Первый в мире беспилотник, способный без участия человека в режиме реального времени сканировать почву и точечно вносить удобрения на поля, испытают в ТГУ осенью 2023 года. В основе работы — с одной стороны, уникальные знания почвоведов биологического института, с другой – многолетний опыт разработки «умных» дронов инженерами факультета инновационных технологий, а также труды айтишников, физиков. Команда объединилась в рамках передовой инженерной школы «Агробиотек» ТГУ. Подробнее — в специальном проекте Tomsk.ru и Томского госуниверситета «Технотренды».
Что сегодня могут дроны?
Беспилотные летательные аппараты в коммерческих целях сегодня используются, в основном, для картографирования и аэрофотомониторинга. Есть также функция доставки грузов, но — не в России, хотя даже американский Amazon, с середины 2010-х годов тестирующий доставку по воздуху, запустил ее только в конце прошлого года и только в двух городах США.
Впрочем, в этой области наша страна не хочет быть отстающей или даже медленно догоняющей: в конце прошлого года президент Владимир Путин поручил наладить серийный выпуск беспилотников в России, утвердив перечень поручений по развитию отечественных беспилотных авиационных систем. По факту, в сжатые сроки должна быть создана новая отрасль, сняты нормативные барьеры, ее развитию мешающие.
По мнению экспертов, основной точкой роста для массового применения дронов в России может стать сельское хозяйство, этот рынок способен удвоиться за очень короткий срок. И именно агродрона, причем «умного», которого не делает никто в мире, сейчас собирает Томский госуниверситет.
Станислав Шидловский, доктор технических наук, декан факультет инновационных технологий (ФИТ) ТГУ
В мире не существует полностью независимых от оператора дронов (по крайней мере, готовых к коммерческому использованию). Полет они осуществляют автономно, это да, но полетное задание всегда выдает оператор, а дрон просто выполняет действие. Если произойдет внештатная ситуация, найти решение самостоятельно он не сможет. Более умные системы должны уметь это делать.
Как решаются главные проблемы дронов?
На факультете инновационных технологий беспилотными системами начали заниматься с 2015 года. Были разные проекты, например, инженеры собрали автономного дрона-охотника, который мог распознавать дрона-разведчика для промышленного и военного шпионажа. Его «научили» видеть благодаря системе технического зрения, а благодаря специальному ПО «охотник» мог прогнозировать движение летательного аппарата и принимать решение о том, в какой момент его атаковать. А еще, что немаловажно, был способен автоматически осуществить посадку по инфракрасным маякам с точностью плюс-минус 20 см (по GPS «точность» составляет плюс-минус пять метров!).
Но этот образец остался, так сказать, выставочным — пять лет назад партнера для производства не нашлось.
Еще одним интересным кейсом, уже с промпартнером, стала работа с ГК «Геоскан» (один из известнейших производителей дронов в России): в 2020 году Томский госуниверситет помогал компании в разработке интеллектуальной системы управления для квадрокоптера, способного переносить до 2.5 кг полезного груза на расстояние до 10 км. В рамках соглашения о сотрудничестве ученые ФИТ создавали системы ориентации и технического зрения, которые позволяли бы дрону-курьеру самостоятельно прокладывать маршрут, обходить высокие дома, провода и другие препятствия. Автономность передвижения при этом была бы гарантирована даже без GPS-сигнала.
Дмитрий Шашев, заместитель декана ФИТ по научной работе:
Во всем мире для доставки с помощью дронов актуальна проблема «последней мили», когда сервиса должен дойти непосредственно до потребителя. Например, из-за плотной городской застройки возникают проблемы с сигналом GPS, беспилотник не может приземлиться в заданную точку доставки и в лучшем случае возвращается на базу (с помощью системы GoHome), в худшем — падает. Но если дрон имеет, например, техническое зрение — то есть камеру с интеллектуальной системой — он может сам «выбрать» местность для приземления, не повредив себе и окружающим. До нас таких вещей в коммерческих дронах никто не делал. В рамках проекта с «Геосканом» мы одни из первых осуществили беспилотную доставку груза в автоматическом режиме (на кампусе ТГУ).
Почему томичи создают именно агродрон?
Технологиями для беспилотников в том или ином ключе занимаются многие коллективы Томского госуниверситета. Так, на физико-техническом факультете идут исследования по созданию конструкций БПЛА планерного типа (с крыльями): разработана уникальная в своем роде программа, в которую заводятся такие параметры, как необходимая дальность полета, грузоподъемность и т.д., и нейросеть на суперкомпьютере оптимизирует профиль летательного аппарата. Также у физиков есть своя технология изготовления беспилотников из композитных материалов.
С другой стороны, ученые биологического института разрабатывают передовые агротехнологии, для применения которых нужен «глаз» сверху. Это, например, определение агрохимических и агрофизических показателей почвы с помощью камер, снимающих в разных диапазонах — инфракрасном, УФ и других.
Все это было объединено в проекте «Комбинированные технологии повышения продуктивности агропроизводств», одном из ключевых для передовой инженерной школы «Агробиотек», созданной в рамках программа развития «Приоритет 2030».
Станислав Шидловский:
Кроме того, в создании агродрона будут использованы наработки партнеров ПИШ ТГУ: предполагается задействовать ТНЦ СО РАН с их сенсорными сетями и СФНЦА, у которого накоплены очень большие исторические данные о почвах в разных регионах Сибири, растительности, внесении разных типов удобрений и их эффективности. Поскольку «Агробиотек» решает не только инженерные, но и образовательные задачи, в разработке агродрона будут задействованы студенты магистерской программы ФИТ «Компьютерная инженерия: ИИ и робототехника».
В феврале команда Томского государственного университета представила в Минобрнауки отчет о реализации программы развития передовой инженерной школы ТГУ. В частности, сообщалось, что интеллектуальная система обеспечения точного земледелия протестирована на разработанной методике дистанционного определения органического углерода в почве с точностью выше 80% при использовании алгоритмов машинного обучения. Разработано ПО для дистанционной оценки состава почв и поданы две заявки на регистрацию программ для ЭВМ.
Тестирование экспериментального беспилотника для сельского хозяйства пройдет осенью 2023 года. На первом этапе агродрон будет заниматься зондированием почвы, на втором исследователи опробуют его способности по точечному внесению удобрений, причем дрон будет сам принимать решение, где, какие и в каком количество удобрения распылять. Базой технике в спрепсективе будет служить дронопорт, который, опять же, сможет функционировать полностью автономно. То есть урожай можно будет выращивать вообще без участия человека и в самых отдаленных местах.
Дмитрий Шашев:
На сельхозполях Европы, Бразилии и Китая уже сейчас используются дроны для внесения удобрений, но автономных среди них нет точно. Наше ноу-хау — это алгоритмическое и программное обеспечение, которое и делает беспилотник «умным», но одна из задач на будущее — создание собственной компонентной базы.
