Давным-давно, еще в 1907 году, Артур Конан Дойль в эссе о природе мастерства «Через волшебную дверь» подчернул, что «Древние мастера рисовали святых и харчевни Севастьянов, в то время, когда Колумб на их глазах открыл Новый Свет»… Но им-то, древним мастерам, простительно – кольцевое время Традиции, в то время, когда на следующий день только повторение День назад, лишь начинало раскручиваться в линейное время Прогресса. Но эта особенность людской восприятия сохранилась и сейчас, в то время, когда индустриальная эра сменилась информационной.
Ну, вот проект DARPA Gremlins – взявшие собственный имя от духов неполадок из механиков и фольклора пилотов Второй мировой войны, беспилотники. Запускаемые за территорией действия ПВО с бомбардировщиков либо транспортников C-130, оперирующие сворой над полем боя, обмениваясь между собой информацией по радио- либо оптическим каналам. Позже те, что не сложат собственные композитные судьбы на алтарь Отечества, возвращаются на борт носителя. Рекламный ролик – в большинстве собственном нарисованный на компьютере по привычке нынешних армейских – приведен тут.
Не обсуждал данный мультфильм с добавкой документальных кадров приема «гремлина» на борт транспортника, лишь ленивый – не смотря на то, что ничего очень увлекательного в нем нет. Боевой дрон на деньги Армии США разрабатывал еще до Первой мировой Чарльз «Шеф» Кеттеринг, создатель фреоновых кондциционеров и этилированного бензина, лёгких дизелей и электрических стартёров (того, чем мы пользуемся каждый день). Истребители, правда пилотируемые И-16, запускались с борта четырехмоторного ТераБайт-3 еще в 1930-е, в ходе проекта «Звено», а также вести войну, разбомбив 26 июня 1941 г. нефтехранилище в Констанце.
Ну а летать сворой, обмениваясь между собой информацией, имели возможность советские противокорабельные ракеты П-700, созданные в конце 1970-х. Они назначают одну из ракет наводчиком, что идет на громадной высоте, снабжая информацией скрывающихся за кривизной почвы сотрудников. При его перехвата наводчиком делается следующая ракета залпа… Так что в Gremlins ничего очень занимательного нет, занимательны они лишь тем, кто вовлечен в бизнес ВПК, единицы процентов от ВВП.
Крошка-дрон Crazyflie 2.0
А вот крошка-дрон Crazyflie 2.0, весом всего лишь в 27 грамм, на что цюрихские инженеры-робототехники установили навигационную нейросеть для независимого полета, внимания привлек мало. А жаль – как раз такие работы, как обрисованная в Ultra Low Power Deep-Learning-powered Autonomous Nano Drones, способны поменять отечественное окружающее, придав свойство к пространственной ориентации, а следовательно и к независимому перемещению, кроме того самым мелким автомобилям с самым ограниченным ресурсом питания.
Итак, что же сделали швейцарцы? Они забрали дрон класса COTS – Commercial-Off-The-Shelf , реализовываемый в магазинах для детей прямо с полки, и придали ему свойство к независимому полету – ориентироваться в пространстве, огибать препятствия, реагировать на недружелюбные действия (ну, попытайтесь прихлопнуть комара либо поймать муху…). Громадные дроны, к примеру армейские, все это могут – за счет применения дорогостоящих, тяжелых и энергоемких совокупностей навигации, датчиков и обрабатывающих данные с них процессоров – отыщем в памяти, как устроен Audi AI traffic jam pilot.
Но для квадрокоптера весом в 27 граммов радары, лидары, кроме того GPS – это недоступная роскошь. И по массе, и по энергопотреблению. Исходя из этого на дрон COTS CrazyFlie 2.0 (выбранный вследствие того что его ПО выстроено на открытом коде) была установлена «совокупность на кристалле» GreenWaves GAP8 SoC, выполненная по разработке не – parallel ultra-low-power, параллельных вычислений со сверхнизким энергопотреблением. Вправду, кроме того на пике она потребляет менее 94 мВт. Этого хватит для работы микроконтроллера RISC-V, восьмиядерного DSP-интерфейсов и ускорителя.
Архитектура сверточной нейронной сети DroNet
Размещаемая на нанодроне печатная плата PULP-shield содержит в себе и компьютер GAP8 SoC, и камеру со сверхнизким потреблением энергии. Этого хватит для того, чтобы запустить на ней DroNet, сверточной нейронной сети, оптимизированной под распознавание нужных для воздушной навигации образов. Сущность таковой нейросети, предложенной Яном Лекуном в 1988 г., пребывает в том, что благодаря операции свертки, умножения элементов изображения на матрицу свертки, слои сети делают абстрагирование изображений.
К примеру, выделяют и опознают одинаковые линии, к примеру угла помещения либо окна, независимо от того, под каким углом наблюдает на них камера. Это абстрагирование позволяет выделить и информацию о пространственном положении дрона – нахожусь под таким-то углом от угла помещения и под таким-то углом от перекрестия форточки с рамой окна. Вот эти пространственные эти и употребляются для ориентации дрона и для его навигации, выбора пути из одной точки в другую. Совершенно верно так же дрон сможет опознавать руку, хотящую его хлопнуть, и уворачиваться от нее.
И тратится на все это не более 0,2 Вт. Другими словами – плата PULP-shield может встраиваться в любое динамическое устройство. Любое – мощность разрешает, да и отыщем в памяти о десятицентовых одномилиметровых микрокомпьютерах от IBM. Сам дрон CrazyFlie 2.0 под управлением DroNet – только частный случай. Весьма красивый пример того, на что способны прошедшее глубокое обучение нейросетки, и сколь энергосберегающими ресурсами и малыми эти нейросетки смогут обойтись для собственного функционирования.
Да, вероятно для дрона швейцарских инженеров найдутся и те применения, о которых они говорят – динамически перемещаемые узлы связи для Интернета Вещей, средства инспекции коммунального хозяйства (летает по подъезду, и ищет маленьким болометром мостики холода…). Но не это основное – основное демонстрация разработки. Динамичное перемещение (пылесоса, кафеля и мойщика окон, манипулятора кухонного робота либо робота-доставщика…) будет потребовать камеры (лучше – нескольких), однокристального компьютера и обученной нейросетки. И все это «ест» десятые доли ватта… Вот настоящий элемент будущего, пробравшийся в настоящее!