Искусственный интеллект и роевой феномен дронов

Алгоритмы одновременного управления сотнями дронов разрабатываются во многих научных лабораториях разных стран. Однако основные принципы родились в результате эволюции птиц и насекомых в природе. 

Когда семейству пчел становится тесно или требуются новые источники пропитания, часть насекомых отправляется на поиски нового места. Вернувшись, они передают информацию, исполняя «Танец виляния» — это особый язык коммуникации, в котором данные между особями передаются за счет интенсивности виляния пчелами своим телом, брюшком. Значение имеют движение насекомого относительно солнца и траектория. После такой передачи информации происходит коллективное принятие решения. 

Другой пример — муравьи. Когда насекомое находит пищу, оно возвращается в гнездо, оставляя за собой феромонный след. Другие муравьи, натыкаясь на оставленный след, идут по нему и усиливают запах. Стайное облако птиц, пульсирующее в небе, — один из самых гипнотизирующих примеров роевого поведения. Тысячи птиц избегают столкновений и перемещаются слаженно, следуя простейшим правилам: двигайся в том же направлении, что и сосед; держись на определенном расстоянии. Все перечисленные и другие примеры помогли ученым использовать такие модели поведения для обучения дронов. Например, наблюдая за пчелами, ученые создали принцип управления «роем» дронов, распределяющий задачи при поисково-спасательных операциях. Ситуация с муравьями помогла в построении принципа оптимизации данных и сетевой маршрутизации, а поведение птиц легло в основу работы дронов, находящихся в «стае» других машин.

Перенести эти биологические принципы в мир кремния и пластика — задача колоссальной сложности. Современный роевой дрон — это своеобразный летающий компьютер с набором критически важных технологий. На сегодняшний день ученые достигли больших результатов. Об этом свидетельствует огромное число видеороликов в интернете. Каждый из разработчиков держит в секрете свои технологии, так как многие готовятся использовать их в военных целях. Но общая концепция более или менее понятна. 

Например, за счет известной гражданской технологии V2V (Vehicle-to-Vehicle) машины способны «общаться» друг с другом в реальном времени, минуя центр управления. Схожие технологии активно используются в автомобилестроении, когда машина, находясь в автопилотируемом режиме, способна оценивать обстановку на дороге во время движения. Однако в передаче информации для роевых дронов используются различные радиоканалы (Wi-Fi, Bluetooth Mesh, специальные протоколы вроде Zigbee). Каждый дрон постоянно передает соседям свои координаты, скорость и намерения. Так формируется распределенная сеть, где потеря связи с одним узлом не обрушивает всю систему.

«Органы чувств» дрона — это сенсоры вместо командира или вожака стаи. Поэтому каждый дрон использует всевозможные бортовые акселерометры, гироскопы, камеры, дальномеры и GPS/ГЛОНАСС-модули. Обрабатывая эти данные локально и обмениваясь ими с соседями, дрон понимает свое положение в пространстве и относительно «стаи». Хороший пример — это проект Aerial Construction от компании ETH Zurich: дроны, оснащенные катушками с веревкой и датчиками натяжения, могут, координируясь, сплетать прочную переправу для человека, имитируя коллективное строительство термитов.

Ключевая задача, над которой работают ученые, — отказ от единого центра управления. Более того, машины способны сами выбирать оптимальные действия. Исследователи из Женевского университета (UNIGE) экспериментируют с системами, где дроны, подобно пчелам, «голосуют» за направление движения, достигая консенсуса без какой-либо главной машины.

Лидерство в данной области оспаривают несколько игроков, и их цели при этом кардинально разные. Американское агентство DARPA интересует военный аспект. Агентство является главным драйвером армейских разработок. Программа OFFensive Swarm-Enabled Tactics (OFFSET), стартовавшая в 2017 году, нацелена на создание «роев» из более чем 250 воздушных и наземных роботов для операций в городской среде, где они должны «подавлять противника массой, выполняя разведку и нанося точечные удары». Еще одна программа — Gremlins — отрабатывает концепцию «роя» дронов, запускаемых с самолета на дальних подступах к цели и подхватываемых им после миссии.

Китай демонстрирует беспрецедентные успехи в организации массовых световых шоу, в которых используются тысячи дронов, и активно развивает гражданские и военные области их применения. Китайские компании и институты делают ставку на подавляющее количественное и организационное преимущество будущих «роев». В швейцарских лабораториях ETH Zurich и EPFL задают тон в исследованиях по кооперативному строительству и точному манипулированию. Другие европейские проекты в рамках программы Horizon 2020 (Europe) часто ориентированы на поисково-спасательные и экологические миссии, делая акцент на этике и безопасности.

Российские разработки, такие как демонстрация роевого применения барражирующих боеприпасов «Ланцет» на Форуме «Армия-2021», показывают курс на создание дешевых роевых систем, подавляющих ПВО. Фонд перспективных исследований и Корпорация «Ростех» неоднократно публично заявляли о работе в этом направлении.

Роевой интеллект — это не просто «много роботов». Это принципиально новая парадигма взаимодействия машин, стирающая грань между живой природой и технологией. Мир уже перешел от создания сложных одиночных машин к выращиванию простых, но невероятно эффективных коллективных организмов из кремния и стали.

Новые технологии обещают спасать жизни, выращивать хлеб и даже строить города. Но они же несут в себе семена угрозы, способной изменить характер войны и тотально перекроить понятие приватности. Впрочем, это происходит в случае любого великого открытия: от атомной энергии до генной инженерии.