Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 159 (full)

• Название: Цифровой журнал «Компьютерра» № 159 (full)
• Автор: Коллектив Авторов
• Жанр: Прочая околокомпьтерная литература

ОглавлениеКолонка

Спор информированных с дезинформированными: как найти оптимальное решение? Автор: Дмитрий Шабанов

Hectic Life Автор: Сергей Голубицкий

Овраг, скрытый от ветра Автор: Михаил Ваннах

Долгое возвращение домой Автор: Сергей Голубицкий

На звёздах солнечного типа происходят сверхмощные вспышки. Вдруг бабахнет? Автор: Дмитрий Вибе

Об Алёне из Эволвы и пальцевом вводе косинуса Автор: Сергей Голубицкий

Пятьсот миллионов мандаринов Автор: Василий Щепетнёв

Ахиллесова пята IT Автор: Сергей Голубицкий

IT-рынок

Семь громких рекламных войн между ИТ-компаниями Автор: Юрий Ильин

Персональный компьютер будет стоить меньше 100 долларов и уместится в кармане? Автор: Андрей Письменный

Автомобильный рынок’2030: железо от «Тойоты», ОС Android, софт из облака и антивирус Касперского? Автор: Денис Викторов

Московская Биржа проводит IPO: почему в этом нужно участвовать вам? Автор: Евгений Золотов

Большая проблема Big data в России Автор: Денис Викторов

Youtube и его партнёры: видео «для интернета» становятся отраслью Автор: Юрий Ильин

Золотая жила, которую нашёл Twitter: кто покупает ваши 140 знаков Автор: Олег Парамонов

Чего ждать от Apple в 2013 году: MacBook Air на ARM, приложения Apple TV, новые iPhone и iPad Автор: Андрей Письменный

Бизнес в социальных медиа: о средствах коммуникации Автор: Юрий Ильин

Тагир Яппаров (АйТи): О «политической воле» и ситуации с госпроектами на рынке ИТ Автор: Тагир Яппаров (АйТи)

jOBS: фильм, которого могло не быть Автор: Евгений Золотов

Dell выкупит все свои ценные бумаги у акционеров Автор: Юрий Ильин

Алекс Экслер: Litres шантажирует разработчиков программ-ридеров Автор: Алекс Экслер (www.exler.ru)

Марк Андриссен пророчит смерть традиционному ритейлу. Не рановато ли? Автор: Денис Викторов

Руслан Тугушев, Boomstarter: «Деньги перетекают к успешным проектам» Автор: Юрий Ильин

Как ломали Нью-Йорк Таймс (и почему не работают антивирусы)? Автор: Евгений Золотов

Угрозы, с которыми столкнутся приставки следующего поколения Автор: Михаил Карпов

Промзона

Instaprint: специальный интернет-принтер для пользователей Instagram Автор: Николай Маслухин

Проект Google Houses: городские скворечники в виде меток Google Maps Автор: Николай Маслухин

Смартфон как внешняя мышка для ноутбука Автор: Николай Маслухин

Тарелка со встроенным доком под смартфон Автор: Николай Маслухин

Mobile

От мошенников VAS не защитит даже ФАС Автор: Максим Букин

Опсосов в России всё меньше, а проникновение сотовой связи — 161 процент Автор: Максим Букин

Роуминг отменят в 2013 году Автор: Максим Букин

Технологии

Рой летающих роботов: как устроены жутковатые аппараты из лаборатории GRASP Автор: Олег Парамонов

Новая космическая гонка: современные космические программы Китая и Индии Автор: Андрей Васильков

Наземные боевые лазеры: от химии к волоконной оптике Автор: Андрей Васильков

Бум домашних роботов начался, но будет не таким, как ждали Автор: Андрей Письменный

Что будет после мультитача: три интерфейса будущего Автор: Олег Парамонов

Инновации

Почему бизнес-ангелы в России все еще не инвесторы, а мифические существа Автор: Валентина Славина, президент НП «Бизнес-ангелы Урала»

Солнечная энергетика на наноантеннах стала ближе Автор: Компьюлента

Социальные стартапы: на ЖКХ и дорогах бизнеса не сделать Автор: Максим Каманин, основатель Displair

Пылесос для стартапов, или Как бы не сдуло всех инноваторов из России — в США Автор: Денис Викторов

Как привлекать инвестиции в стартап Автор: Лев Самсонов, директор по развитию Global TechInnovations

---

p.s. Сам по себе внутрисетевой роуминг — не единственная проблема, которая реально «достает» пользователей. Ну вот например как вам тот факт, что если потребуется поменять SIM-карту, подключить дополнительные услуги или получить детализацию счета, то за этими действиями вас отправят… в домашний регион! Случай более чем реальный по нашим временам в России — например, в том же «МегаФон». Здесь тоже надо, видимо, подрегулировать «сверху».

К оглавлению

Технологии

Рой летающих роботов: как устроены жутковатые аппараты из лаборатории GRASP Олег Парамонов

Опубликовано 08 февраля 2013

Роботы, слишком точно имитирующие живых существ, и роботы, которые ведут себя совершенно противоестественно, в равной степени привлекают внимание и отталкивают. К первой категории относятся механизмы, которые строит фирма Boston Dynamics: их чересчур «органические» движения производят пугающее впечатление. Хороший пример другой крайности — прошлогодние видео, которые показывают жутковатый рой миниатюрных квадролётов, движущихся с неправдоподобной быстротой и слаженностью.

Само по себе роение — это один из наиболее непонятных и несвойственных людям способов организации. Когда мы хотим навести порядок, то инстинктивно начинаем строить иерархии. Неудивительно, что роботы, подражающие муравьям или пчёлам, вызывают такие неоднозначные чувства — и одновременно массу вопросов.

Как устроены эти летающие роботы? В самом ли деле они автономны, или это иллюзия, и их управлением в действительности заведует единый центральный компьютер? Если движение каждого из них просчитывает одна программа, то мы наблюдаем не рой, а нечто вроде единого организма, который состоит из множества элементов, не имеющих механической связи между собой. Это тоже любопытный вариант, но любопытный совсем по-другому.

В отличие от информации о проектах Boston Dynamics, ведущихся на военные деньги и с военной же скрытностью, найти информацию о роящихся квадролётах не так уж трудно. Все необходимые сведения имеются в многочисленных научных работах, которые публикуют их создатели из лаборатории робототехники, автоматизации, очувствления и восприятия университета Пенсильвании (краткое название лаборатории — GRASP). Некоторые дополнительные подробности можно почерпнуть из записей их публичных выступлений и интервью.

При ближайшем рассмотрении оказывается, что миниатюрные квадролёты GRASP представляют собой весьма интересные устройства даже в том случае, если не принимать во внимание их коллективное поведение.

Весь механизм целиком, включая батарею и электронику, весит всего 73 грамма, то есть раза в полтора-два меньше, чем средний смартфон. При этом он умещается на ладони: диаметр каждого из четырёх пропеллеров составляет 8 сантиметров, а в сумме вся конструкция имеет в поперечнике 21 сантиметр.

Хранение энергии — едва ли не главная проблема, с которой сталкиваются создатели электрических квадролётов. Хотя на аккумуляторы, как правило, приходится до половины веса летательного аппарата, это не помогает. Даже с такими большими батареями небольшие квадролёты редко держатся в воздухе дольше пяти минут.

Конструкторы миниатюрных квадролётов GRASP добились в этой области относительно неплохих показателей. Источником энергии служит литий-полимерный аккумулятор ёмкостью 400 мА*ч, весящий 23 грамма. За счёт невысокого энергопотребления время автономной работы аппарата удалось довести до 11 минут.

Бортовой компьютер основан на процессоре ARM Cortex-M3 с тактовой частотой 700 МГц. Он обрабатывает информацию, поступающую с датчиков: трёхосного акселерометра, трёхосного же магентометра, барометра для измерения высоты и двух гироскопов, один из которых, двухосный, измеряет тангаж и крен, а другой, одноосный, измеряет рыскание устройства.

Нетрудно заметить, что все эти датчики сообщают лишь о перемещениях того квадролёта, на котором они установлены. Ни один из них не позволяет узнать, что происходит вокруг. Для этого необходима видеокамера или хотя бы дальномер, но их нет.

В GRASP имеются квадрокоптеры, снабжённые в дополнение к прочим датчикам ещё и камерой Kinect. Они способны самостоятельно построить трёхмерную картину своего окружения, но по очевидным причинам гораздо крупнее, чем те летающие роботы, о которых идёт речь в этой статье. Поскольку исследователей интересовала максимальная миниатюрность, им пришлось пойти на компромисс.

Миниатюрные квадролёты GRASP ориентируются в пространстве с помощью внешней системы захвата движения компании Vicon, которая установлена в лаборатории. Данные, которые она собирает, подвергаются первичной обработке на стационарной рабочей станции, а затем передаются квадролётам по беспроводному протоколу ZigBee. Обмен информацией между рабочей станцией и каждым роботом происходит сто раз в секунду.

Погоня за миниатюрностью имеет объяснение. Миниатюрные квадролёты отличаются почти сверхъестественной маневренностью. Именно она делает их движения настолько странными и неестественными. Аппарат совершает 360-градусный кувырок быстрее, чем за полсекунды, а за секунду он способен «прыгнуть» в сторону на ширину своего корпуса или совершить больше пяти оборотов вокруг одной из осей.

Видео, которые публиковали исследователи, наглядно показывают, что даёт такая маневренность. Стремительные прыжки и мгновенные изменения ориентации устройства позволяют выполнять трюки, которые были бы невозможными в другом случае — например, преодолевать узкие проёмы, на долю секунды наклонившись на 90 градусов.

Побочный эффект миниатюрности — исключительно низкая грузоподъёмность. Это она подтолкнула исследователей к экспериментам с коллективами роботов. Да, один маленький квадролёт слаб, но достаточно большая группа роботов справится с чем угодно. Когда профессор Виджай Кумар из лаборатории GRASP выступал на конференции TED, он проиллюстрировал эту идею видеороликом, показывающим муравьёв, которые совместными усилиями несут в муравейник груз, неподъёмный для любого из них по отдельности.

Муравьи, несущие груз

На TED Кумар рассказал, что для того, чтобы организовать совместную работу большого коллектива летающих роботов, следует руководствоваться тремя принципами. Во-первых, управление должно быть децентрализованным. Введение иерархии непозволительно усложнит и замедлит процесс. Подобно муравьям, роботам следует научиться обходиться без лидера. Во-вторых, роботы должны быть взаимозаменяемы и неотличимы друг от друга (принцип «анонимности»). В-третьих, они должны использовать лишь информацию, доступную локально.

Слаженное групповое поведение, которое на первый взгляд кажется невозможным без строгой организации, в действительности может быть полностью децентрализованным и неуправляемым. Знаменитое приложение Boids, разработанное специалистом по компьютерной графике Крейгом Рейнольдсом в 1986 году, демонстрирует это как нельзя лучше.

Каждый объект в Boids выбирает свой путь на основании трёх простых правил. Первое правило: держать дистанцию между собой и другим объектам. Второе правило: двигаться в том направлении, где находится ближайший объект. Третье правило: стремиться к центру массы группы ближайших объектов.

Результат: объекты на экране Boids самоорганизуются в подвижные группы, движущиеся поразительно похоже на настоящие стаи птиц или косяки рыб. Чуть доработанные алгоритмы Boids часто используют при изготовлении спецэффектов в кино, когда нужно изобразить правдоподобное поведение толпы людей.

Поскольку летающим роботам незачем имитировать стаи птиц, они могут обойтись ещё более простым алгоритмом. Чтобы не сталкиваться в полёте, они должны всего лишь поддерживать стабильную дистанцию между собой и другими роботами. Каждый из них в этом случае может выполнять свою задачу независимо и менять траекторию лишь при возникновении угрозы столкновения — маневренности как раз хватит.

Это, впрочем, теория. В GRASP ведутся исследования в области децентрализованного управления коллективами роботов (как летающих, так и наземных), однако миниатюрные квадролёты с видео используют принципы, перечисленные Виджеем Кумаром, далеко не в полной мере.

Согласно работе Towards A Swarm of Agile Micro Quadrotors, которую опубликовали в прошлом году Алекс Кушелев, Дэниел Меллингер и Виджай Кумар из лаборатории GRASP, коллектив летающих роботов на видео состоит из нескольких групп. Группы не связаны между собой и взаимодействуют децентрализованно, но внутри каждой из них царит жёсткая дисциплина.

Четыре группы роботов преодолевают окно

В публикации обсуждается два способа организации групп, подходящих для разных ситуаций. Один вариант — полёт строем, когда роботы располагаются в определённом порядке, а затем повторяют все движения лидера. Другой вариант — полёт цепочкой, при котором лидер летит первым, а остальные следуют за ним с определённой задержкой. В обоих случаях необходимо просчитывать лишь траекторию лидера, что значительно упрощает дело.