Bezpilotní letouny
1. 4. 2011
Čeští vědci z katedry kybernetiky ČVUT vyvíjejí speciální bezpilotní letouny s umělou inteligencí, které pomohou v boji s terorismem. Letoun si totiž sám dokáže zvolit nejlepší taktiku, jak se k určenému objektu přiblížit. V případě ohrožení se smažou veškerá data, aby je nikdo nemohl zneužít.
Množství bezpilotních letounů nasazených v civilních i vojenských oblastech prudce stoupá. Bezpilotní letouny mohou bez problémů mapovat neznámý terén, vyhledávat osoby či monitorovat dopravní situaci. Hlavními výhodami jsou zejména nižší provozní náklady, malá pořizovací cena a nevelké nároky na výcvik obsluhy.
Letouny bez lidské posádky v současné době řídí na dálku pozemní obsluha, a to pomocí satelitů v případě velkých letounů, nebo pomocí radiových vysílačů u menších systémů. Takové stroje používá i naše armáda. Do výzbroje je plně začleněna česká Sojka III či americký Raven.
Vědci z katedry kybernetiky na ČVUT v současnosti vyvíjejí programy, které umožní přenést řízení letadla na palubní počítače letounů. Tím se ještě více usnadní a zkvalitní jejich ovladatelnost.
prof. Ing. Michal Pěchouček, M.Sc., Dr., vedoucí Centra agentních technologií, ČVUT: V současné době to funguje tak, že je jeden pilot, který řídí jedno bezpilotní letadlo. Když máte komplikovanou misi, třeba záchrannou nebo průzkumnickou, kde potřebujete mít těch letadel hodně, tak je potřeba mít hodně pilotů. My se snažíme schopnost koordinovat let, plánovat let, řídit let, přenést z pilotů na letadla nahoru, a tudíž být schopni minimalizovat počet toho lidského zásahu, lidského vstupu.
Letouny tak nebude nutné řídit, ale postačí jim zadat místa, kterými mají proletět. Letadla si sama naplánují nejlepší trasu, přičemž vezmou v úvahu i překážky, jako jsou budovy, hory a počasí, zejména vliv větru. Při průzkumu terénu pak přímo na palubě získávají obrazová data z kamery a posílají je pozemní obsluze. Ta má možnost vyhodnotit zajímavé objekty, osoby, automobily nebo oheň.
Mozek letadla tvoří miniaturní počítač, který zpracovává obrovské množství dat. Aby letadlo nenarazilo na překážky, využívá geografický model, který popisuje okolí pomocí navigačního systému GPS. Letadlo tak neustále vyhodnocuje svou trasu. To se jistě osvědčí při vojenských misích v Afgánistánu, kdy musí letadlo nenápadně proletět velmi náročným terénem mezi horami.
prof. Ing. Michal Pěchouček, M.Sc., Dr., vedoucí Centra agentních technologií, ČVUT: Druhý zdroj informací, které bychom chtěli, aby to letadlo také mělo a dokázalo s nimi pracovat, je obrazová informace a schopnost ji zpracovávat v reálném čase. Naše letadlo to zatím neumí, ale je to naším velkým cílem, abychom dokázali udělat stereovidění a abychom uměli sbírat informace tak, aby se informace o překážkách dala generovat v reálném čase.
Takové letadlo by se nespoléhalo jen na satelitní informace, ale i na vlastní data a znalost okamžité situace. Okem jsou zabudované kamery, jejichž obraz by letouny využívaly i pro vlastní orientaci.Tato část výzkumu probíhá spolu s Centrem strojového vnímání obrazu, kde pracují experti na zpracování vizuálních dat. Letadla by dokázala hodnotit obrazovou informaci, určit přesný stav terénu a lokalizovat pohybující se objekty, jakou jsou automobily či lidé. Samozřejmostí by byly i přístroje s termovizí, které by odhalily skryté vojáky na průzkumné misi na nepřátelském území.
Letadla, se kterými pracují vědci z ČVUT v Praze, mají rozpětí křídel kolem dvou metrů, což umožňuje umístit potřebné technické vybavení. Letadla nesou počítač o velikosti jednoho plátku žvýkačky, kameru, modul GPS a vysílací techniku. Velikost letadel závisí na objemu nákladu, který je nutné přepravit. V současné době dokonce existují bezpilotní stroje o rozměrech běžných dopravních letadel.
Ing. Milan Rollo, Ph.D., vědecký pracovník, ČVUT, Praha: Snažíme se letouny vybavit inteligencí, která by umožnila jejich kooperaci v týmech, kde operátor zadá jeden cíl, řekněme na vysoké úrovni, to znamená prohledání určité předem dané oblasti. A v okamžiku, kdy bude mít k dispozici více letounů, tak si letouny samy mezi sebou tuto oblast rozdělí, a na základě jejich aktuálních poloh ve vzduchu si určí, který z nich by měl letět na konkrétní místo tak, aby prohledali oblast co nejefektněji a co nejrychleji.
Letadla si tedy sama naplánují svou trasu. Vědci ale musí vyřešit těžký úkol: Pokud je letadel ve vzduchu více, nesmí dojít ke kolizi.Tady vědci pracují s technologií vyjednávání, kdy se letadla sama mezi sebou dorozumívají, vyměňují si části svých letových plánů, porovnávají je a zjišťují, jestli je nebezpečí kolize. Pokud stroje takové nebezpečí zaznamenají, začnou velmi rychle komunikovat, uzpůsobí svůj let a vyhnou se případné srážce.
Letouny vyjednávají i o tom, který z nich splní jakou část úkolu, mohou se doplňovat a zastupovat. Pokud například letounu dochází palivo a musí přistát, předá svoji misi jinému stroji. Objeví-li se porucha, letoun okamžitě zničí svá data, aby se nedostaly do rukou nepřítele. V počítači letadla během několika vteřin proběhnou tisíce výpočtů. Pak se vybere ta správná a nejefektivnější varianta pro aktuální manévr či zpracovaní dat.
Mgr. Přemysl Volf, vědecký pracovník, ČVUT, Praha: Na tomto videu vidíme vnitřní stav plánování letadla. To znamená to, jak počítač vidí prostor, ve kterém se letadlo pohybuje, jakým způsobem hledá nejkratší trasu pro letadlo, jakým způsobem se vyhýbá terénu, jakým způsobem se vyhýbá bezletovým zónám tak, aby celková trasa letadla byla co nejefektivnější.
Velkou výhodou jsou kromě bezpečnostních hledisek rovněž ekonomická kritéria. Tyto stroje dokážou situace vyřešit s maximální úsporou paliva i času. Konstrukce bezpilotního letadla také nevyžaduje žádný prostor pro posádku. Paluba se tedy nemusí osazovat drahými přístroji a sedačkami, nemusí se řešit dobrý výhled pilotů. U bojových letounů odpadá i finančně náročný katapult.
Zkušenosti získané od bezpilotních letounů jsou využitelné i v dopravním letectví. Nejedná se o nahrazení lidské posádky počítačem, ale o zkvalitnění řízení leteckého provozu. Z počítačového modelu, který zrychleně ukazuje pohyb letadel nad Spojenými státy během čtyřiadvaceti hodin, můžeme krásně vidět ohromnou hustotu strojů nad velice frekventovanými místy. Za jeden den tu prolétne kolem padesáti tisíc letadel a v některých denních dobách je ve vzduchu až pět tisíc strojů najednou. Ambicí amerického řízení letecké dopravy je jejich počet ve vzduchu ještě zdvojnásobit. K tomu mají dopomoci i programy, které vyvíjí na ČVUT.
prof. Ing. Michal Pěchouček, M.Sc., Dr., vedoucí Centra agentních technologií, ČVUT: U strojů lze klást větší požadavky na autonomii, nemusíme se o ně starat jako malé děti, můžeme do prostoru pustit více letadel. Jsou metody a technologie, které zaručí, že takový prostor bude stejně bezpečný jako v současné době, kdy se jich tam pouští málo.
Každé letadlo má kolem sebe jakousi obálku, bezpečný prostor, do kterého nemůže vletět žádné jiné letadlo. Cílem vědců je tento prostor zmenšit a dostat tak do vzduchu více letadel. Veškeré zkoušky probíhají virtuálně pomocí počítačových animací, na kterých je možné pozorovat, jak se letadla chovají za různých situací.
Představme si například, že se několik desítek strojů blíží do zúženého prostoru. Umělá inteligence dokáže tento problém vyřešit mnohem efektivněji než lidský rozum. Při minimální spotřebě paliva a času naplánuje trasu letadel tak, aby celý manévr proběhl co nejrychleji a nejúsporněji.
Vzhlédneme tedy v budoucnosti na nebe zamořené dopravními letadly a při cestě na dovolenou se nepředstaví pilot, ale automat s číslem? Obava, že člověka nahradí umělá inteligence, je zatím planá.
prof. Ing. Michal Pěchouček, M.Sc., Dr., vedoucí Centra agentních technologií, ČVUT: Lidská inteligence je specifická svojí kreativitou a schopností vést iniciativu, schopností rozhodovat se o tom, jaký problém je důležitý, jaký je méně důležitý, jaký je zajímavý, jaký je méně zajímavý a vlastně rozhodovat o tom, čím se bude lidská mysl zabývat. To je gró, to je čím se lidská inteligence odlišuje od umělé. Ta umělá zase dokáže být velmi přesná.
V příštích letech nebudou všechna letadla řízena umělou inteligencí, protože člověk je z mnoha hledisek nenahraditelný. Dá se ale očekávat, že vojáci nebudou muset nasazovat své životy v záchranných či průzkumných misích.
Autor: Jan Oraský