Длительное время конструкторам не удавалось создать БПЛА, хотя бы близко способный к безварийному полету через среду, насыщенную препятствиями (к примеру, через лес). В то же время птицы могут делать это на скоростях до 100 км/ч. Исследователи из Бостонского университета (США), кажется, нашли решение проблемы. А заодно и установили существование порога скорости для такого сверхманевренного полета.

Проблема скоростного полета очень сложна: истории авиации известны люди, летавшие сквозь строй формаций численностью до тысячи вражеских машин, при этом не просто стрелявшие и сбивавшие самолеты противника, но и благополучно выжившие, несмотря на опасность неминуемой, казалось бы, гибели. Но до недавнего времени не было никаких догадок о том, как они это делали.

То же и с птицами: попытки разработать БПЛА, способный быстро лететь через лес или на предельно низких высотах (по типу экраноплана), неизменно заканчивались катастрофами. Оказалось, что если число потенциально опасных (в смысле столкновения) предметов превышает десять, то дрону тяжело даже вовремя оценить точное расстояние до них. Ну а рассчитать траекторию, позволяющую избежать столкновения, оказалось настолько сложно, что задача эта не решена до сих пор.

Кэн Себеста и Джон Балье из Бостонского университета подошли к проблеме с другой стороны. Они задались вопросом: а могут ли птицы вообще избегать столкновений так, как предполагают исследователи? Даже лучшее в мире бинокулярное зрение не способно оценить расстояние до предмета с точностью лазерного дальномера. Кроме того, зрачок птицы весьма малоподвижен во время полета: глаз практически все время смотрит вперед. Скорость фокусировки глаза недостаточна, чтобы быстро ловить в фокус то близкие, то дальние препятствия. Значит, видеть все, а равно и оценить расстояние, летун не может. Как же все эти птицы летают?

Ответ, похоже, до смешного прост. Вместо решения задач по принципам шахматных компьютеров, с детальным проcчетом всех возможных вариантов передвижений, они вообще почти ничего не рассчитывают. Не то чтобы играют наудачу: кроме совы Рона Уизли, мало найдется здоровых птиц, врезающихся в препятствия. Ими используется принцип оптического потока. Изображение видимого движения препятствий или поверхностей смещается перед птицей в результате перемещения (во время полета) ее глаз относительно окружающих лесных объектов. При этом чрезвычайно упрощается расчет возможности столкновения: чем быстрее меняется положение предмета относительно поля зрения птицы, тем ниже вероятность пересечения ими ее курса, ибо такие объекты находятся сбоку. Чем ниже скорость изменения положения предмета, тем ближе он к траектории полета: неподвижный объект (например, большое дерево) может даже служить ориентиром. При приближении к нему птица просто отклонит курс так, чтобы скорость его смещения относительно глаз стала максимальной.

Иными словами, птицы попросту движутся прямо, а оказываясь рядом с препятствием, которое "летит" прямо на них, почти в самый последний момент отклоняют траекторию. При этом перенастраивать глаза ни к чему: выставляя глаза на дистанцию уклонения, оптимальную для этой скорости полета, птицы бросаются вперед, резонно полагая, что главное - ввязаться в драку, "а там посмотрим".

Попутно ученым удалось установить, что ключевыми параметрами способности птицы к преодолению лесного пространства является лишь плотность препятствий и радиус разворота живого существа в воздухе. Расстояние между облетаемыми объектами должно примерно соответствовать радиусу ее поворота - иначе увернуться от столкновения будет технически невозможно.

Простота алгоритма уклонения может позволить создать не только дроны, летающие через лес или плотную городскую застройку с высокой скоростью. Задача полета на сверхмалой высоте (экраноплан!) также часто требует решения задач на уклонение (что-то подобное можно увидеть в "Звездных войнах"), но прежде эта зона оставалась для БПЛА практически недоступной. В то же время при полете на сверхмалой высоте в бою резко растет живучесть летательного аппарата и внезапность его ударов. С новым довольно простым способом уклонения при движении тактические ударные дроны могут занять и эту нишу.

Работа опубликована на сайте arXiv.

Подготовлено по материалам Technology Review....