Изкуственият интелект победи трима опитни пилоти на живо

Инженери от Лабораторията за микро въздухоплавателни средства към Техническия университет в Делфт създадоха лек автономен дрон с изкуствен интелект, който победи трима бивши световни шампиони в международно състезание в Абу Даби, съобщават от изданието Popular Science. Машината, наречена MonoRace, за първи път в историята надигра елитни пилоти на реална състезателна писта извън контролирана лабораторна среда, като научните детайли за разработката бяха публикувани в списанието Science Robotics.

Досега изкуственият интелект доказваше превъзходството си над хората основно върху негова собствена територия — в симулирани и строго структурирани среди. През 1997 година суперкомпютърът Deep Blue на IBM победи гросмайстора по шах Гари Каспаров, а близо две десетилетия по-късно системата AlphaGo на Google надви световния шампион в сложната логическа игра Го. Последваха триумфи в комплексни видеоигри като StarCraft и Dota 2, но физическият свят със своите непредвидими условия оставаше сериозна бариера за машините. Разработката на нидерландските учени променя именно тази динамика, извеждайки алгоритмите на неконтролирано състезателно трасе, проектирано за хора.

„Вместо да даваме на робота все по-мощни сензори и компютри, искахме да разберем колко интелигентност можем да извлечем от много ограничени ресурси“, заяви аерокосмическият инженер от Техническия университет в Делфт и съавтор на изследването Кристоф Де Вагтер в официално изявление на екипа. „Състезанията с дронове предоставиха екстремна среда, в която да тестваме тези идеи извън лабораторията. Това ни подтикна да разработим изкуствен интелект, който не само е бърз, но и устойчив и способен да се адаптира, когато външни референтни измервания не са налични.“

Екстремен спорт на предела на реакциите

Състезанията с дронове с гледна точка от първо лице, известни като FPV, поставят на изпитание вестибуларния апарат дори на зрителите. В тази дисциплина пилотите управляват дистанционно леките машини през поредица от тесни порти със скорост между 95 и 160 километра в час. Операторите носят специални видеоочила, които приемат директен сигнал от монтираната в предната част на дрона камера, създавайки усещането, че самият човек лети в пространството. Чрез два джойстика пилотът контролира тягата, наклона и завъртането в реално време, където забавяне от части от секундата води до тежък сблъсък.

Макар пикът на масовата популярност на този спорт да беше в края на миналото десетилетие, дисциплината продължава да привлича голяма онлайн аудитория и служи като идеален полигон за роботиката. Възходът ѝ стана възможен благодарение на едновременния пробив при леките батерии, миниатюрните камери и безжичните видеовръзки.

През 2022 година екип от Университета в Цюрих направи първата голяма крачка, като създаде автономната система Swift. Тя анализираше данните от камерата чрез невронна мрежа и успя да победи шампиони в дисциплината, но само в строго контролирана лаборатория с размери 25 на 25 метра и предварително инсталирани външни камери за проследяване. Дори минимална промяна в осветлението на помещението влошаваше представянето на тогавашния модел.

Петстотин команди в секунда без сателитна връзка

За да преодолеят ограниченията на лабораторните системи, изследователите от Делфт конструират MonoRace като напълно независима машина. Дронът разчита единствено на една бордова камера, чийто видеопоток се обработва в реално време от компактен чип NVIDIA Jetson Orin NX, и на вграден инерционен измервателен блок, който следи ускорението и въртенето. По време на остри виражи с претоварване над 7G обикновените сензори често се насищат и губят точност, но новият алгоритъм разпознава тези моменти и ги компенсира чрез математически модел на динамиката на полета.

„Летенето с много висока скорост само с една камера е предизвикателство, защото изображенията са размазани, деформирани и системата с изкуствен интелект има много малко време да определи прецизно къде се намира дронът“, обясни изследователят по роботика в Техническия университет в Делфт и съавтор на проучването Ставро Бахнам в изявлението на университета. „Ние разработихме надежден начин за комбиниране на това, което камерата вижда, с информацията за собственото движение на дрона, което му позволява да навигира по пистата с висока скорост без GPS.“

За разлика от тежките системи при автономните автомобили или хуманоидните роботи, софтуерът на MonoRace е максимално опростен, за да работи върху миниатюрния бордови процесор без никакво забавяне. Изкуственият интелект издава около 500 управляващи команди във всяка секунда. Вместо да бъде запаметявана една конкретна писта, моделът е преминал през обучение с подсилване в симулирана среда. Чрез милиони проби и грешки при умишлено променяни параметри на масата, инерцията и въздушното съпротивление, алгоритъмът се е научил да се адаптира сам към непознати условия.

„Вместо първо да планираме желаната траектория на полета и конвенционални команди, нашата невронна мрежа се научава директно да управлява моторите“, допълни докторантът по аерокосмическо инженерство в нидерландския университет и съавтор на разработката Робин Фереде.

Триумф на пистата в Абу Даби

Истинското бойно кръщене на MonoRace се проведе по време на Автономната състезателна лига в Абу Даби, организирана съвместно с лигата на професионалните пилоти Drone Champions League. На непознатото трасе, включващо две обиколки през 11 състезателни порти и сложни вертикални маневри, автономният дрон разви скорост до 100 километра в час, изпълнявайки лупинги и резки пикирания.

Машината от Делфт първо спечели надпреварата между всички отбори с изкуствен интелект, а след това в директни елиминации победи трима бивши световни шампиони при хората, записвайки рекордно време за преминаване на трасето от 16,56 секунди.

Според нидерландските инженери постижението отваря нова страница в развитието на физическия изкуствен интелект. С навлизането на безпилотните автомобили и индустриалните роботи в масово производство нуждата от леки системи, които се ориентират безопасно в реалното пространство без риск от сблъсък, става критична. Докато големите двукраки роботи все още често губят равновесие и се блъскат в стени при висока скорост, успехът на малкия летящ дрон доказва, че прецизната автономна навигация е напълно постижима дори с минимален хардуер.