Не беспилотные, а автономные

Бум беспилотных летательных аппаратов начался с появления устройств для воздушной съемки семейных торжеств и других зрелищных мероприятий. Сейчас дроны находят все новые применения в логистике, сельском хозяйстве, строительстве и других отраслях. Что будет дальше?

Профессор Сколтеха Александр Короткевич рассказал «Ъ-Науке», как ограничения в емкости батарей, покрытии связи, доступности кадров и законодательном регулировании определяют будущее развитие беспилотников, и порассуждал о том, как внедрение дронов и других автономных систем изменит рынок труда и бизнес.

Кроме того, из интервью вы узнаете о самой назойливой рекламе, соревнованиях автономных дронов, навигации по гравитационному полю, а также где лидеры по автономной доставке налетали 100 млн км, зачем дроны на кладбище и как стиральный порошок может помочь заметить заблудившегося грибника с воздуха.

— Александр, вы работаете в Центре инженерной физики и на столе у вас лежит легендарный учебник по физике «Ландафшиц». Как вы связаны с дронами?

— Я беспилотные системы не проектирую и даже не программирую. Я физик, и моя задача — следить за тем, чтобы мы не пытались нарушить законы физики, не уходили чересчур в область фантастики. Чтобы консультировать людей по этому поводу, мне нужно на общем уровне разбираться в автономных системах вообще и в дронах и сценариях их применения в частности.

— Какие законы физики людей тянет нарушить?

— Если вы мне скажете, например, что через пять лет в разы вырастет плотность энергии на борту, то нет, такого не будет, хотя вычислительные мощности при почти том же энергетическом бюджете могут неплохо подрасти. Это пример ограничения на уровне физики и химии. А есть еще ограничения социального плана. Например, дефицит кадров. Или перебои со связью в городах по объективным причинам.

— Эти ограничения формируют тренды развития?

— Да, и в данном случае однозначный тренд — это автономность. Большая часть аппаратов, которые мы сейчас называем беспилотными, пилотируются дистанционно. Для массового внедрения беспилотной доставки и других сервисов этот вариант неприемлем: операторов не хватит, а еще нужно, чтобы при потере связи дроны не падали на людей и здания.

Будет больше акцент на автономность и искусственный интеллект, который прекрасно справляется с рутинными задачами. Я вот долго жил в США, и там очень хорошая сеть хайвеев. Ты просто едешь часами по дороге, соблюдаешь скоростной режим, и нет проблем никого обогнать. Простейший автономный пилот уже сейчас отлично с этим справится. Но если что-то случится, то возникают юридические проблемы: непонятно, кто будет отвечать. Поэтому развитие будет концентрироваться в отраслях с более простым регулированием. В случае с перевозками это будет транспортировка грузов, а не пассажиров.

— А какие тренды связаны с ограничениями на стороне электрохимии?

— В разы запас энергии на аппарате не вырастет. А значит, вы не сможете поставить на дрон сильно мощный вычислитель: энергии не хватит. Вам нужен доверенный полетный контроллер — это компьютер, который будет управлять полетом, например контролировать моторчики у коптера. Чип, который всегда можно произвести или поставки которого невозможно перекрыть,— относительно слабый чип с низким энергопотреблением, как в роутере или «умном» телевизоре.

А чтобы решать относительно сложную задачу при низком энергопотреблении, у вас будет специализированный вычислитель, разработанный под эту конкретную задачу,— скажем, распознавание какого-то образа. И такие технологии сейчас отрабатываются.

— Такой подход оправдан не только в условиях санкций?

— В целом все вырастает из ограничений по энергии. Кроме того, даже если вам доступны все самые продвинутые чипы, нужна безопасность: хочется иметь свой доверенный полетный контроллер, в котором точно не будет закладок и он не свалится из-за этого в один не очень прекрасный день на крышу. Поэтому вы используете унифицированный слабый чип для полетного контроллера, а сбоку ставите, если задача того требует, специализированный чип или очень мощный импортный чип общего назначения. Но просто для полета по заданному маршруту этого не требуется.

— Что если пропала связь или сели батарейки?

— Должны быть предусмотрены своего рода парковки — отстойники для заблудившихся или сломавшихся дронов. Автономный аппарат будет отслеживать, где находится ближайший отстойник, и в случае проблем без всякой связи полетит туда. А там — размеченные парковочные места, беспроводная зарядка, Wi-Fi, и он может получить новую программу действий. Будет такой новый бизнес.

— У нас как раз ТСЖ ищет, под какую рекламу сдать крышу.

— Вот-вот, в будущем можно будет сдавать под дроноотстойник. Когда вы вызываете автоэвакуатор сейчас, это ведь не бесплатно. Так и здесь: если рядом с домом проходит воздушный коридор для дронов-доставщиков, значит, будет стабильный спрос на отстойник. Сейчас задача — проработать и стандартизировать типовой вариант такого дроноотстойника, чтобы не нужно было с нуля разрабатывать проект. Чтобы инвестор мог прийти, вложиться, закупить все оборудование по сертифицированным стандартам и вести нормальный бизнес — как автозаправка.

— Или прокат дронов?

— Шеринг — это вообще один из основных трендов, которые будут развиваться в отрасли. В других сферах к этому давно пришли. Например, у многих строительных компаний в США сейчас нет своей техники, потому что они строят в разных штатах и технику арендуют на месте. Точно так же, скорее всего, будет развиваться и аренда дронов: будут стандартные категории по грузоподъемности, дальности полета и опциям навесного оборудования — камер и тому подобного. Выбираете, оплачиваете, удаленно загружаете туда свою программу, и дрон выполняет задание.

— Давайте вернемся к беспилотной доставке. В будущем насколько она поможет экономить место в городах?

— Любой специалист по моделированию дорожного движения вам скажет: емкость существующих дорог можно существенно увеличить, если убрать людей из-за руля. Совсем.

— А что с дронами?

— Для дронов могут быть выделенные воздушные коридоры. Можно доставлять грузы до некоего хаба на грузовике, а оттуда последние несколько километров разносить по воздуху. Можно, как вариант, это делать ночью, когда меньше людей.

Но опять же мы упираемся в регулирование: нормативная база сейчас только разрабатывается. Вот вы видели на улицах Москвы роботов-доставщиков? С точки зрения закона такого явления до недавнего времени не существовало: они только-только появились в одном документе об экспериментальном правовом режиме.

— Явления нет, а прибыль есть?

— А сейчас это неважно: даже если такая доставка экономически неоправданна, а я подозреваю, что так оно и есть, все равно компании будут это делать. Ведь чтобы в итоге хорошо обучить «ИИшечку», нужно собрать данные, а по-другому вы это не сделаете.

— Что сейчас с доставкой по воздуху?

— Все знают, что ее применяет «Амазон», но он даже близко не стоит по количеству налетанных автономных километров с компанией Zipline, которая начала, во-первых, с Африки, а во-вторых, не с доставки потребтоваров, а с перевозки медикаментов между больницами и аптечными складами. То есть опять же действует принцип: выстреливает там, где проще регулирование. Так вот, налетав по состоянию на 2024 год сотню миллионов автономных километров (более 1 млн автономных доставок) беспилотниками самолетного типа, они благополучно вышли на рынок США. И это стартап. Только у этого стартапа уже по состоянию на 2024 год привлеченное финансирование — порядка полумиллиарда долларов!

Другой пример важного груза, который надо перевезти по не густонаселенной территории: в Сахалинской области, в которую входят и острова Курильской гряды, в этом году тестировали доставку избирательных бюллетеней морскими дронами. Для таких задач они отлично подходят.

— В каких еще сферах низкий регуляторный барьер и проще реализовать потенциал дронов?

— Интересный сегмент — инвентаризация. На автоматизированном складе стоят коробки, на них штрихкоды. Зачем там человек? Маленький дрон может летать по безлюдному складу и считывать коды. И даже если что-то пойдет не так, можно организовать процесс безопасно.

Или такой кейс. Человек живет в одном городе, а в другом городе у него могилка родственников, и он хочет периодически смотреть, в каком она состоянии. Прилетает дрон, делает съемку или видеотрансляцию — клиент заказывает уборку, подстричь газон и так далее. У любого кладбища четкая разбивка на участки, которую можно связать с распознаванием образов и с системой глобального позиционирования. Можно реализовывать прямо сейчас, именно на автономных дронах.

— Это такой совет аспирантам?

— А что, вариант.

— Если аэротакси и дрон-скорая пока «не взлетят», то что с дронами-спасателями?

— Сейчас есть серьезные разработки для поиска, например, детей, которые заплыли слишком далеко в море. В Сколтехе проводился конкурс на эту тему. На базе МФТИ был конкурс для «ЛизаАлерт» по разработке дрона для поиска потерявшихся людей.

— А где-то дроны уже штатно используются для этого?

— По-моему, в поисках людей сейчас в основном задействованы пилотируемые, неавтономные дроны.

Не знаю зачем, но у нас люди — охотники, рыболовы, туристы — почему-то любят ходить в лес в камуфляже. Наверное, чтобы их в случае чего посложнее было найти. Так вот, камуфляж — это известный повторяющийся паттерн, и, хотя глазом его заметить тяжело, можно обучить алгоритм находить его. Плюс есть разные мультиспектральные камеры. Если пропавший без вести человек жив, пусть даже без сознания, то ночью он будет хорошо виден по теплу дрону с инфракрасной камерой. А если одежду — неважно, камуфляжную или нет — стирали обычным порошком с оптическими отбеливателями, то и она будет замечательно светиться в приборе ночного видения. Военные, например, используют особые средства для стирки.

Можно искать с дрона браконьеров или других нарушителей — технически это та же задача.

— При пожаре или другом стихийном бедствии какая может быть польза от дрона?

— Тушить пожар или разбирать завалы — это, конечно, пока из области фантастики. Но дрон может летать и кричать, и пострадавший ответит — это уже немало. Дешевый дрон-разведчик со съемкой и управлением от первого лица — это расходник, а пожарному пришлось бы рисковать жизнью, идя в область задымления и огня. Если человек обнаружен, но пробраться к нему пока не удается, дрон может доставить воду, респиратор, лекарства — это уже сейчас делается.

— В зоне радиационной аварии такое тоже актуально, наверное.

— Да, поставить на дрон счетчик Гейгера ничего не стоит — зачем туда лишний раз отправлять людей? Причем на городском пожаре скорее не будет проблем со связью, а вот радиация может нехорошо сказываться на сложной электронике системы связи, поэтому в таких условиях у автономных дронов будет преимущество.

— Лесные пожары, ураганы, наводнения отслеживают с дронов или со спутника?

— Сначала из космоса, а дальше можно рассмотреть детали с дрона. Разница в том, что пролета спутника над нужной территорией надо ждать, а дрон вы можете запустить безотлагательно, и на низкой высоте вам не понадобится дорогая оптика.

Есть технически сходная задача — поиск нелегальных свалок и вырубок леса. У нас это пока не поставлено на поток, но еще один тренд — это что рано или поздно появится готовое коммерческое решение, единый сервис, в котором вы как журналист, блогер, лесник, эколог заказываете снимки такой-то территории в такое-то время суток. До недавнего времени было препятствие, что по закону такой сервис должен был быть бесплатным, и это тормозило развитие, а теперь нет.

Кстати, вот вы спросили: с дронов или со спутника? А в чем разница?

— Наверное, в атмосфере Земли — дрон, а в космосе, на орбите — спутник. Хотя дроны ведь уже побывали и на Марсе, да?

— Было такое. В 2021 году маленький вертолетик Ingenuity выполнил первый полет во внеземной атмосфере. В итоге вместо пяти запланированных тестовых полетов на Марсе он совершил 72 и проработал почти три года. Потом потерял лопасть в аварии. Этот экспериментальный вертолет почти ничего не умел, но теперь разрабатываются усовершенствованные модели.

А есть предложение запустить здесь, на Земле, так называемый стратосферный спутник — своего рода самолет с большим крылом или даже дирижабль, который бы завис в очень разреженной атмосфере на высоте более 20 км и работал бы там, например, как ретранслятор сигнала или вел бы такие же наблюдения, как со спутников, но внутри атмосферы.

Это все к чему: если вдуматься, то любой спутник — по большому счету тоже дрон. Просто у спутника обычно очень ограниченный энергетический бюджет: вы вышли на некую орбиту и чаще всего просто стараетесь на ней оставаться. Менять орбиту довольно энергозатратно.

Но у спутника тоже полетный контроллер, тоже системы энергоснабжения — все очень похоже. И как раз еще один тренд сейчас — это унификация решений для автономных систем: летающих, орбитальных, подводных, надводных, колесных, ползающих, каких хотите. Постепенно идет к тому, что будет модульный конструктор для этих систем.

— Как это понимать?

— Есть, например, операционная система с открытым кодом PX4, изначально придуманная для автономного полетного контроллера. Ее сделала группа энтузиастов, которые потом организовали свою компанию — Auterion, но в итоге это решение используется на миллионах дронов, и это уже не только полетный, а универсальный маршрутный контроллер для любых автономных систем.

Для понимания: PX4 — это как ядро операционной системы Linux в смартфоне, оно полностью открыто. Сверху на этой основе водружается AuterionOS — это как операционная система Android, причем она тоже по большей части открыта. А дальше вы добавляете туда магазин приложений — платных или бесплатных, с открытым или закрытым кодом. Как раз из продуктов этого магазина пользователь и конструирует нужный ему набор модулей.

— Какие, например, кубики есть в этом конструкторе?

— Распознавание образов. Навигация по подстилающей поверхности над кронами деревьев. Это, кстати, гораздо сложнее, чем в городе. Город — хорошо размеченная поверхность. У вас есть снимки, уникальные места, поэтому проще понять, куда лететь, просто посмотрев вниз. А лес на первый взгляд вообще выглядит одинаково, но это в обычной оптике, а в инфракрасной — уже нет, и это не единственная тонкость, само собой.

А знаете, где самая сложная навигация по подстилающей поверхности, гораздо сложнее, чем в лесу?

— Над океаном?

— Правильно. Водная поверхность. Потому что, если вы смотрите сверху, волны все время двигаются, меняются, и ничего не повторяется. Ничего не торчит. Вот это самое сложное.

— Какие там задачи?

— Самое простое, где уже сейчас можно и пытаются применять,— это ледовая разведка. Идет ледокол, а перед ним можно выпустить дрон, чтобы выбрать оптимальный маршрут. Это гораздо дешевле, чем поднимать в воздух вертолет.

— А если сделать, чтобы дрон ориентировался не только по подстилающей поверхности, но и, например, по магнитному полю, как перелетные птицы?

— Дроны с магнитными сенсорами уже используются в геологоразведке, потому что они дешевле самолета, а также для поиска неразорвавшихся боеприпасов, оставшихся в земле после разных вооруженных конфликтов. Но сейчас по крайней мере обсуждаются более тонкие подходы с использованием сенсоров гравитационного поля: теоретически большие участки повышенной плотности под землей можно искать, измеряя изменение гравитационного потенциала с помощью современных атомных часов.

На том же принципе, на основе неоднородности гравитационного поля, могла бы работать навигация без использования систем глобального позиционирования. Сейчас это навигация по подстилающей поверхности, но в теории есть и такая футуристическая возможность.

— Какие есть применения в строительной сфере: помощь в высотных работах, поиск нелегальных построек в глуши?

— Под второе нет регуляторной базы. Вы можете много что увидеть с дрона, но, чтобы представить это в суде, придется по крайней мере съездить туда инспектору и зафиксировать нарушение.

Но в строительстве дроны уже используются. Если я прораб и знаю, где у меня проблемные участки, зачем мне ходить по стоэтажному небоскребу, в котором еще и не везде есть лифт? Я прилетел дроном, посмотрел, как идет работа, вовремя заметил ошибку, которую бы потом было очень долго и дорого исправлять, и моя бизнес-задача выполнена.

— Что скажете о сельском хозяйстве?

— Это та отрасль, куда уже заходят дальновидные предприниматели. Например, Cognitive Pilot. Все говорят про автопилоты для обычных машин, но на дорогах общего пользования гораздо более суровое регулирование, чем в сельском хозяйстве. Люди из Cognitive это поняли и сделали сначала автопилот к стандартным моделям тракторов, чтобы механизатор не уставал и не делал ошибок, а потом и вовсе бескабинные тракторы — они меньше и дешевле, а делают все то же самое. И вы как владелец хозяйства видите в реальном времени, где каждый трактор,— в деревню к подруге никто не уедет.

— А у летунов какая роль?

— Искать очаги болезней, обрабатывать инсектицидами. Все то, для чего раньше использовалась малая сельская авиация. У меня есть знакомые, которые раньше летом подрабатывали на мотодельтаплане. А теперь есть дроны.

— Археологам нужны дроны?

— Если вы что-то ищете в глубине джунглей, в реальной глуши, где плохо со связью, то нужен автономный дрон с навигацией по подстилающей поверхности и координатам.

Такая же история у нас в тундре: там сотовой связи нет, и решения вроде «Старлинка» тоже неоправданны. Очередной аргумент в пользу автономности. Дрон должен слетать в тундру, все снять и вернуться.

— Дрон ведь еще хорош тем, что меньше тревожит экосистему?

— Это актуально в заповедниках. Если я отслеживаю миграцию стада, численность популяции животных, не надо туда ехать на машине и их распугивать, нарушая эту самую миграцию. Можно всех оленей и медведей пересчитать с дрона. И опять же — в заповеднике наверняка не будет сотовой вышки, на то он и заповедник. А значит, автономный дрон.

— Перейдем к развлекательным применениям: какой у вас любимый вид спорта с дронами?

— Мне лично неинтересно, когда комбинируют дроны с серфингом и тому подобным. Гонки и дуэли пилотируемых дронов тоже уже приелись, а вот соревнования для программистов бывают очень занятные. Вы работаете со стандартным дроном, и вам надо его так запрограммировать, чтобы он автономно выполнил задачу лучше конкурентов.

Например, нашел в некотором пространстве все надувные шарики и лопнул их. Или дроновые шахматы с роем дронов: главный дрон с предустановленной шахматной программой зависает над шахматной доской и управляет другими дронами — шахматными фигурами.

— Беспилотники ведь еще можно использовать для праздничной иллюминации вместо салюта, но эта тема вызывает неоднозначную реакцию.

— А потому что первым делом этой иллюминацией начнут писать рекламу на небе. Сейчас есть один стартап, который хочет из космоса рекламу проецировать на облака.

— Озвереть можно.

— Но озвереть можно и проще: когда в лифте включают рекламу или на заправке, и никуда от нее не денешься. А теперь представьте, что прилетает в деревню дрон с громкоговорителем и кричит с воздуха рекламу.

— Если это реализуют раньше, чем доставку лекарств дронами, то этот дрон долго не протянет.

— Вот штука в том, что пока эта пружина сжимается, мы говорим, что кадров не хватает, регулирование не готово и так далее, а потом в какой-то момент оно выстрелит, случится бурный рост, и тогда мало не покажется. И в этот момент, кстати, кадров станет вдруг слишком много. Я подозреваю, что будет как в фильме «Валли»: народ будет получать гарантированный минимальный доход, питаться и сидеть в соцсетях, а работать будут роботы. Перспектива довольно мрачная, но этого все равно не остановить.

— Замену рабочих мест?

— Да, все рутинные задачи постепенно перейдут к автономным системам. А это значит, что будет социальная напряженность. Вот не так давно всем советовали учиться на программиста. А последние два года сколько программеров компании сокращают? Десятки процентов.

С простыми задачами либо полностью справляется искусственный интеллект, либо повышает эффективность настолько, что, грубо говоря, джуны почти не нужны. Но есть одна проблема: без джунов мидлам и сениорам неоткуда появиться. Потом и мидлов заменят, и выходит, что все будет делаться само. А раз работает с кодингом, то уж рутинные действия — двор подмести, мусор вывезти, доехать из точки А в точку Б — точно проще будет выполнить без водителя.

От этого никуда не деться. Если что-то коммерчески выгодно, то оно будет бурно развиваться. С соцсетями так было, и с автономными системами будет. Как раньше уже не будет никогда. Как только оно начнет приносить деньги, сначала все будут радоваться, а закончится все, естественно, социальной напряженностью. И это не плохо, не хорошо, это жизнь так устроена. Не нужно этого пугаться, к этому нужно просто заранее готовиться, искать, куда деть людей.

— А куда?

— Вот сейчас программистов в простых задачах потеснил ИИ. Но мы ведь говорили вначале о специализированных бортовых вычислителях под конкретные задачи. Писать под них софт — это довольно специфическое и нужное программирование. Наполнять тот самый магазин приложений модулями для навигации по подстилающей поверхности, распознавания образов и всего остального.

Просто бизнес уходит в немного другие ниши, которые раньше казались периферийными, так же как написание приложений для мобильных телефонов в начале 2000-х было абсолютно периферийной нишей: таких программистов было нужно примерно столько, сколько было производителей мобильных телефонов. А сейчас кто только их не пишет. Не надо пугаться, надо думать, чуть-чуть смотреть вперед, приспосабливаться. Может, где-то самообразованием заняться, на курсы сходить.

Беседовал Николай Посунько