Sciencemag.cz
Doporučujeme
Plně autonomní vzdušný robot vybavený podvěsenou vystřelovací sítí.
Je prakticky nemožné nevšimnout si extrémního nárůstu počtu bezpilotních helikoptér kolem nás v posledních několika letech. Nepochybně se bezpilotní helikoptéry, často označované jako drony, staly užitečným nástrojem v bezpočtu aplikací, nicméně existuje i stinná stránka zvýšení dostupnosti bezpilotních prostředků. Již v současné době se množí případy použití takzvaných paparazzi dronů pro sledování a nezákonné fotografování veřejně známých osobností a pro průmyslovou špionáž. Ještě mnohem nebezpečnější je možnost použití bezpilotních helikoptér pro teroristické útoky. Z nejvíce medializovaných příkladů lze zmínit nedávnou situaci kolem londýnského letiště Gatwick, které bylo po několik dní kompletně paralyzováno kvůli nelegálnímu výskytu dronu v jeho blízkosti. Dalším veřejně známým případem byl pokus o atentát helikoptérou na venezuelského prezidenta.
Zmíněná rizika ohrožení soukromí a bezpečnosti se týkají každého z nás a společnost na ně musí razantně reagovat. Existuje několik způsobů prevence výskytu neautorizovaných dronů v oblastech s omezením jejich výskytu. Nicméně, ať už jde o elektromagnetické pulzy, rušení komunikace a GPS signálu, nebo dokonce palné zbraně, všechny dosud dostupné techniky postrádají bezpečnost a většina z nich má omezené použití. Nelze si dost dobře představit možnost zrušení GPS signálu v oblasti letiště nebo střelbu z brokovnice po letících helikoptérách nad hlavami turistů na Pražském hradě. Vědci z ČVUT spolu s firmou Drone Defense Solutions s.r.o. přicházejí s řešením, které umožňuje bezpečný odchyt nežádoucího dronu do sítě vystřelené z paluby autonomní helikoptéry a následný transport dronu do dostatečné vzdálenosti od potencionálního cíle. Tento způsob je jediný možný, pokud vyžadujeme kompletní ochranu proti všem typům dronů a v aplikacích, které nedovolují riskovat neřízený pád odstraňované helikoptéry.
Systém Eagle.one vyvinutý pro tuto aplikaci sestává z detekčního zařízení Dedrone a plně autonomního vzdušného robotu vybaveného podvěsenou vystřelovací sítí. Vlastní mise helikoptéry Eagle.one začíná okamžikem detekce neautorizovaného dronu letícího v hlídané oblasti. Dedrone jej zaznamená pomocí instalovaných kamer pokrývajících příslušnou bezletovou zónu. Na základě rádiových signálů komunikace mezi dronem a pilotem a s pomocí algoritmů počítačového vidění zpracovávajících obrazy z kamer v reálném čase, dokáže systém rozlišit helikoptéry od ostatních objektů, například ptáků. Pokud cizí helikoptéra vlétne do zakázané oblasti, systém Dedrone ji detekuje a vydá povel ke startu helikoptéře Eagle.one se záchytnou sítí.
Prakticky okamžitě Eagle.one autonomně odstartuje a doletí do oblasti, kde je odhadována pozici cíle, která je průběžně aktualizovaná systémem Dedrone. Eagle následně použije své palubní kamery pro přesné zaměření cíle. Z tohoto měření určí jeho trajektorii, predikuje jeho pohyb a naplánuje vhodný útočný manévr. Když je cíl zaměřen a potvrzen, Eagle sám vystřelí síť, do které se cizí dron zachytí. Po zasažení dronu zůstává vystřelená síť připojena pomocí lanka k Eaglu, takže sestřelený dron nespadne na zem, kde by mohl způsobit újmu náhodně se vyskytujícím osobám a škody na majetku. Eagle zachycený cíl bezpečně odnese a přistane s ním na určeném místě. Tato možnost je extrémně důležitá v případech, kdy je podezření, že útočící dron může nést výbušninu a je nutné jej co možná nejrychleji dopravit do bezpečné vzdálenosti od hlídaného objektu nebo osoby.
Ačkoliv celá mise od detekce dronu po jeho bezpečnou eliminaci může být provedena v bezpečnostně kritických aplikací zcela autonomně bez jakékoliv intervence s operátorem, systém umožňuje i zapojení lidského faktoru, pokud je to vyžadováno. Povelu k vystřelení sítě, který helikoptéře dává palubní počítač na základě informace z palubních senzorů a výsledků rozhodování umělé inteligence Eaglu, může předcházet dálkové potvrzení od operátora systému. Ten také může misi v kterékoliv fázi přerušit a navést platformu Eagle na bezpečné přistání, pokud to operační situace vyžaduje.
Autonomní chování systému Eagle.one umožňuje použití metod umělé inteligence vyvíjených vědci Fakulty elektrotechnické ČVUT, které jsou na hranici stavu současného světového výzkumu autonomních bezpilotních prostředků. Eagle je vybaven dvěma palubními počítači. Jeden z nich je určen pouze pro přesnou detekci a lokalizaci cíle v reálném čase s využitím vysokorychlostních palubních kamer sledujících okolí. Systém využívá kombinaci 3D vidění a detekce pohybujícího se objektu konvolučními neuronovými sítěmi. Pro nasazení při snížené viditelnosti je možné platformu Eagle.one dovybavit termokamerou detekující motory nepřátelského dronu a leteckým radarem. Druhý počítač je určen pro reprezentaci výsledků počítačového vidění a pro optimální prediktivní řízení Eaglu tak, aby se vyskytoval v místě a čase optimálním pro výstřel sítě vzhledem k predikci pohybu cíle. Tato předpověď je realizována pomocí Extended Kalman filtru a datové fúze palubních senzorů. Dalším důležitým prvkem palubní inteligence je systém logického uvažování, který vyhodnotí situaci a dostupné senzorické údaje a rozhodne o konečném potvrzení povelu pro vypuštění odchytové sítě.
Následně Eagle porovná aktuální stav chování svého letového systému s předem naučenými modely a sám rozhodne, zda byla mise úspěšná a zda je fyzicky schopen transportu cíle do určené oblasti. V případě, že je odchycený dron příliš těžký, je vystřelen záchranný padák a obě helikoptéry se bezpečně snesou na zem. Maximální přípustná váha objektu zavěšeného na laně pod Eaglem je přibližně 5 kg, což výrazně přesahuje parametry většiny běžně používaných dronů. Pokud Eagle vyhodnotil pokus jako neúspěšný a jiná platforma Eagle není připravena v záloze, je možné využít kamikaze postupu a nepřátelský dron zneškodnit přímým nárazem, který je okamžitě následován vystřelením padáku. Nicméně nabízené řešení přímo podporuje nasazení více spolupracujících platforem Eagle pro zvýšení spolehlivosti a rozsahu hlídané operační oblasti.
Eagle je dodáván ve dvou variantách. První je primárně určena pro ochranu bezpečnostně kritické infrastruktury, jako jsou letiště, elektrárny, vládní úřady, stadiony nebo věznice, a využívá staticky rozmístěný detekční systém Dedrone pro inicializaci první fáze mise. Ve druhé variantě je platforma Eagle kombinována s mobilní aplikací a je cílena pro ochranu soukromých sídel a dočasných akcí, jako jsou koncerty, mítinky politických stran, vystoupení veřejně aktivních osob a podobně. V této mobilní variantě systém Dedrone nahrazuje vyškolený personál, který povel ke vzletu Eagla a prvotní zaměření cíle realizuje s pomocí senzorů mobilního telefonu vybaveného aplikací Eagle.one. Právě tato verze Eagle.one bude oficiálně představena na bezpečnostním veletrhu IDET v Brně, kde se tento produkt utká v soutěži o ZLATÝ IDET 2019. Kromě stánku Eagle.one se návštěvníci veletrhu budou moci seznámit i s dalšími technologiemi autonomních bezpilotních prostředků na stánku ČVUT.
autor: Ing. Martin Saska, Dr. rer. nat.
Publikováno v magazínu ČVUT Tecnicall 1/2019
