Гонки дронів сприяють інноваціям ШІ для космічних досліджень

Дослідники з Делфтського технічного університету використовують перегони безпілотників для тестування систем ШІ на основі нейронних мереж, призначених для майбутніх космічних місій. Це інноваційне дослідження є результатом співпраці між командою передових концепцій Європейського космічного агентства (ESA) та Лабораторією мікро-літальних транспортних засобів (MAVLab) Делфтського технічного університету.

Проєкт має на меті дослідити використання нейронних мереж для автономного керування складними маневрами космічних кораблів, такими як міжпланетні перельоти, приземлення та стикування. У непростих умовах космосу максимізація ефективності використання бортових ресурсів, включаючи паливо, енергію, обчислювальну потужність і час, має вирішальне значення. Нейронні мережі мають потенціал для оптимізації бортових операцій, підвищуючи як автономність, так і надійність місії.

Щоб перевірити ці нейронні мережі в реальних умовах, дослідники обрали гонки дронів як ідеальний полігон для випробувань. Cyber ​​Zoo – випробувальний майданчик розміром 10x10 метрів на факультеті аерокосмічної інженерії Делфтського університету, забезпечив ідеальне середовище для тестувань. Тут керовані дрони чергувалися з автономними безпілотниками, оснащеними нейронними мережами, які були навчені різними методами.

Перегони дронів слугують чудовим полігоном для тестування наскрізних нейронних архітектур на реальних роботизованих платформах, допомагаючи дослідникам зміцнити впевненість у їхній придатності для космічних місій. Дрони змагалися за встановленим маршрутом, імітуючи обмеження та виклики, з якими космічні апарати стикаються під час місій.

Зазвичай маневри космічного корабля ретельно плануються, а потім завантажуються на космічний апарат. Розрахунок траєкторії здійснюється на Землі, а керування виконується на космічному кораблі. Однак непередбачувана природа космосу з такими змінними, як гравітаційні зміни та турбулентність, створює значні проблеми.

Альтернативний підхід, який називається “end-to-end Guidance & Control Networks” (G&C Nets), включає всі процеси, що відбуваються на космічному кораблі. Замість того, щоб слідувати заздалегідь визначеним курсом, космічний корабель постійно переплановує свою оптимальну траєкторію з поточного положення, що є набагато ефективнішим. Цей метод суттєво скорочує витрати ресурсів, пов’язані з корекціями “грубої сили” традиційних методів.

Між дронами і космічними апаратами є багато спільного, хоча динаміка дронів швидша і гучніша. У перегонах основним обмеженням є час, але його можна використовувати як замінник для інших критично важливих змінних для космічних місій, таких як маса палива.

Незважаючи на обмеження супутникових процесорів, G&C Nets є напрочуд компактними, зберігаючи в пам’яті до 30 000 параметрів, використовуючи лише кілька сотень кілобайт і залучаючи менше ніж 360 нейронів.

Для того, щоб мережі G&C були ефективними, вони повинні надсилати команди безпосередньо до виконавчих механізмів – двигунів для космічних апаратів і пропелерів для дронів. Основною проблемою було усунення розриву реальності між змодельованими та справжніми приводами. Команда вирішила цю проблему, навчивши нейронну мережу адаптуватися до реальних умов. Наприклад, якщо пропелери забезпечують меншу тягу, ніж очікувалося, дрон виявляє це за допомогою своїх акселерометрів, спонукаючи нейронну мережу скоригувати команди, щоб слідувати новим оптимальним шляхом.

Активна академічна спільнота, що займається перегонами дронів, надає чудову можливість тестувати і вдосконалювати ці системи. Використання безпілотників допомагає створити міцну теоретичну базу і задати параметри безпеки перед плануванням реальної космічної місії.

У Cyber ​​Zoo безпілотники не просто змагаються на швидкість, але й прокладають шлях для майбутніх космічних досліджень. Удосконалюючи системи управління штучного інтелекту на основі нейронної мережі в цьому складному середовищі, дослідники роблять значні кроки в напрямі більш автономних і ефективних космічних місій.