Развитию беспилотников мешает человеческий фактор. Интервью с преподавателем РосНОУ Ильей Таратоновым

Какие научные и технические задачи необходимо решить для широкого внедрения гражданских беспилотников в России? Почему человеческий фактор остается главным сдерживающим элементом на пути развития таких систем? Может ли Россия вернуть лидерство в отрасли беспилотных систем? Об этом ― в интервью с Ильей Александровичем Таратоновым.

― Широкое внедрение беспилотников в гражданский сектор ― одна из ключевых задач, для решения которой запущен отдельный нацпроект по их проектированию и подготовке специалистов. Каков сегодня основной вопрос развития беспилотных систем: совершенствование аппаратов, управляемых оператором, или создание полностью автоматизированных систем?

― Ответ очевиден ― это развитие полностью автономных систем. Всю рутинную работу, которую сегодня выполняет человек, должны взять на себя роботы, неважно, летающие, ездящие, шагающие или плавающие. Для этого необходимо совершенствовать различные системы, установленные в дроны: управление, программное обеспечение, связь, системы безопасности.

― От каких отраслей вы видите сейчас наибольший запрос?

― В первую очередь это сельское хозяйство. Второе ― мониторинг и обеспечение безопасности. Третье ― наблюдение за инженерными сооружениями с помощью различных камер, например мультиспектральных или тепловизионных, которые по косвенным признакам позволяют оценить состояние того или иного объекта. Во внедрении беспилотников также заинтересованы археология и геодезия.

Запрос уже есть, он достаточно крупный, и на него нужно реагировать. При этом сегодня разработано множество различных беспилотников, но нет универсального, который подошел бы всем.

― А что насчет универсальной платформы для создания беспилотников, которую можно адаптировать под необходимые задачи?

― Более или менее универсальные платформы есть, например беспилотник «гекса-кран». Существуют единые структура и схема того, как должен изготавливаться беспилотник, методы его расчета и проектирования. Затем идут установка и настройка «мозгов», а затем адаптация под конкретную задачу.

Фактически у любого беспилотника только одна цель — быть автономным носителем чего-либо, при этом дружелюбным к пользователю. В идеале человек должен просто нажать две кнопки, а аппарат защитит его от ошибок и поймет, что требуется. А требуется обычно одно и то же: прилететь из точки А в точку Б по заданному маршруту, выполнив в промежутке те или иные процессы и одновременно обеспечив безопасность. Чтобы выполнить эту задачу, нужно развивать различные технические системы. И в то же время необходимо соответствующее законодательство, которое позволит легально развивать такие системы в нужном направлении.

― Пока в России о широком применении гражданских беспилотников говорят в будущем времени. Где-то уже говорят в настоящем?

― На самом деле их достаточно активно применяют и в России, вопрос только в задачах, которые они выполняют. Например, раньше картографией занималась авиация: люди с фотоаппаратами летали на вертолетах и самолетах и снимали Землю. Сегодня эту нишу полностью заняли беспилотники, и заказчики могут быстро получить фото тех или иных объектов. В этом заинтересованы, например, лесные хозяйства и водоохранные организации. Более того, дронами планируют оснастить и каботажные суда, чтобы в то время, пока они идут по маршруту, вокруг летали беспилотники и искали с высоты биоресурсы. Такой запрос уже есть.

Активно используются и сельскохозяйственные дроны, мы тоже занимались подобным проектом, уничтожая борщевик. В работе мы сравнивали эффективность беспилотника, автомобиля и людей, которые вручную распыляют гербициды. Люди обрабатывали сорняки стихийно, пропуская отдельные кусты и участки. Это можно понять: когда за спиной груз весом 36 кг, очень быстро не остается сил следить за качеством. Не говоря о том, что на полях могут быть заброшенные скотомогильники, куда человек может провалиться и получить травмы. Вторым участником испытаний была «буханка» с установленным распылителем ― у нее оказался огромный расход гербицидов, а кроме того, машина не может заехать глубоко в поле. А если заедет, то может не выехать ― такая ситуация у нас и произошла после дождя. В результате мы посмотрели фото с высоты и сравнили работу. Четко видно, где работали люди, ― там борщевик погиб фрагментарно. Видно, где не смогла проехать машина. А в полях, над которыми работал беспилотник, осталась только ровная выжженная земля. То есть эффективность оказалась колоссальная.

Но надо упомянуть людей, ответственных за эксплуатацию беспилотников. Мы организовали процесс, настроили дрон, протестировали все системы и передали аппарат пилотам. Изначально беспилотник воспринимали как игрушку. С этим удалось справиться, искусственно занизив характеристики на программном уровне и ограничив его возможности. Вторая проблема ― небрежное отношение к технике, сравнимое с обращением  с лопатой, когда во время дождя беспилотник просто бросали в машину, не думая о сохранности лопастей, антенн и других хрупких элементов. Пришлось добавлять специальные защитные выступы, крепления для лопастей и разрабатывать отдельные детали таким образом, чтобы их ремонт стоил дешевле. То есть, говоря о внедрении беспилотников, сегодня необходимо учитывать человеческий фактор.

― То есть к внедрению таких систем пока не готово само общество?

― К сожалению, обществу еще далеко до принятия таких систем. Именно человеческий фактор остается сильнейшим сдерживающим элементом на пути к их применению. 

― На каком уровне проявляется этот человеческий фактор? Кто сдерживает развитие: проектировщики и инженеры, лица, принимающие решения, или непосредственно эксплуатанты?

― Ужасно признавать, но на всех без исключения уровнях. Это и колоссальное сопротивление структур, которые должны заниматься внедрением, и огромное недоверие со стороны чиновников, принимающих решения, и постоянные отказы тех, кто мог бы пользоваться такими системами. Обычно приходится сталкиваться со следующим мнением: «Беспилотник стоит много денег, лучше я найму трактор. Я хотя бы наверняка знаю, что он может». И такая позиция встречается очень часто.

Но можно привести и положительные примеры. Среди наших партнеров есть организации, которые по контракту занимаются внесением удобрений или гербицидов на поля. Совместно с одной из таких компаний мы сейчас разрабатываем новый аппарат. Эта компания отправляет на огромное поле буквально двух операторов с дронами, которые справляются с задачей. Организация понимает, что это раза в три эффективнее, чем ездить по полю на тракторе. При этом с беспилотниками могут работать те же люди, которые сидят в тракторах: их нужно только немного обучить, объяснить особенности и нюансы, повысить культуру эксплуатации техники. Поэтому одними из основных задач на пути внедрения беспилотников остаются работа с людьми и образование.

― Сегодня очень популярны курьерские доставки. Наши научные и технические возможности позволяют сегодня создать такие беспилотные воздушные системы?

― Это абсолютно реально, и более того: мы уже сделали и испытали такой дрон. Мы доставили продукты от магазина «Пятерочка» в Твери в отдаленную деревню в области. Конечно, это был лишь демонстрационный проект, который показал, что воздушные роботы-доставщики возможны.

Но есть проблема, связанная с безопасностью: современные дроны все еще опасны для прямого применения и не соответствуют законодательным требованиям к безопасности. Решить эту проблему можно, только нарабатывая опыт. И мы можем стать первыми, несмотря на то что в Китае уже проводят такую работу. Причем решается все относительно просто, это не уровень полета в космос.

Нужно взять какой-либо регион, выбрать там небольшую территорию (например, воздушный коридор между двумя деревнями, разделенными рекой), определить критерии безопасности и начать доставлять грузы. И уже в процессе работы фиксировать возникающие проблемы, корректировать их и получать опыт. Причем это будет наш собственный опыт, а не заимствованный из других стран. Беспилотные системы воздушной доставки гарантированно появятся через десять лет. Сегодня у нас есть возможность стать первыми в этом направлении, но есть и риск упустить ее и оказаться догоняющими.

Только опираясь на полученный опыт, необходимо формировать требования безопасности, которые в первую очередь касаются отказоустойчивости. Допустим, у разработчика нет возможности установить двойное резервирование автопилота, потому что это долго и дорого. Но можно поставить отдельную систему с парашютом, который срабатывает при отказе двигателей. На случай отказа парашюта можно предусмотреть вторую систему безопасности, третью — и так снизить вероятность аварии до 10^-9, используя только системы на борту. И постепенно интегрировать все более сложные структуры.

― Чтобы активно применять воздушные беспилотники в городах, необходимо адаптировать существующую инфраструктуру и создавать новую. Насколько это сложно?

― Это вполне реально и абсолютно точно стоит необходимых затрат. Но самое главное в процессе широкого внедрения беспилотников ― это создание инженерного ядра. То есть первые шаги и фундамент, на котором потом будет строиться вся система, должны делать специалисты в области беспилотных систем. Например, мы с командой разработчиков можем 100 из 100 раз безопасно пролететь по маршруту в городе. У нас есть опыт, мы знаем, что делать в случае отказов, заранее можем поставить дополнительные системы связи и навигации. Да, поначалу это дорого, но такой опыт впоследствии ляжет в основу законодательной базы и правил, которые вполне могут отличаться от мировых, причем в лучшую сторону.

У нас есть богатый опыт в области авиации и ракетостроения. Сегодня надо активно нарабатывать его и в области беспилотников. 

― Что касается науки: какими компетенциями в области беспилотников владеет Россия и какие задачи еще предстоит решить?  

― Это очень больной вопрос. В 2013 г. Россия могла стать лидирующей страной в области беспилотных технологий, но в них никто не верил. Дроны с камерами называли несерьезным изобретением, а ученые говорили, что дрон физически не способен поднять больше 100 кг…

Сегодня у нас остался очень крепкий фундаментальный задел в области материалов, аэродинамики, математики, в том числе это информационные системы, системы фильтрации и обработки данных. То есть научная основа в России очень сильная, но, как правило, ее используют за рубежом ― множество изложенных у нас идей и концепций применили в других странах и признают их чуть ли не лучшими решениями.

Задача российских инженеров и ученых сегодня ― создать не красивый коммерческий дрон, а платформу, на которой будут собраны современные отечественные решения в области навигации, управления и т.д. И надо понять, какие российские компании способны выпускать те или иные системы. Мы должны летать на своих комплектующих и развивать собственные компетенции в области создания рам, изготовления пропеллеров и двигателей. 

― Возьмем вашу разработку беспилотника «Кран»: насколько велика в ней доля отечественных компонентов?

― Все, что выглядит красиво, мы купили. Все, что выглядит «страшно», ― наше. Но оценить в процентах количество отечественных и импортных критических компонентов сложно, потому что все очень тесно взаимосвязано.

Например, мы используем импортные процессоры, хотя подложки ― отечественные. Мы пытаемся интегрировать российские процессоры, но пока с их внедрением есть сложности, не технические, а скорее организационные. Мы встречаемся с организациями, которые выпускают отечественные компоненты, консультируемся с ними, объясняем, что нам необходимо, и понемногу заменяем отдельные детали. Если есть что-то российское, его надо использовать, несмотря на то что отдельные компоненты могут подходить не для всех задач. В таких ситуациях мы ищем возможные области применения и внедряем их там, где они будут наиболее эффективны.

В последнее время мы наладили контакты с небольшим российским производителем, который выпускает двигатели. Они в пять раз дороже, чем комплект винтомоторной группы импортного производства, но для меня важно иметь лояльного разработчика. Мне нужны его компетенции, и, когда встанет вопрос о создании двигателей с новыми характеристиками, буду знать, к кому обратиться, вместо того чтобы ждать, пока мне что-то предложит зарубежный рынок. Именно так можно опережать иностранных производителей.

― Говоря о двигателях для беспилотников: за какими установками будущее ― электрическими, внутреннего сгорания или гибридами?

― Я могу быть субъективен, но считаю, что будущее в первую очередь за электрическими двигателями и, возможно, за гибридными. Сегодня есть интересные гибридные решения, но они пока несовершенны. Это, кстати, еще одно направление, где Россия может стать лидером.

Гибридные технологии выглядят перспективно, но двигатель внутреннего сгорания достаточно капризен, его надо прогревать, обслуживать, он может заглохнуть… В случае с электрическими двигателями таких проблем нет. Бывает, что заказчики приходят и просят заменить ДВС на электрические установки после того, как появляются новые, более эффективные аккумуляторы, ― в итоге их проще и быстрее обслуживать, а время полета остается прежним. Конечно, пока не стоит полностью списывать ДВС со счетов, такие двигатели просто предназначены для других задач. Но в будущем они точно не будут востребованы.

― А что касается технического зрения? Если говорить об автоматизированных беспилотных комплексах, оно необходимо. Какие системы нужны для гражданских беспилотников: достаточно ли камер, как в «Тесле», или нужны более сложные структуры?

― Чем больше датчиков, основанных на разных физических принципах, установлено на дроне, тем лучше. Путь, по которому движется «Тесла», тут не подходит: есть видео, где перед электромобилем поставили плакат с нарисованной дорогой, ― он на полной скорости въехал в него. Если бы были установлены лидары или радары, такого бы не произошло. Поэтому в беспилотных системах надо совмещать подходы ― видеоаналитику, лидары, радары, ― которые можно использовать как датчики высоты.

Мы разработали систему комплексной навигации. Это не просто набор датчиков и приборов, а математический фильтр, который собирает все навигационные данные, строит на их основании математическую модель, учитывает прошлые ошибки, анализирует нынешнее состояние и прогнозирует движение. Именно на таких принципах должны быть построены современные навигационные системы.

Есть такое понятие, как схема тела. Это модель тела, сконструированная мозгом человека. В мозге обрабатываются данные, анализируется позиционирование всех частей тела, рассчитываются траектории. Мы просто не замечаем этих процессов. Точно так же должна быть устроена система навигации робота ― он должен не передвигаться по линейным законам, а постоянно находиться в виртуальном мире. А различные сенсоры и датчики лишь передают ему информацию об этом мире.

Все это фундаментальная математика, которая очень хорошо развита в России. У нас есть потрясающие инженеры, которые могут воплотить такие решения. Но, к сожалению, мы распыляем исследования в самых разных направлениях. Стоит аккумулировать знания в интересах конкретных областей.

― Как вы считаете, нам доведется полетать на беспилотном аэротакси? Станут ли такие системы массовыми и доступными в относительно ближайшем будущем?

― Насколько дорогими будут такие полеты, пока оценивать сложно, но через пару лет человек вполне сможет прийти в поле, сесть в электрический коптер и полететь. Однако возможность таких полетов сегодня в основном ограничивается законодательством. 

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ