Поставить на крыло. В ГУАПе применяют аэрокосмические технологии к земным проблемам
Сейчас в космосе идет эксперимент: в студенческом спутнике «НОРБИ» проходят проверку платы, сделанные в петербургском ГУАПе, Государственном университете аэрокосмического приборостроения. Технология должна показать свою стойкость в недружелюбной космической среде и в перспективе работать на «взрослых» космических аппаратах. Но мы намеренно расскажем не о космических разработках вуза (стоит отдельного разговора), а о том, как 80-летний университет все активнее применяет аэрокосмические и прочие технологии к земным проблемам.
ФОТО АВТОРА
Мне сверху видно все
– У нас всегда были крутые разработки в области приборостроения, но это такие «черные коробочки», – говорят в вузе. – Слишком сложные, чтобы про них популярно рассказывать. И внешне не очень впечатляющие: не светятся красивыми огоньками, не приносят кофе. К тому же «коробочки», как правило, засекречены. Но сейчас мы ведем исследования во многих других областях.
Представим себе сельхозугодья. Огромные поля, глазом не окинуть. На отдельных участках суховато или вредитель завелся – их нужно «лечить». Но ты попробуй найти те участки. Раньше это делали либо «вручную» (человек ходил по полю), либо с помощью авиации (но это дорого). Сейчас все активнее используют беспилотники со специальными камерами: те снимают в инфракрасном и видимом спектрах, так можно вычленить проблемные участки.
Беспилотник-крыло тут предпочтительнее квадрокоптера: да, крыло не такое маневренное, зато летает быстро, и не 15 минут, а 40. Но беспилотники пока тоже дорогое удовольствие: хороший стоит миллиона полтора рублей плюс дорогая видеокамера.
Выпускник ГУАПа, а сейчас сотрудник подразделения вуза «Инженерный ГАРАЖ» Андрей Радько демонстрирует крыло высотой 1,7 м, весом около 5 кг. Оно легко складывается и транспортируется. Задача была такая: крыло должно легко модифицироваться под оборудование с различными «массо-габаритными характеристиками». И чтобы это не влияло на аэродинамические свойства. И чтобы технология была недорогой: надо бы уложиться в полмиллиона.
Вся конструкция разработана в ГУАПе, электроника пока импортная: в планах разработать свою систему автопилота, этим займутся, когда крыло будет готово. Очередную модификацию опробуют в июне, когда на полях появятся всходы, а пока крыло уже прошло незапланированный тест-драйв: упало с высоты (такое случается), а электроника и конструкция уцелели.
– Одна из наших задач – создать в России конкурентный рынок беспилотников, это снизит цены, – говорит доцент ГУАПа Антон Савельев. – Сейчас на российском рынке есть некоторая монополия: если не считать военных производств, то хорошими беспилотниками занимается только одна крупная компания, поэтому цены высокие.
«Демократичные» беспилотники вузу нужны и для собственных научных нужд. Например, для отработки технологий роевого управления. Возможно, вы видели кадры с захватывающими дух «танцами» квадрокоптеров в воздухе на каких-нибудь шоу.
ФОТО АВТОРА
– Но это просто красивый полет по заранее написанной программе, – комментирует Савельев. – А мы говорим о динамическом роевом управлении. Это сложнее. Группа беспилотников должна в процессе полета адаптироваться к различным условиям – ветру, погоде, особенностям окружающей среды, к высоте. При этом обмениваться информацией, сохранять строй, реконфигурировать его в зависимости от ситуации, чтобы выполнить миссию.
Миссией может быть что угодно: оценка ситуации при наводнениях или лесных пожарах, поиск пропавших, отслеживание аварий на линиях электропередачи или нефтегазопроводе. «Это мы вам только 5% возможного использования назвали».
Так вот сложность – в том, что эти технологии надо на чем-то пробовать. Хорошие «подопытные» беспилотники – дорогие, к тому же гуаповцы непременно залезут им «в мозги», внедрят свои системы технического зрения и передачи данных, а это автоматически прекращает гарантийное обслуживание такой дорогой штуковины.
– Но вообще-то стратегическая наша задача не только сделать что-то конкретное, а научить студентов в целом проектировать механику конструкции, разрабатывать электротехнику и электронику, программное обеспечение, – резюмирует Антон Савельев. – У студентов много теоретических знаний, нужно комбинировать их с практикой, чтобы выпускник был интересен конечному рынку.
Синий иней лег на провода
– У меня статистика за 2018 год: в России было около 11 тысяч случаев разрывов электропроводов, – говорит аспирант Александр Рысин. – Если случается такая авария, например, в Ямало-Ненецком автономном округе, установить место разрыва сложно. Расстояния большие, приходится подвозить оборудование, а это и время, и деньги, и людские ресурсы. Правда, сейчас для поисков используют коптеры, но они могут только установить место разрыва, не починить.
Александр создал прототип робота, который должен не допустить самой аварии. С виду не очень большая, размером с обувную, «коробочка». Водружается на провод и медленно по нему едет. Параллельно снимает на камеру сам провод, а датчик считывает информацию о напряжении. Заодно робот счищает с провода лед – самую частую причину разрыва. Помимо информации о состоянии провода датчик собирает сведения об окружающей среде: температура, влажность и т. д., отправляет на сервер, там их обрабатывают, чтобы понять, нужно ли этому участку кабеля дополнительное обслуживание.
Технология называется «Робототехническая система для диагностики и ремонта воздушных линий электропередачи», она актуальна для северных регионов: природные условия сложные, местность труднодоступная, квадрокоптеры долго не летают. И пока человечество не придумало никакого впечатляющего решения. Все «вручную». На Аляске создали прототип робота, но он очень тяжелый и не умеет счищать лед, говорит Александр Рысин. В Скандинавии все тоже на стадии прототипов.
Разработка Рысина устойчива к ветру, с провода не рухнет. Надо теперь подобрать материал, чтобы аппарат выдерживал северные температуры. И когда начнут испытания на высоковольтном напряжении, нужно будет учесть электромагнитные помехи:
– Замечали, наверное: иногда на мобильнике плохо связь ловится. Возможно, потому что рядом высоковольтные провода. В нашем случае такой эффект тоже может повлиять, это надо проработать.
Неудобно то, что устанавливать прибор на провода нужно вручную. Но хорошо уже то, что каждые 250 метров проводов между столбами не человеку придется обследовать. О стоимости робота говорить сложно. «Вот сколько стоила бы каждая авария? Сколько аварий робот предотвратил, столько он и сэкономил».
Мы с вами где-то встречались
Студенты Максим Савинов и Артем Дранощук создают систему трекинга (то есть отслеживания) людей в помещениях. Звучит страшновато, «Большой брат» и все такое – на самом деле вот один из примеров возможного бытового применения технологии.
Крупное учреждение, много сотрудников; вдруг случилась пожарная тревога – и все не мечутся, а получают на смартфоны указания, куда идти к выходу. Указания индивидуальные и конкретные, в зависимости от того, где человек находится. Потому что система знает каждого в лицо и может понять, кто где находится.
Такую систему можно применить в школе или вузе: больше не понадобится магнитных карточек-проходок. В детские садики, как известно, чужаки проникали, несмотря на охранников – с такой технологией чужой не сможет оставаться на территории незамеченным.
Мы так избалованы фантастикой, что кажется, будто технология не так и сложна. Максим Савинов переубеждает:
– Например, мы с вами разговариваем, и если я повернусь или между нами кто-то пройдет и вы на полсекунды потеряете меня из вида, то потом я для вас все равно – тот же самый человек. Искусственному интеллекту сложнее. Вот система идентифицировала человека, но если он хоть немного изменится, для нее он станет объектом, который снова надо распознавать.
А люди «переменчивы»: человек взял что-то в руки – и для системы это уже другой объект. Зашел в тень – и вот он уже не в ярко-красной куртке, а в какой-то бордовой, и надо заново «опознавать». Артем Дранощук приводит аналогию. Археологи откопали древнюю табличку с текстом на неизвестном языке; с языком разобрались, а потом на других раскопках опять нашли артефакт с вроде бы похожими письменами – но тот ли это язык?
В нашем случае понять нужно не «про текст», а «про человека». Это называется «повторная идентификация личности», ReID. И поскольку даже в маленьком помещении работает не одна камера, а несколько, они должны «сообща» понимать, что смотрят на один и тот же объект, просто с разных ракурсов.
– У нас задача была не сделать какую-то лучшую в мире систему, – комментирует Артем. – Это невозможно: регулярно появляются новые нейросети, совершеннее предыдущих. Задача – создать платформу, на которой можно менять модули, когда будут появляться более совершенные, и чтобы они все слаженно работали. Например, можно варьировать: для кого-то принципиально важна точность идентификации, но в этом случае система работает несколько медленнее. Для других, наоборот, важнее быстрота. Вот мы хотим создать решение, которое можно приспособить под разные задачи.
Нынешняя система состоит из десяти модулей, ее можно развернуть хоть в небольшом помещении, хоть в здании. Говорят, зарплату одного охранника она отобьет месяца за три. И ей не нужно платить за ночные смены.
...Вуз, основанный в 1941 году как авиационный, а в 1992-м официально ставший аэрокосмическим, теперь, как говорит его ректор Юлия Антохина, решился на полную трансформацию. В пересборке образовательных процессов участвуют работодатели, сам вуз создает методики обучения новым профессиям для международного движения FutureSkills (часть WorldSkills): «Корпоративная защита от внутренних угроз информационной безопасности», «Радиотехника 5G и последующих поколений». Приоритеты – искусственный интеллект, облачные технологии, большие данные, Интернет вещей, робототехника, беспилотные летательные аппараты. Рассуждают так: далеко не каждая «земная технология» найдет применение в космосе, но то, что сделано для космоса, уж точно пригодится на Земле.
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 82 (6920) от 11.05.2021 под заголовком «Поставить на крыло».
Комментарии