Ученые из Университета Цинциннати разработали дрон, имитирующий движение зависающих насекомых. Исследователи считают, что мотыльки, шмели и стрекозы используют для управления полетом принцип экстремального поиска — систему, которая постоянно корректирует параметры движения в реальном времени. Дрон работает по тому же принципу: непрерывно измеряет результаты своих действий и корректирует курс, что обеспечивает стабильный полет. Работа размещена на сервере препринтов arxiv.
ИИ не нужен: разработан дрон, который ориентируется по свету, как мотылек
Инженеры из Университета Цинциннати создали беспилотник с машущими крыльями, который умеет зависать на месте и следовать за движущимся источником света, как мотылек летит на пламя. Устройство управляет своим полетом без GPS, сложных вычислений и искусственного интеллекта, оно использует простую систему обратной связи, похожую на ту, что применяют насекомые.
Дрон, который ориентируется без искусственного интеллекта, используя систему обратной связи с поиском экстремума — он оптимизирует расстояние до источника света. Исследователи утверждают, что эта система чрезвычайно эффективна и может быть масштабирована до крошечных размеров. Майкл Миллер
Зависающие насекомые, такие как бражники, двигают крыльями по уникальной траектории в форме восьмерки, что позволяет им получать подъемную силу как при взмахе вниз, так и при взмахе вверх. Гибкие крылья деформируются при каждом взмахе, максимизируя подъемную силу и маневренность. Эта особенность биомеханики делает зависающий полет насекомых одним из самых энергоэффективных способов передвижения в воздухе, несмотря на крошечный размер их мозга — не больше зернышка пыльцы.
Ученые демонстрируют полет дрона.
Устройство имеет четыре «крыла» из проволоки и ткани, которые машут независимо друг от друга, контролируя крен, тангаж и рыскание. Движения крыльев слишком быстры для человеческого глаза и выглядят как размытие крыльев колибри. Характерное покачивание дрона не случайно — оно необходимо системе для оценки изменений и постоянной оптимизации полета.
Вслед за светом
Колибри парит над цветами, чтобы высасывать нектар. Исследователи Университета Цинциннати говорят, что их простая система обратной связи, направленная на поиск экстремума, может помочь объяснить, как парящие насекомые могут так ловко летать с таким крошечным мозгом.
Дрон оптимизирует расстояние до источника света. Он запрограммирован находить источник света и зависать около него, сохраняя заданное расстояние. Если свет перемещается, устройство автоматически делает тонкие корректировки, чтобы следовать за объектом — точно так же, как мотыльки компенсируют воздействие ветра.
«Наши симуляции показывают, что управление экстремальным поиском может естественным образом воспроизводить стабильное зависающее поведение, наблюдаемое у насекомых, — без ИИ или сложных моделей», — отметил ведущий автор исследования, докторант Ахмед Эльгохари. Он подчеркнул, что это простой принцип обратной связи, свободный от ИИ-моделей и работающий в реальном времени, который может объяснить, как крошечные существа достигают такой ловкости при очень ограниченных возможностях мозга.
Исследователи заинтересованы в таких дронах из-за их высокой эффективности полета, которая может быть масштабирована для самых разных наблюдений, которые необходимо вести много часов.