Дроны, как ранее интернет и GPS, развиваются за пределами изначального военного предназначения и становятся мощным инструментом бизнеса. С развитием технологий и распространения информации о возможностях этих небольших беспилотных устройств, дронам стали придумывать новую работу. Областей применения беспилотников становится больше, и предприниматели со всего мира борются за то, чтобы завоевать кусочек этого перспективного рынка. Эксперты Research And Markets прогнозируют, что мировой рынок услуг на базе БЛА вырастет до $63.6 млрд к 2025.
Индустрию беспилотных летательных аппаратов (UAV) развивают такие компании, как Walmart, Amazon, Sentera, Airwood, XAG, DroneAg и т.д. Мы совместно с нашим партнёром iFarm также исследуем возможности беспилотных технологий и применяем их для решения бизнес-задач.
Дроны давно перестали быть развлечением. Они легко справляются с множеством задач, невыполнимых ранее, и становятся все более умелыми и незаменимыми. Их уже используют в сфере строительства, сельского и лесного хозяйства, геодезии, горнодобывающей промышленности, энергетики, логистики, недвижимости, охраны и безопасности.
Очевидное применение беспилотников в бизнесе — доставлять посылки и грузы. В период распространения вирусов это решение особенно актуально: доставка дронами максимально бесконтактна. В США, Финляндии и Австралии уже заказывают доставку товаров первой необходимости, продуктов питания и безрецептурных лекарств с помощью дронов Wing, разрабатываемых Alphabet (материнская компания Google).
Помимо этого дроны, оснащённые технологиями компьютерного зрения и машинного обучения, помогают бизнесу:
Начиная с весны 2019 года, мы сотрудничаем с агротех компанией iFarm. Помогаем автоматизировать линейные бизнес-процессы производства: разработали и продолжаем совершенствовать целостную ИТ-инфраструктуру.
Также для автоматизации производства мы применяем наши исследования в области автономных летающих дронов, нейронных сетей и машинного обучения. Далее расскажем о нашем прогрессе по этому направлению: поставленных перед нами задачах, возникших трудностях, наших решениях, деталях реализации и дальнейших планах.
В рамках задач на проекте iFarm мы считаем, что беспилотные технологии перспективны в двух направлениях:
Это позволяет решить типичные проблемы классических способов доставки: аренда и обслуживание складов, обработка продукции для хранения и т.д.
Разработать дронов-курьеров — вполне заурядная задача. Их нужно доработать до грузового формата и создать классическую инфраструктуру доставки, которая будет включать:
Таким образом дрон будет доставлять посылку к окну конечного потребителя, сбрасывая груз в сетку. В этом направлении мы работали менее активно из-за ограничений по использованию воздушного пространства российским законодательством. Недавние позитивные изменения в законах и фактор пандемии позволили возобновить работы по созданию тестовой инфраструктуры и диспетчерского центра доставки дронами.
Высота таких объектов зависит от помещения, где будут применяться технологии автономного выращивания iFarm.
Эта задача оказалась сложнее. Основная проблема — навигация внутри закрытого пространства. Мы не можем использовать технологии позиционирования GPS или ГЛОНАСС в закрытом помещении. При этом фермы iFarm изолированы от внешнего мира: требуется обеспечить биологическую безопасность и стабильность состава воздуха внутри помещения.
Применить автономный дрон — возможно, ещё более трудная задача. Исследовательский центр разработок Azoft принял вызов и взялся за реализацию задачи в рамках технологий iFarm.
Плюсы применения дронов:
К минусам или, скорее, вызовам, можно отнести отсутствие стабильных и доступных методов позиционирования внутри помещений. Привычные дроны для аэросъёмки используют системы позиционирования GPS в связке с акселерометрами, компасами и электронными подвесными системами для камер. Внутри помещения основная часть этих систем недоступна, поэтому необходимо разрабатывать систему позиционирования.
С помощью дрона мы готовы удовлетворить большую часть требований iFarm к системе мониторинга. Но главный вызов, с которым мы сейчас работаем — это система позиционирования внутри помещений.
Есть несколько стандартных путей решения задачи. Это, например, ультразвуковые или радиовещательные датчики с картой их монтажа внутри помещений. Дрон отслеживает текущую силу сигнала и соотносит с частотой и силой сигнала датчиков на карте помещения — наподобие GPS в замкнутом пространстве.
Другой классический метод — маркерное позиционирование в сочетании с технологией отслеживания перемещений (“optic flow”). Мы выбрали его в качестве первого прототипа. Для этого метода не требуется устанавливать дополнительное оборудование в помещении. Нужно только расклеить маркеры в контрольных точках карты перемещения дрона.
Провели удачные тесты, которые показали достойную точность позиционирования с погрешностью 5-10 см для шестимоторной конфигурации. Мы сделали выводы, что конструкция коптера слишком большая и недостаточно мобильная. Поэтому переделали конструкцию на классическую модель с четырьмя двигателями. Это вместе с конструкторскими изменениями увеличило точность позиционирования до необходимого уровня, который позволяет действовать в ограниченном пространстве.
Считаем, что данную комбинацию уже можно вводить в производство. Осталось сделать ряд простых изменений по требованиям iFarm, чтобы обеспечить большую безопасность для сотрудников фермы и растений, а именно:
Это линейные задачи в рамках всего комплекса работ. Основные сложные и рисковые задачи были сделаны нами ранее.
Дрон состоит из карбоновой рамы, полетного микроконтроллера со специализированным ПО, бесколлекторных моторов, регуляторов оборотов моторов и ПО для них, пропеллеров, аккумулятора, системы питания периферии, лидара и соединяющих всё это вместе проводов. Полетный микроконтроллер имеет встроенный акселерометр, барометр, датчики температуры и другие датчики, которые отслеживают потребление тока и напряжение у аккумулятора.
Краткий алгоритм работы полетного микроконтроллера заключается в следующем:
Это лишь часть всей системы дрона в целом. На его борту ещё установлен микрокомпьютер. Мы тестируем различные варианты микрокомпьютеров подходящего размера. Уже освоили Raspberry PI, Rock Pi, Nvidia Jetson Nano, а теперь на очереди самый производительный и технологичный в своём размере Nvidia Jetson Xavier NX, который открывает новые горизонты для развития интеллекта дрона.
На таких микрокомпьютерах мы производим расчеты для различных алгоритмов компьютерного зрения, одометрии и нейросетей. При этом используем видео потоки с камер вместе с данными сенсоров, которые предоставляет полётный микроконтроллер. Таким образом микрокомпьютер и микроконтроллер помогают друг другу стабилизировать дрон в пространстве. Также с помощью микрокомпьютеров мы кодируем и конвертируем различные форматы видео потоков и решаем прикладные задачи, включая связь и управление дроном.
На первом этапе мы хотели проверить, достаточно ли точные результаты получаются при использовании концепции маркерного позиционирования для “узких” задач мониторинга: нужно автоматически попадать в проходы между рядами шириной 80 см и при этом нести на борту дополнительное оборудование. Требовалось подобрать и опробовать максимально эффективную компонентную модель дрона, его аэродинамическую форму и проверить ряд электронных компонент от китайских, турецких и американских поставщиков.
За полгода работы все задачи нам удалось выполнить. Мы довольны полученными результатами и по ходу исследований сгенерировали много идей для работы.
Что касается системы мониторинга, далее мы планируем работать по следующим направлениям:
В рамках задачи по созданию систему доставки с помощью дронов мы планируем действовать в следующих направлениях:
Мы благодарны компании iFarm за возможность применить наши исследования с пользой для бизнеса и прогресса отрасли. С большим интересом продолжим совместную работу над совершенствованием текущих решений.
От быстрых доставок в час пик до сканирования труднодоступного объекта — беспилотники полезны там, где человек не способен действовать мгновенно и эффективно.
Повышение эффективности производства, снижение рабочей нагрузки и производственных затрат, а также решение проблем безопасности в широком масштабе — лишь некоторые из задач, решаемых дронами во всем мире.
Всё больше компаний и государственных организаций стремятся использовать преимущества активно развивающихся беспилотных технологий. Если вы тоже хотите воспользоваться возможностями новых технологий и разработать дрона для своих бизнес-задач — мы готовы вам помочь.