Новый подход к управлению инсекто-подобными летающими роботами позволяет им быстрее и смелее маневрировать в полете, приближаясь к движениям настоящих насекомых. Исследователи MIT разработали двухступенчатую систему контроля на базе искусственного интеллекта, которая поддерживает как точность, так и вычислительную эффективность, чтобы робот мог выполнять агрессивные воздушные манёвры и повторять перевороты тела. По сравнению с их прошлым лучшим результатом скорость увеличилась примерно на 450%, а ускорение — примерно на 250%, что демонстрирует значимый прогресс в области микророботов. Источник: блоки 2, 3, 13.

Испытуемая система — размером с микрокассету, весит менее скрепки, и оснащена большими крыльями, управляемыми мягкими искусственными мышцами; новые детали конструкции позволяют более гибко управлять полётом и добиваться быстрейших взлётов и разворотов. Однако доработанная аппаратная часть не обязательно решала все проблемы: контроллер по-прежнему считается «мозгом» робота и раньше требовал ручной настройки. Теперь задача заключалась в создании решения, способного обрабатывать неопределённость полёта и решать сложные задачи управления в реальном времени. Источник: блоки 9, 10, 11, 12, 16, 17.

Для достижения требуемой скорости и надёжности команда объединила экспертный планировщик на основе динамической модели с обучаемой нейронной политикой. В ходе экспериментов агент обучался через имитационное обучение на примерах поведения более тяжёлого, вычислительно требовательного контроллера: в реальном времени полётом управляет упрощённая модель ИИ, которая воспроизводит идеи и траектории, заложенные в «руководящей» системе. Это позволило сохранить точность планирования и одновременно снизить вычислительную нагрузку. Источник: блоки 20, 21, 23.

Результаты испытаний показали, что двухступенчатая схема управления дала почти мгновенное увеличение скорости и заметное повышение манёвренности: робот достиг примерно 447% прироста скорости и около 255% прироста ускорения по сравнению с прежними результатами. Кроме того, он выполнил 10 поворотов-«соммерсультов» за 11 секунд, не отклоняясь примерно на 4–5 сантиметров от запланированного пути. Эти цифры подтверждают, что роботы такого класса могут приближаться к подвижности настоящих насекомых и обеспечивать новые возможности для перемещений и сенсорной навигации. Источник: блоки 26, 27, 28.

Авторы проекта подчёркивают, что данная работа может стать поворотным моментом для микроробототехники: мягкие и микророботы, ранее ограниченные скоростью, теперь могут задействовать продвинутые алгоритмы управления и приближаться по скорости и точности к насекомым и крупным роботам. В перспективах — оснащение микророботов полезными камерами и сенсорами, а также развитие координации в группах, что могло бы позволить обходиться без внешних систем отслеживания. Источник: блоки 28, 32, 33, 34.

Работа финансировалась частично Национальным научным фондом (NSF), Военно-научным управлением ВВС США, Управлением научных исследований Вооружённых сил и другими партнёрами. Исследование опубликовано в Science Advances и возмёт на себя задачу уточнения границы между управляемостью и эффективностью в самых лёгких летающих устройствах. Источник: блок 35.