Дроны научили находить дорогу домой по принципу медоносных пчел
По данным исследования, опубликованного в журнале Nature, международная группа ученых разработала систему навигации для дронов Bee-Nav, вдохновленную тем, как медоносные пчелы возвращаются в улей. Новая технология позволяет небольшим беспилотникам ориентироваться без GPS и сложного оборудования, используя нейросеть объемом всего 42 килобайта — меньше, чем размер обычной фотографии на смартфоне.
Разработкой занимались специалисты Делфтского технологического университета, Вагенингенского университета и Исследовательского центра, а также Ольденбургского университета имени Карла фон Оссицкого.
Почему навигация остается проблемой
Для автономных дронов одна из главных трудностей — ориентация в пространстве. Большинство современных систем требуют либо GPS, либо постоянного построения подробной карты окружающей среды. Все это увеличивает энергопотребление и требует мощных вычислений, что особенно критично для миниатюрных устройств.
Исследователи решили обратиться к природе. Медоносные пчелы способны улетать на большие расстояния по сложным маршрутам, а затем практически напрямую возвращаться к улью. При этом их мозг несопоставимо проще даже самых примитивных компьютерных систем.
Как пчелы помогли инженерам
В основе Bee-Nav лежит принцип, который биологи называют одометрией. Пчела оценивает расстояние и направление движения по изменениям картинки вокруг себя — проще говоря, по тому, как движется окружающий мир во время полета.
Но одной такой оценки недостаточно. Со временем ошибка накапливается, поэтому насекомые дополнительно используют визуальную память. Перед вылетом пчелы запоминают окрестности улья, выполняя характерные круговые облеты.
Инженеры попытались воспроизвести этот механизм. Перед началом маршрута дрон делает серию снимков местности вокруг своей базы и формирует упрощенную визуальную карту. Благодаря этому он способен распознавать знакомую область даже при возвращении под другим углом.
Профессор Guido de Croon из Делфтского технологического университета объясняет:
«Нас поразило то, что медоносные пчелы могут улетать далеко от дома по извилистым тропам, но при этом возвращаться практически по прямой».
По его словам, именно сочетание приблизительного расчета маршрута и зрительной памяти стало ключом к созданию новой системы навигации.
Испытания в ангарах и на улице
Во время тестов технология показала хорошие результаты как в помещениях, так и на открытом воздухе. Исследователи смогли выполнить полет на расстояние около 600 метров, используя крайне компактную нейросеть.
Особенно успешно система работала внутри больших ангаров, где дроны демонстрировали практически идеальную ориентацию. На улице эффективность снизилась примерно до 70%.
Главной проблемой оказался ветер. При порывах дрон наклоняется, из-за чего панорамные изображения смещаются и система начинает хуже распознавать ориентиры.
«Результаты экспериментов очень обнадеживают. Но они также показывают, что наша нынешняя система нуждается в повышении устойчивости к реальным условиям», — отмечают исследователи.
Где это может пригодиться
Авторы считают, что Bee-Nav особенно полезна для работы в теплицах и на промышленных объектах. Легкие дроны размером с насекомое безопаснее для людей и способны перемещаться в тесных пространствах, отслеживая вредителей, болезни растений или технические неисправности.
Кроме прикладной пользы, проект помогает лучше понять и самих пчел. Исследование дает биологам новые данные о том, как насекомые используют визуальное обучение и память для навигации на больших расстояниях.
