В лаборатории Университета Цинциннати (США) инженеры разработали дрон, который не нуждается в искусственном интеллекте, чтобы летать и удерживать равновесие. Он машет крыльями, как мотылек, и удерживает положение в пространстве с помощью системы самокоррекции: дрон постоянно оценивает свое движение и слегка подстраивает крылья, чтобы оставаться рядом с источником света, словно насекомое, притянутое огнем. Результаты опубликованы в журнале Physical Review E.
Как летает дрон
Команду проекта возглавил доцент Самех Эйса. Вместе со своими студентами он решил отказаться от привычных алгоритмов навигации и датчиков GPS. Их дрон сам «чувствует» окружающую среду и подстраивается под нее в реальном времени, как живое существо.
«Мы вдохновлялись насекомыми, — объясняет Эйса. — Их тело устроено намного проще, чем у человека, но они умеют летать удивительно точно. Чтобы создать маленьких и легких роботов, мы должны заставить их двигаться, как мотыльки».
Мотыльки способны зависать на месте, двигаться назад и удерживать равновесие даже при порывах ветра. Новый дрон делает то же самое, непрерывно корректируя свое положение относительно источника света, словно живое насекомое, привлеченное пламенем.
Обратная связь вместо нейросети и GPS
В основе работы дрона — система обратной связи, которая постоянно оценивает собственную эффективность. Он не «думает» в привычном смысле, а просто сравнивает текущее состояние с целью — в данном случае с положением света — и ищет оптимальную траекторию.
«Наши расчеты показывают, что такая простая схема способна воспроизводить устойчивое зависание, — говорит ведущий автор исследования Ахмед Элгохари. — Мы не используем искусственный интеллект или сложные модели, все работает по естественному принципу обратной связи».
По сути, дрон управляет собой самостоятельно. Его четыре крыла из тонкой проволоки и ткани двигаются независимо, позволяя ему наклоняться в стороны, опускать или поднимать нос и разворачиваться влево или вправо. Ему не нужно посылать команды навигации, потому что он делает это сам. Из-за частоты взмахов человеческий глаз видит лишь размытое движение, как у колибри.
Летает, как живой
Эксперименты проводились в полетной лаборатории с сетками, где машина могла безопасно подниматься и зависать. Исследователи заметили, что дрон во время полета слегка покачивается, словно ошибается. Но, как поясняет Элгохари, именно эти колебания позволяют ему проверять и корректировать собственное положение.
Когда дрон приближается к источнику света, он делает крошечные поправки — то усиливает взмах, то ослабляет его. Это напоминает то, как пчелы и стрекозы удерживаются на месте, используя микроскопические движения для стабилизации.
«Эти колебания — не ошибка, а часть процесса, — отмечает Эйса. — Они помогают машине понять, в каком направлении лететь, и удерживать равновесие без внешней команды».
Природа как инженер
Летающие насекомые вроде мотыльков или шмелей двигают крыльями по сложной траектории в форме восьмерки. При каждом взмахе гибкие крылья немного деформируются, что создает подъемную силу в обе стороны движения. Именно эту механику инженеры из Цинциннати адаптировали для своего аппарата.
Эйса уверен, что открытие выходит за рамки робототехники.
«Если мотыльки действительно используют нечто вроде нашей схемы обратной связи, то это может изменить наше понимание биофизики полета, — говорит он. — Похоже, природа давно нашла идеальное решение, которое мы только начинаем осознавать».
Технология может открыть путь к созданию малых автономных дронов для наблюдения, экологического мониторинга или поиска в труднодоступных местах. Эти аппараты не нуждаются в больших вычислительных мощностях и способны действовать в реальном времени, опираясь лишь на простые сигналы среды.
Исследователи называют свой подход «минималистским интеллектом» — управлением, которое рождается из самой физики движения.
По словам Эйсы, главное открытие состоит в том, что стабильность и точность не требуют сложных алгоритмов — иногда достаточно природной простоты.
«Мы привыкли считать, что сложное поведение требует большого мозга, — говорит он. — Но насекомые доказывают обратное, и теперь то же самое делает наш дрон».