شکسته شدن رکورد سرعت عبور خودکار از موانع توسط پهپاد در MIT

یک فرد چگونه باید برای یک هواپیمای بدون سرنشین برنامه بنوسید تا خود‌به‌خود و بدون برخورد با موانع بتواند در دنیای واقعی به‌ پرواز درآید؟ حل کردن این مشکل سخت است و اگر مسئله‌ی افزایش سرعت و ارتفاع هم به‌ میان بیاید، از این سخت‌تر می‌شود. با این حال مقالات مهمی‌ از مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست (MIT) درمورد این مشکل وجود دارد.

افراد فعال در آزمایشگاه هوش مصنوعی و علوم کامپیوتر (CSAIL) مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست، تمامی مهارت‌های خود را به‌ کار بستند تا برای حل این مشکل کاری صورت دهند. چیزی که آن‌ها پس از بررسی‌های خود بدان دست یافتند کاملا هوشمندانه بود: آن‌ها باید با آغوش باز از عدم قطعیت استقبال کنند.

فرض کنید ما بخواهیم رباتی بسازیم که بتواند سوئیچ خودرو را وارد محل مورد نظر کند و استارت بزند تا موتور روشن شود و این کار در مدت‌زمانی برابر با انسان انجام دهد؛ مثلا ۱۰ ثانیه. مسلم است که ساختن چنین رباتی کار چندان آسانی نیست؛ ولی همه‌ی ما قبول داریم که این کار شدنی است. اگر اطلاعاتی هماهنگ و دقیق در مورد سوئیچ خودرو داشته باشیم و آن را با بازوی ربات مطابقت دهیم، می‌توانیم این کار را با دقت ۱۰۰ درصدی انجام دهیم. اما مسئله اینجا است که اگر ما رباتی بخواهیم که با هر خودرویی سازگار باشد، باید چکار کنیم؟

محل قرارگیری سوئیچ خودرو معمولا برای مدل‌های مختلف کمی متفاوت است. همین تفاوت در مورد سیستم هماهنگ‌کننده‌ی پروازی هواپیمای بدون سرنشین هم وجود دارد و ما باید برای دنیای واقعی هم آن را در نظر بگیریم. اگر تنها بحث حل کردن مسئله مطرح بود، می‌شد با کند کردن روند کاری، این موضوع را تاحدودی حل کرد؛ ولی اینکه بتوانیم این روند را تنها در عرض ۱۰ ثانیه (مانند انسان) جلو ببریم، بسیار سخت و شاید غیرممکن است. در مواقعی، مقدار اطلاعات محیطی و محاسباتی به‌حدی گسترده می‌شود که انجام این کار از نظر دیجیتال، بسیار سنگین و سخت جلوه می‌کند.

این مشکل شبیه‌ به مسیریابی خودکار است. محیط در مسیریابی همیشه درحال تغییر است؛ بنابراین باید حسگرهایی وجود داشته باشند که مدام وضعیت پهپاد و محیط اطراف آن را فورا رصد و بررسی کنند. اگر موانع سر راه آن زیاد شوند، مشکل دیگری در زمینه‌ی توانایی‌های محاسباتی به‌ وجود می‌آید؛ چرا که حجم اطلاعاتی که باید محاسبه شوند، بسیار زیاد از حد می‌شود. تنها راه‌ حل برای مشکل این است که سرعت پهپاد کاهش پیدا کند. نانومپ یا نقشه‌‌ی نانو روش جدیدی‌ از مدل‌سازی است که محدودیت‌های سرعت مصنوعی را از بین می‌برد و دارای سیستم نقشه‌خوانی محیطی هوایی است.

تمامی پهپادها دارای محدودیت سرعت خاصی هستند که وابسته‌ به مقدار موانع سر راه آن‌ها است. اگر سرعت پهپاد بسیار بالا باشد یا موانع سر راه آن بسیار زیاد باشند، ردیابی همه‌ی این موانع برای پهپاد غیر ممکن می‌شود و زمانی‌که پهپاد از پس این کار برنیاید، احتمال برخورد به‌ وجود می‌آید. اگر شرایط به‌گونه‌ای باشد که نتوان مقدار موانع را کاهش داد، باید سرعت پهپاد را کاهش دهیم تا فرصت مناسب برای انجام محاسبات را در اختیار داشته باشد.

ایده CSAIL این است که پهپاد نباید سعی کند تمامی موانع را ردیابی کند. گروه فعال در آزمایشگاه این حقیقت را قبول دارند که پهپاد به‌طور دقیق نمی‌داند در چه محلی قرار دارد؛ و اینکه برای برهه‌ای از زمان، موقعیتی از عدم قطعیت وجود دارد. نانومپ از این عدم‌ قطعیت استفاده می‌کند و سعی می‌کند تا آنجایی‌ که می‌تواند آن را کاهش دهد و در سطح پایینی نگاهش دارد. این کار به پهپاد اجازه می‌دهد در محیط پر از موانع هم با سرعتی بالا پرواز کند و احتمال برخورد را بسیار پایین می‌آورد.

نانومپ از حسگرهای عمقی که بخش جلو را رصد می‌کنند، استفاده می‌کند. این حسگرها با کمک یکدیگر محیط را سریعا شناسایی می‌کنند و یک ساختار داده‌ای سه‌بعدی از محل ایجاد می‌کنند. نانومپ در ادامه از یک الگوریتم برای جست‌وجو و بررسی این ساختار سه‌بعدی استفاده می‌کند و اطلاعات قبلی‌ از منظره‌‌ و دید پهپاد را جست‌وجو می‌کند تا مشابه منظره‌ی فعلی آن باشد. نانومپ اساسا تنها اطلاعات کافی را جمع‌آوری می‌کند تا بداند که پهپاد در کدام ناحیه‌ی مشخص است. سپس مسیر پرواز آن را بر اساس این اطلاعات برنامه‌ریزی می‌کند و مثل بقیه مدل‌ها سعی نمی‌کند که جهت و موقعیت دقیق پهپاد را محاسبه کند. نانومپ تنها داده‌هایی را جمع‌آوری می‌کند که از برخورد جلوگیری می‌کنند و این اطلاعات ارتباطی‌ با موقعیت دقیق پهپاد ندارند. گروه آزمایشگاه CSAIL، این ایده را حالت عدم‌ قطعیت یا عدم اطمینان نامیدند.

برای اینکه از تمامی جزئیات آگاه شوید، بهتر است سراغ مقاله‌ی علمی کامل بروید و البته پیشنهاد می‌کنیم این کار را در اوقات فراغت خود انجام دهید. درک کامل موضوع کمی سخت است؛ ولی اگر موفق به درک کامل آن شدید، یک هکر یا سازنده‌ی مصمم می‌تواند این ایده را امتحان کند. کار باور نکردنی تیم تحقیقاتی، به‌صورت متن‌ باز است. اگر قصد داشتید در پروژه‌ی خودکار بعدی خود از این فناوری مهیج و جدید استفاده کنید، ما را باخبر سازید.