Koncepcja nawigacji wizualnej dla małych bezzałogowych statków powietrznych opracowana przez zespół z Wojskowej Akademii Technicznej i RCI Bydgoszcz oceniona została jako najlepsze rozwiązanie podczas NATO TIDE Hackathon 2023 – największego konkursu projektowo-programistycznego NATO. Drużyna Coddiers z WAT i RCI Bydgoszcz zwyciężyła zresztą nie tylko w tym zadaniu, ale i wygrała całe międzynarodowe zmagania. Nagrodzony pomysł będzie można zobaczyć już we wrześniu podczas MSPO 2024 w Kielcach.
Z członkami Coddiers: ppor. mgr. inż. Patrykiem Serafinem i ppor. mgr. inż. Norbertem Waszkowiakiem z Wydziału Cybernetyki Wojskowej Akademii Technicznej, rozmawia Dominika Naruszko.
Dominika Naruszko: Zacznijmy od tego, dlaczego Wasze rozwiązanie jest tak wyjątkowe i potrzebne?
ppor. mgr inż. Patryk Serafin: Nasz pomysł rozwiązuje bardzo aktualny problem dotyczący utraty dronów w strefie działań wojennych, gdzie używane są środki walki elektronicznej. To właśnie tam działanie dronów jest stale zakłócane, co sprawia, że kontrola i odzyskiwanie małych UAV jest obecnie praktycznie niemożliwe.
W momencie gdy siły przeciwnika zauważą małe bezzałogowe statki powietrzne wysyłane na misję, kierują w stronę takiego BSP wiązkę zakłócającą, przez co dron nie jest w stanie otrzymywać żadnych informacji z zewnątrz, zarówno ze strony połączenia GPS, jak i sygnału od operatora. To skutkuje natychmiastowym lądowaniem drona – tak jest skonstruowany autopilot w tych bezzałogowych statkach powietrznych. W takim przypadku UAV najczęściej lądują w strefie przeciwnika lub w miejscu, gdzie ulegają zniszczeniu – m.in. w rzekach czy na drzewach. Nasze rozwiązanie zabezpiecza drony przed taką sytuacją.
Jak działa Wasze rozwiązanie?
ppor. mgr inż. Norbert Waszkowiak: Opracowane przez nas rozwiązanie polega na wykorzystaniu wbudowanych w drona kamery i czujników takich jak: żyroskop, akcelerometr, magnetometr, których siły przeciwnika nie są w stanie zakłócić. Przy użyciu tych elementów nasz algorytm w czasie rzeczywistym – wykorzystując obraz z kamery – wyszukuje punkty charakterystyczne terenu. Następnie na ich podstawie oblicza wektor przesunięcia BSP względem poprzedniego położenia. Korzystając z obliczonego wektora i kompasu wbudowanego w drona, jesteśmy w stanie oszacować aktualne współrzędne UAV, a następnie wysłać je do autopilota. Wszystkie te działania wykonuje się na komputerze pokładowym wbudowanym w bezzałogowy statek powietrzny.
Takie rozwiązanie naśladuje działanie GPS‑u, dzięki czemu dron cały czas „myśli”, że posiada połączenie i jest w stanie kontynuować lot. W zależności od skonfigurowania misji dron jest w stanie wykonać zadanie i powrócić do wyznaczonego wcześniej miejsca lub natychmiastowo przerwać działania i rozpocząć powrót do strefy bezpiecznej. Jeżeli dron opuści obszar zakłócania, to odzyska pełną funkcjonalność i będzie w stanie w pełni skorygować swoje położenie, a następnie bezpiecznie powrócić.
Dzięki naszemu algorytmowi jedyną możliwością, aby przechwycić drona, jest jego zestrzelenie, a co za tym idzie, poważne uszkodzenie bądź nawet kompletne zniszczenie. Oznacza to, że siły przeciwnika w takim przypadku nie będą w stanie przejąć drona i wykorzystać go do własnych celów.
ppor. mgr inż. Patryk Serafin: Obecnie, aby wykorzystać nasz algorytm, wymagany jest m.in. lot na możliwie stałej wysokości i prędkości na potrzeby kalibracji algorytmu. Dodatkowo musimy być w stanie przez parę minut wykonywać misję w strefie bez zakłóceń. Po spełnieniu tych warunków algorytm będzie w stanie poprawnie wykonywać obliczenia i wesprzeć drona w wykonywaniu misji. Nie jest to dla nas szczególnie trudne, gdyż dron podczas lotu zachowuje stosunkowo stałą prędkość i wielokrotne testy już potwierdziły poprawne działanie naszego rozwiązania. Oczywiście chcemy wprowadzić jeszcze szereg usprawnień i to jest naszym celem na najbliższy czas.
Czym Wasze rozwiązanie różni się od innych tego typu?
ppor. mgr inż. Patryk Serafin: Nasze rozwiązanie wyróżnia się od innych obecnie dostępnych na rynku tym, że pozwala na wykonanie lotów w strefach, w których dron nigdy wcześniej nie latał. Nasz algorytm wykorzystuje obliczenia czasu rzeczywistego i nie bazuje na żadnej wcześniej wgranej mapie, dzięki czemu nie są w stanie zakłócić go ani zmiany terenu, ani urządzenia wykorzystywane podczas walki elektronicznej.
Sam algorytm sprawia, że dron staje się w pełni autonomicznym elementem, któremu operator musi tylko wgrać misję i jej warunki jeszcze przed startem, w postaci np. współrzędnych geograficznych, które dron ma w trakcie lotu osiągnąć. Od momentu wystartowania dron jest w stanie sam w pełni podejmować decyzje niezbędne do wykonania zadania i bezpiecznego opuszczenia strefy zakłócania.
Kto i gdzie może zastosować opracowane przez Was rozwiązanie?
ppor. mgr inż. Norbert Waszkowiak: Rozwiązanie to może zostać zastosowane w każdym małym bezzałogowym statku powietrznym, który bazuje na rozwiązaniach otwartoźródłowych. To znaczy, że jeżeli tylko mamy możliwość wgrywać nowe oprogramowanie na drona i jesteśmy w stanie modyfikować jego architekturę, to jesteśmy także w stanie zabezpieczyć go przed skutkami utraty połączenia z operatorem i połączeniem GPS jednocześnie.
Taki sposób zabezpieczenia może być wykorzystywany zarówno w rozwiązaniach wojskowych, jak i cywilnych, gdzie wykonujemy loty zagrożone utratą połączenia, czyli na przykład loty w trudnych warunkach terenowych. Dodatkowo może zostać wykorzystany wszędzie tam, gdzie najważniejsze dla nas jest, aby dron nie uległ zniszczeniu i przy okazji nie uszkodził infrastruktury. Sprawdzi się to zatem świetnie zarówno w przypadku lotów ratunkowych, w górach, w budynkach, przy wieżowcach czy nad polami. Innym bardzo dobrym zastosowaniem jest wykorzystanie przy transporcie medycznym, gdzie drony transportują organy, a przy tym ważne jest, aby dron bezpiecznie wykonał przelot i abyśmy nie uszkodzili ładunku.
Warto zaznaczyć, że to rozwiązanie jest przeznaczone dla komercyjnych małych bezzałogowych statków powietrznych, które nie posiadają wojskowych rozwiązań zabezpieczenia przed zakłóceniami.
Na jakim etapie jest Wasze rozwiązanie i jakie macie plany na rozwój?
ppor. mgr inż. Patryk Serafin: Aktualnie rozwiązanie jest w pełni funkcjonalne, pozwala na wykonanie prostych lotów oraz umożliwia dronowi bezpieczne wylądowanie. Jako zespół widzimy jednak jeszcze wiele możliwości dopracowania obecnej wersji algorytmu, co nie tylko zwiększy jego niezawodność, ale i pozwoli urozmaicić sposób wykorzystania.
Dodatkowo mamy pomysły na to, jak można zniwelować aktualne warunki, które należy spełnić, aby móc wykorzystać nasze rozwiązanie. Przy dalszej pracy chcielibyśmy usprawnić i zoptymalizować działanie algorytmu, dzięki czemu działałby jeszcze szybciej i zużywałby jeszcze mniej energii, a dodatkowo dodalibyśmy szereg usprawnień, które pozwalałyby na wykonywanie lotów z wykorzystaniem naszego algorytmu ze zmienną prędkością i wysokością wykonywania lotu.
ppor. mgr inż. Norbert Waszkowiak: Jesteśmy dumni z tego, co już udało nam się osiągnąć, ale nadal nie zwalniamy tempa, z energią pracujemy nad naszym rozwiązaniem i wiemy, jak możemy jeszcze rozwinąć i udoskonalić nasz pomysł. Cieszymy się, że już teraz został on doceniony w tak prestiżowym wydarzeniu jak NATO TIDE Hackathon. Dużym wyróżnieniem jest też możliwość zaprezentowania rozwiązania podczas Międzynarodowego Salonu Przemysłu Obronnego w Kielcach. Jesteśmy pewni, że nasze pomysły i praca przyniosą jeszcze więcej efektów.
***
Opracowane rozwiązanie zaprezentujemy w dniach 3 – 6 września 2024 r. w Kielcach podczas Międzynarodowego Salonu Przemysłu Obronnego.
Koniecznie odwiedźcie stoisko WAT, aby poznać innowacyjne pomysły naszych naukowców. To także doskonała okazja, aby porozmawiać z twórcami i zobaczyć na własne oczy, jak działają najnowsze technologie z Wojskowej Akademii Technicznej.
Dominika Naruszko
fot. Katarzyna Puciłowska
W przypadku zainteresowania rozwiązaniem zapraszamy do kontaktu bezpośredniego z Centrum Transferu Technologii WAT:
dr inż. Bogusława Gradzik
starszy specjalista ds. transferu innowacji – broker technologii
Wojskowa Akademia Techniczna
tel. 261 839 088
boguslawa.gradzik@wat.edu.pl
