Источник изображений: TU Delft
Среди прочих исследователей проблем навигации с минимальным использованием вычислительных ресурсов заметного прогресса достигли учёные из Делфтского технического университета (TU Delft). В новой работе в Nature они представили навигационную систему Bee-Nav для малых дронов, работающую по аналогии с тем, как медоносные пчёлы находят дорогу домой. Пчёлы могут улетать от улья на дальность порядка 3 км и возвращаются точно домой, используя метод одометрии (оценки пройденного расстояния и направления) и зрительной памяти об окружающей улей местности.
В классической робототехнике методы автономной навигации предполагают либо сочетание карт и GPS, либо построение 3D-карты местности, что требует значительных бортовых вычислительных ресурсов, а это крайне плохо подходит для создания миниатюрных автономных платформ.
Как и пчёлы, дрон с навигацией Bee-Nav сначала выполняет короткий «обучающий полёт» вокруг точки старта, как пчела возле улья. Во время этого полёта дрон снимает панорамные изображения окружающей среды и по данным одометрии обучает крошечную нейросеть сопоставлять видимую картинку с направлением и расстоянием до точки старта. После этого дрон может улететь дальше, вернуться назад и, используя собственную одометрическую оценку того, как далеко он улетел от базы, с помощью визуализации исправить накопившуюся ошибку пройденного расстояния. При этом используется очень мало памяти, поскольку нет необходимости хранить точные карты местности: достаточно нескольких ориентиров рядом с домом.
В результате получилась впечатляющая экономия памяти. В одном из экспериментов дрон успешно возвращался домой с нейросетью, размещённой всего в 3,4 Кбайт памяти, а в более масштабных полётах в помещениях и на природе на удаление от базы до 600 м нейросети для ориентации хватало 42 Кбайт. Полётам на улице помехой стал ветер. Он менял направление обзора камеры и это вело к провалам примерно в 30 % случаев. При полётах в закрытых больших ангарах дрон возвращался к месту старта почти всегда.
Подобная система навигации, как справедливо отмечают разработчики, будет востребована для инспекции инфраструктуры, в сельском хозяйстве, для складских роботов и особенно там, где GPS не работает. Одновременно работа даёт биологам рабочую модель того, как насекомые с крошечным мозгом решают задачи навигации. На самом деле учёные не могут точно знать, как медоносная пчела ориентируется в пространстве. Они только догадываются, как это происходит. Отработка тех же принципов на нейросети поможет глубже разобраться в вопросе.
Источник: 3DNews
