Hejno dronů naviguje bez GPS

Inerciální navigační systémy jsou středem zájmu inženýrů přinejmenším od doby, kdy vznikly jaderné ponorky schopné plout pod vodou řadu měsíců. Nemožnost orientace podle radiových signálů ani podle nebeských těles vedla k vývoji sofistikovaných zařízení, která pomocí gyroskopů, akcelerometrů a dalších čidel spojených s počítačem, který se snaží vypočítat směr a vzdálenost od místa posledního určení polohy pomocí klasických metod.

Kdysi rozměrná a těžká zařízení se pomocí mikroelektroniky proměnila v destičky plošných spojů, které mohou nést i drony. Pořád ale trpí stejným problémem: nejde zabránit tomu, aby postupně nenarůstala chyba. Jde jí odstranit teprve, když se přístroj opět dostane do dosahu signálu GPS.

Ale co když musí být trvale nasazen v prostředí, kde signál není?

Vědci z University of Pennsylvania si udělali problém ještě těžší, když chtěli docílit toho, aby miniaturní drony létaly bez signálu ve formaci. Takové působivé tance na nebi už umí zinscenovat řada vývojových pracovišť, zatím, ale obvykle s GPS. Bez satelitního signálu ovšem je vzájemná koordinace pohybu dronů mnohem obtížnější.

Miniaaturní kvadrokoptéry třídy 250, které vznikly na University of Pennsylvania, umí létat ve formaci obsahující až 12 strojů, navigovat a vyhýbat se překážkám i bez GPS. Obsahují  inerciální navigační jednotku (IMU), čtyřjádrový mikroprocesor a několik kamer schopných sledovat vzory povrchu, a tak odečítat směr a rychlost pohybu. Mikropočítač na palubě pak z údajů kamer a dalších čidel vypočítává změny polohy od okamžiku startu.

I v tomto případě se chyba kumuluje: na sto metrů činí půl metru, což není zrovna málo. Každý dron je ale prostřednictvím WiFi spojený s pozemní stanicí, která přijímá údaje o jeho poloze, koriguje je a vysílá povely k dalšímu pohybu. Člen hejna tak "jedná" sám za sebe, aniž by se staral o polohu ostatních, protože tu vede v patrnosti pozemní stanice.

Tak lze i v interiérech, podzemních prostorách, pod korunami stromů atd. koordinovat pohyb velkého množství miniaturních dronů, aniž by byl k dispozici signál GPS. Testy prokázaly, že systém funguje i při nízké úrovni osvětlení a v proudícím vzduchu.

Vědci chtějí postupně zpřesňovat navigační systém hejna minidronů tak, aby klesal význam pozemní stanice při koordinaci jejich pohybů . Očekává se, že roje spolupracujících dronů se v budoucnosti uplatní při živelných katastrofách, na bojištích, nebo při výzkumu jiných planet. Závislost na GPS v takových případech nasazení dronů (nebo jiných typů spolupracujících robotů) znemožňuje, vývoji inerciálních navigačních systémů se proto v poslední době věnuje velká pozornost.

Jan A. Novák