ezek súlya, energiaigénye és a működés bonyolultsága komoly kihívások elé állít minket. Mivel a drónok maximális terhelhetősége korlátozott, és akkumulátoraik kapacitása is véges, elengedhetetlen, hogy okos és hatékony irányítási megoldásokat találjunk. A cél nem az, hogy minden egyes apró adatot észleljen és tároljon a drón, hanem hogy csak annyi információt érzékeljen és dolgozzon fel, amennyi szükséges a gyors és biztonságos döntéshozatalhoz. A HUN-REN SZTAKI SCL kutatói olyan innovatív szoftveres rendszereket fejlesztenek, amelyek képesek arra, hogy a rendelkezésre álló adatok alapján gyors, mégis megbízható döntéseket hozzanak.

Ezek a rendszerek nem csupán előre megtervezik a mozgást, hanem rendkívül rugalmasan reagálnak a legkisebb váratlan eseményekre is, folyamatosan újratervezve a drón útvonalát. Fontos, hogy ne csak az aktuális akadályokat ismerjük, hanem azt is fel kell mérniük, hogy az adott tárgy hogyan mozgathatja magát a jövőben. Ennek érdekében a drónoknak biztonsági távolságokat kell tartaniuk, és ennek megfelelően igazítaniuk a saját mozgásukat.

Péni Tamás, az SCL kutatója így fogalmazott.

A repülési pálya megtervezése két szinten zajlik, ami hasonlítható ahhoz, amikor autóval a GPS segítségével indulunk el egy cél felé. A drónok is hasonlóan működnek: a rendelkezésre álló térképek és információk alapján előre megtervezik az útvonalukat. Azonban, ha váratlan akadályok merülnek fel - például egy hirtelen megjelenő tárgy, mint egy daru -, akkor a lokális szintű tervezés lép életbe. Ilyenkor a drón képes módosítani a röppályáját, sőt, szükség esetén az egész további útvonalát is átalakítja. Továbbá, ha egyszerre több drón repül a levegőben, ezek képesek kommunikálni egymással. Ha például az egyik drón észlel egy új akadályt, amit a térképek nem jeleznek, azonnal megosztja ezt az információt a többi drónnal. Így minden eszköz egy közös, valós idejű "térképen" dolgozik, lehetővé téve, hogy mindannyian biztonságosan elérjék a célállomásukat.

A drón képes arra, hogy egy egyszerű horog segítségével önállóan felvegye a csomagot a mozgó járműről, majd egy másik, szintén mozgó járműre kézbesítse - centiméteres pontossággal. A vásári horgászós játékból tudhatjuk: ez még saját kezünkkel irányítva sem könnyű mutatvány. Emberi vezérlés nélkül, teljesen autonóm drónnal pedig a világon jelenleg csak a magyar laboratóriumban képesek ezt végrehajtani.

Más nemzetközi kísérletek során bonyolultabb és nehezebben kezelhető aktív megfogó mechanikákat alkalmaznak, mint például tűk, elektromágnesek vagy markolókarok. Ezzel szemben a mi megoldásunk nemcsak technológiailag egyszerűbb, hanem energiatakarékosabb is. Ennek köszönhetően olcsóbb és kisebb drónok is képesek elvégezni összetett feladatokat, ráadásul egy horog viszonylag könnyen felszerelhető bármilyen csomagra.

Bár a csomagszállító drónok jellemzően városi tájakban jelennek meg a képzeletünkben, az első valóban működő rendszerek valószínűleg nem a zsúfolt városok utcáin fognak repkedni. Ennek magyarázata egyszerű: a vidéki, ritkábban lakott területek, illetve a zárt terek és raktárak sokkal inkább kiszámítható és biztonságos környezetet nyújtanak a drónok számára.

Néhány országban már megkezdődtek azok az innovatív szolgáltatások, amelyek keretében drónok szállítanak gyógyszereket, ételeket vagy kisebb csomagokat. Ezek a rendszerek azonban általában stabil időjárási körülmények mellett, alacsony épületek között és egyszerű légiforgalmi helyzetekben működnek. Ilyen környezetben a drónoknak nem kell különösen nagy pontossággal dolgozniuk, és a gyors irányváltások sem jelentenek problémát. Ezzel szemben a drónok önálló, biztonságos kézbesítéséhez, akár mozgó járművek között, egy olyan irányítási rendszer szükséges, amely még nem terjedt el széles körben. Az ehhez szükséges valós idejű, centiméteres pontosságú mozgásvezérlés terén a HUN-REN SZTAKI kutatói kiemelkedő munkát végeznek, mely világszinten is figyelemre méltó előrelépést jelent.

Ezek a fejlesztések különösen az ipari vagy logisztikai létesítményekben találhatják meg a legideálisabb tanulási környezetet. Itt, ezekben a zárt terekben, elkerülhetők a váratlan mozgások, mint például madarak vagy járókelők, és a repülést nem zavarja a szél vagy a köd. Ezáltal olyan környezetet kínálnak a precíziós autonóm repülés fejlesztéséhez, ahol a drónok valós kihívásokkal nézhetnek szembe, ugyanakkor kontrollált körülmények között tesztelhetik megbízhatóságukat.