Drony – codzienność przyszłości

Ostatnie lata przyniosły ludzkości gwałtowną ewolucję dronów i maszyn latających. Używa ich wojsko, służby ratownicze i firmy ochroniarskie, a także fotografowie i filmowcy. Stają się coraz popularniejsze i są dostępne praktycznie dla każdego – nawet jako zabawki dla dzieci.

Kilka lat temu większość ludzi szeroko otwierała oczy, widząc dziwne, nisko latające obiekty. Tego typu urządzenia kojarzyły się głównie z filmami science fiction, takimi jak „Gwiezdne Wojny”. Stałe rozwijanie technologii tworzenia dronów oraz nieprzerwane prace nad ich ulepszaniem sprawiły jednak, że ten wynalazek nie budzi już tak dużej sensacji, znajdując coraz więcej zastosowań w codziennym życiu.

Co to jest dron?

Dron to bezzałogowy statek powietrzny, który bazuje na zdalnym sterowaniu przez użytkownika z zewnątrz lub całkowicie polega na zawartej wewnątrz elektronice i nadanym przez programistę ustawieniom lotu (często posiada autopilota).

Quadrocopter jest najpopularniejszym rodzajem spośród dronów dostępnych w supermarketach, na portalach sprzedażowych czy w sklepach modelarskich i fotograficznych. To czterowirnikowy statek powietrzny, którego konstrukcja opiera się na równoramiennym krzyżu, na którego końcach zamontowane są silniki wraz ze śmigłami. Dzięki takiej budowie urządzenie posiada bardzo szerokie możliwości manewrowe w locie – może latać bokiem, skręcać, lecieć w każdą stronę, wzbijać się lub opadać. Takie manewry wymagają jednak bardzo precyzyjnego systemu sterowania oraz umiejętności reagowania na różne czynniki (prędkość względem obiektów, poczucie równowagi, świadomość horyzontu). W tym celu quadrocoptery korzystają z żyroskopów, akcelerometrów i szeregu programów zaimplementowanych do systemu.

Sterowanie dronem

W zależności od celu, do jakiego urządzenie jest wykorzystywane, może być ono zdalnie sterowane z pilota przez użytkownika, latać zupełnie samodzielnie (autonomicznie) lub korzystać z trybów mieszanych. W trybie mieszanym użytkownik steruje kierunkiem i sposobem lotu, ale oprogramowanie samodzielnie stabilizuje drona i omija przeszkody, a w razie potrzeby ostrzega o kończącym się zasięgu, braku energii i innych zagrożeniach. Im urządzenie jest bardziej zaawansowane, tym większa liczba inteligentnych funkcji jest w nim implementowana. Są dostępne między innymi programy, które mają za zadanie śledzić konkretny obiekt (na przykład osobę), utrzymać quadrokopter w jednym punkcie przestrzeni (reagując na wiatr i inne czynniki zewnętrzne) czy realizować konkretne ścieżki w odniesieniu do stałych bądź ruchomych punktów. Te i podobne funkcje w małym stopniu zależą od jakości sprzętu – najważniejszym czynnikiem jest oprogramowanie. Oznacza to, że takie same programy można byłoby zaimplementować w najtańszych dronach (na przykład wyposażonych w mniej wytrzymałe śmigła i obudowę czy silniki o gorszych parametrach technicznych).

Ciekawe przykłady wykorzystania dronów

Możliwości użycia dronów w praktyce są bardzo szerokie. Jakie zastosowania wypróbowano dotychczas?

Dron-taksówka w Dubaju

W Dubaju powstał projekt, który zakładał uruchomienie taksówki powietrznej. Osiemnastowirnikowy helikopter ma dwa miejsca siedzące, lata po wyznaczonych na GPS-ie trasach, jest wyposażony w spadochrony i działa w pełni autonomicznie. Firma Vertical Aerospace niedawno próbowała go wprowadzić do użytku, ale ze względu na troskę władz o bezpieczeństwo pasażerów, nie został jeszcze dopuszczony do ruchu. Firma planuje osiągnąć ten cel w czasie około trzech lat.

Drony fotograficzne

Fotografowania i filmowania dronem może spróbować praktycznie każdy. W sklepach dostępne są bardzo tanie quadrocoptery z Chin, które doskonale nadają się do nauki latania. Bardziej doświadczeni użytkownicy mogą sięgnąć po produkty DJI, Parrot czy GoPro. Tego typu sprzęt nie służy już tylko do zabawy – w wielu fabularnych filmach, które oglądamy na co dzień, takie drony zostały wykorzystane do nakręcenia ujęć z lotu ptaka. Quadrocoptery z kamerą są też niezwykle popularne wśród fotografów ślubnych. Podobne urządzenia znajdują zastosowanie również w wojsku, a także jako przeciwpożarowy monitoring lasów czy do diagnostyki stanu budynków.

Dron jako… dostawca?!

Firmy takie jak Amazon czy DHL inwestują środki w rozwijanie technologii dostarczania paczek dronami. Takie rozwiązanie znacznie skróciłoby czas oczekiwania na przesyłkę, zwiększyło wygodę klienta (przyciągając ich więcej) i bardzo dobrze wypromowałoby firmę, która wprowadziłaby taki system. W 2016 roku została dostarczona w ten sposób pierwsza paczka do prawdziwego klienta Amazona. W 2019 został przedstawiony projekt na sterowiec, który nosi nazwę Airborne Fulfillment Center. Statek miałby rozwiązać przede wszystkim problem z niewielkim zasięgiem dronów, pełnić rolę magazynu z najpopularniejszymi produktami oraz dużej reklamy zawieszonej w powietrzu na wysokości około 600 m nad ziemią. Na razie jednak taka oferta nie została wprowadzona, ponieważ system wymaga jeszcze dopracowania – między innymi procedury dostarczenia paczki w momencie, kiedy klient mieszka w bloku i nie posiada dużego ogródka, gdzie dron mógłby swobodnie wylądować.

Pokaz możliwości, który zapiera dech w piersiach

Na znanej na całym świecie konferencji naukowej TED, Raffaello d’Andrea przeprowadził dwa interesujące pokazy możliwości dronów. W pierwszym materiale d’Andrea przedstawia drony z siatką chroniącą widownię. Wszystko odbywa się w kontrolowanej strefie o ścisłym okamerowaniu, gdzie wszystkie rejestratory obrazu podłączone są do jednego laptopa. Pozycja i położenie w przestrzeni jest określane na podstawie specjalnych wskaźników, umieszczonych w różnych częściach dronów – takich samych, które stosowane są w branży filmowej do tworzenia efektów CGI podczas używania zielonego ekranu. Kamera wychwytuje dokładnie pozycję każdego wskaźnika i, mając zaimplementowany sposób mocowania na urządzeniu, jest w stanie określić wszystkie wektory prędkości oraz przyspieszenia z dużą dokładnością. Dzięki intensywnemu rozwojowi robotyki oraz skomplikowanym algorytmom, quadrocoptery mogą wykonywać tak niesamowite manewry jak na filmie. Poruszanie się drona ujmowane jest modelem matematycznym, a następnie na podstawie znanej powszechnie teorii sterowania tworzone są wzorce i odpowiednie programy, które pozwalają na uniesienie się urządzenia. Następnie określa się dynamikę quadrocoptera i opisuje ją szeregiem równań różniczkowych. Później te równania zostają przekształcone przy pomocy teorii sterowania i w ten sposób powstają algorytmy stabilizujące. Umiejętność utrzymania tyczki w równowadze to zasługa połączenia modelu matematycznego tyczki z modelem quadrocoptera. Z kolei gwałtowne akrobacje z pełnym kieliszkiem nie wymagają już implementacji żadnych dodatkowych algorytmów – woda nie wylewa się, ponieważ na szklankę oddziałują dokładnie takie same siły, jak na drona i wszystko inne. W związku z tym, do osiągnięcia równowagi potrzeba tych samych ruchów, które wykonuje już dron.

Drony wśród publiczności

Do tego projektu używane są nowe metody lokalizacji stworzone przez Verity Studios. Teraz drony nie potrzebują już dokładnego lokalizowania przez wiele kamer rozmieszczonych w obszarze lotu – korzystają z wewnętrznych sensorów określających położenie, dzięki czemu stają się jeszcze bardziej elastyczne i autonomiczne. Potrafią sobie nawet poradzić z lotem w momencie, kiedy jedno ze śmigieł zostanie uszkodzone. Team d’Andrea’sa zajął się też innym ciekawym zastosowaniem dronów, tworząc z nich zorganizowany w przestrzeni i poruszający się synchronicznie rój, co dało niezwykły i zachwycający wizualnie efekt.

Przyszłość dronów jest jasna

Drony rozwijają się szybko, a ich możliwości stają się coraz większe. To rodzaj urządzeń, które w niedługim czasie staną się codziennością dla każdego z nas. Za granicą powstają już restauracje, z których jedzenie dostarczane jest dronami. Istnieją również plany na wykorzystanie tych urządzeń do gaszenia pożarów czy ratowania ludzi w niebezpiecznych warunkach. Mały, prywatny dron może przynieść zapomniane z domu klucze lub dostarczyć paczkę, a profesjonalne quadrocoptery ratownicze pomogą zapewnić konieczny sprzęt medyczny w krótkim czasie lub przetransportować chorego do szpitala.