Портативные беспилотники захватили мир. Теперь в любом крупном магазине электроники по цене одного-двух смартфонов можно купить квадрокоптер, который после десятиминутной настройки будет точно и безопасно летать, снимать фото и видео, доставлять грузы. Но еще совсем недавно управлять дронами было не так просто. Тем интереснее, какими они станут в ближайшие несколько лет, что за задачи они смогут выполнять и где применяться. Обо всем этом в рамках спецпроекта «Физтех. Читалка» T&P рассказал Кирилл Шилов, генеральный директор компании Sky-Drones, ведущий разработчик российских полетных контроллеров и автопилотов для мультикоптеров.

Кружок авиамоделирования для взрослых

Кирилл Шилов
Кирилл Шилов

15 лет назад готовую модель дрона купить было негде, ее можно было только сделать самому в аэроклубе, что занимало от полугода до нескольких лет. Тогда всюду использовались двигатели внутреннего сгорания, а аппаратура зачастую имела только два канала — для управления креном и тангажем: газ был постоянным, и самолет летал, пока не кончится топливо и двигатель не заглохнет. Около 2007 года в области электродвигателей и аккумуляторов случился прорыв. Кроме того, развитие направления FPV (first person view, «полет по камере») позволило летать за пределами видимости.

В 2000-х главными заказчиками аэросъемки с дронов были кинематографисты: слишком дорого им обходилась аренда полноразмерных вертолетов с подготовленными летчиками и толпой операторов. То есть сначала получилось сэкономить на вертолетах: Голливуд в конце нулевых «летал» на чем-то вроде MikroKopter. Но проблема с персоналом оставалась, вплоть до 2012 года полеты требовали присутствия серьезной съемочной команды, а заодно и микроавтобуса, набитого оборудованием. Подводила и емкость аккумуляторов: она тогда позволяла снимать всего пять-восемь минут без подзарядки. Кроме того, на беспилотниках того времени не было даже GPS-приемника. Да и об идеальном удержании позиции в воздухе можно было только мечтать: полеты в автоматическом режиме были очень рискованными.

Вычислительные ресурсы микроконтроллеров в дронах позволяют применять более сложные алгоритмы, чем те, что использовались при полетах шаттла в космос

Стандартные радиоуправляемые вертолеты сменились мультироторными машинами — вертолетами с несколькими лопастями. Чтобы они хорошо летали, был нужен полетный контроллер, который на тот момент выглядел очень примитивно. Западные первопроходцы в области автономных коптеров — немецкие MikroKopter, параллельно с ними в Азии начали развиваться устройства DJI. Сейчас они сродни продуктам Apple в нашей сфере и контролируют три четверти мирового рынка коммерческих беспилотников. Но компания из Гонконга предпочитала оставаться на своем рынке, поэтому по обе стороны Атлантики использовали MikroKopter. Де-факто его разработчики считались первыми, но из-за того что компания долгое время не могла перейти на новое железо, их продукт перестал удовлетворять растущие требования рынка и со временем утратил лидерство.

Рынок тогда начал распадаться на две концепции. Первая — самая удобная для неопытного пользователя: достаешь коптер из коробки, настраиваешь его за несколько минут и летаешь. Покупателю совершенно не обязательно понимать, как он устроен внутри, поэтому функционал подобных беспилотников долгое время был сильно ограничен. Вторая концепция — хобби-уровень, для увлекающихся, который во многом стал реальностью с появлением на рынке компании DIY-Drones, позже ставшей большой корпорацией. Стартап начал разработку своего полетного контроллера на базе такой платформы, где пользователи с начальными навыками программирования могли сами дорабатывать код, даже если они не слишком хорошо разбирались в специфике разработки беспилотников.

© iStock

© iStock

Технологии развивались, количество новых компаний, которые занимаются аэрофотосъемкой, росло по экспоненте. Стали появляться стартапы, создающие полетные контроллеры и программное обеспечение для конкретных задач: доставки грузов, слежки, синхронных полетов. Нужно было упрощать процесс, развивать технологии автономного полета. Ключевой особенностью таких полетов было наличие GPS-приемника. Появилась возможность более-менее точного удержания позиции в воздухе, после уже можно было создавать целые полетные миссии, в которых пилоту оставалось только контролировать полет.

Ground control

Радиоэлектроникой и системами управления с советских времен активно занимаются во многих российских вузах. МФТИ — не исключение: фундаментальная подготовка на Физтехе позволяет изучать и создавать электронику, алгоритмы и программное обеспечение. В конце 2011 года на базе кафедры динамики полета и систем управления было разработано первое поколение системы автопилота и написана первая версия программного обеспечения. Полетный контроллер разработки теперь поддерживает еще больше функций. За несколько лет работы удалось качественно улучшить навигацию, управление, обеспечить простоту и удобство работы с контроллером. Создана также уникальная наземная станция управления и контроля для Windows / Mac/ Linux, благодаря которой настроить автопилот с нуля можно менее чем за 10 минут. Эта станция теперь позволяет программировать задания, а также наблюдать за всеми параметрами полета в реальном времени. В процессе работы над проектом появлялись первые пользователи и бета-тестеры, которые давали обратную связь. Согласно их комментариям и пожеланиям внедрялся новый функционал. Сегодня система обладает широким спектром возможностей, ею пользуются люди по всему миру. Команда надеется, что это только начало, за плечами у них богатый опыт, а впереди еще много интересных задач.

Летающий интеллект

Разработка дронов сейчас во многом схожа с разработкой мобильных телефонов. Гироскопы, акселерометры, магнитометры, барометры, приемники спутниковой навигации — все эти сенсоры есть в любом современном смартфоне, мультикоптер работает на них же. Благодаря развитию современной микроэлектроники и MEMS-технологиям эти устройства стали производиться в размерах чуть больше спичечной головки. Вычислительная мощность процессоров при этом постоянно увеличивается, и это большой плюс. Удалось добиться компактности при невысокой стоимости, в то же время вычислительных ресурсов микроконтроллера хватает для того, чтобы применять даже более сложные алгоритмы, чем те, что использовались при полетах шаттла в космос. Рынок беспилотных летательных аппаратов стремительно растет, в 2016 году его объем составляет несколько десятков миллиардов долларов, это в два раза больше результата прошлого года.

Уже есть разработки, которые позволяют дрону огибать препятствия, используя систему компьютерного зрения

Об отраслях, в которых возможно применять функции дронов, разработчики задумались сразу же, как только их первые аппараты смогли уверенно держаться в воздухе. Аэрофото- и видеосъемка до сих пор — основные направления, в которых дроны уже вытеснили конкурентов на вертолетах. Теперь, когда беспилотники автоматически взлетают, выполняют нужные действия, а после возвращаются на точку старта, для их применения открыты новые перспективы. Их вполне можно использовать в повседневности: для организации сервисов доставки, проведения сельскохозяйственных работ, картографирования местности и так далее. В ближайшем будущем повысится уровень автономности, уже сейчас есть разработки, которые позволяют дрону строить маршрут так, чтобы огибать препятствия благодаря системе компьютерного зрения. Кроме того, увеличится и время полета (будет составлять около 30–40 минут). Но работы еще много: в области разработки беспилотников достаточно интересных как научных, так и технических задач.