Безпілотник QuadBoat навчився витягувати потопаючих з води без участі людини

Дослідники з Шеньчженського інституту штучного інтелекту та робототехніки (AIRS), Китайського університету Гонконгу в Шеньчжені та американського Технологічного інституту Стівенса представили безпілотний рятувальний апарат Quad­Boat. Конструкцію розробили за мотивами павука-срібрянки, який здатен пересуватися по поверхні води та захоплювати здобич.

Традиційні засоби порятунку потопаючих зазвичай зводяться до доставки людині рятувального кола чи іншої опори, щоб вона трималася на воді до приїзду рятувальників. У теплій воді це спрацьовує, але в холодній людина може непритомніти ще до прибуття допомоги. Quad­Boat вирішує цю проблему інакше: він самостійно підпливає до постраждалого, піднімає його з води та доставляє до берега або рятувального судна.

Апарат побудований за схемою квадримарана — судна на чотирьох поплавцях із центральною платформою. Поплавці водночас виконують роль рухомих «ніг» із двигунами та гвинтами на кінцях. Кожна нога має чотири ступені свободи: може висуватися, підніматися та повертати поплавець, змінюючи ширину та висоту конструкції. Завдяки цьому ширина Quad­Boat регулюється від 1,188 до 1,85 м, висота — від 0,425 до 0,643 м. Прототип важить 25 кг, розганяється до 0,8 м/с, розрахований на корисне навантаження 20 кг і може працювати близько двох годин.

Система керування побудована за каскадною схемою: модельно-прогнозувальний регулятор (MPC) відповідає за переміщення корпусу, тоді як окремі регулятори управляють швидкістю та рухом кожної «ноги». Бортовий комп’ютер — Rasp­ber­ry Pi 4B із процесором ARM Cor­tex-A72 на 1,8 ГГц та 2 Гбайт пам’яті, а двигунами, гвинтами та зчленуваннями керують плати Arduino Nano. Живлення забезпечує літій-іонна батарея на 12 В ємністю 58 800 мА·год. Камера розпізнає ціль і визначає її положення, а зв’язок із береговим комп’ютером здійснюється через бездротову локальну мережу.

Випробування відбулися у басейні розміром 6×6 м та на відкритій воді. Змінюючи положення ніг, Quad­Boat звужувався і проходив крізь отвір завширшки 1,1 м, опускав корпус для руху під перешкодою та піднімав його, щоб подолати невисокий бар’єр. Середня похибка позиціонування при наведенні камерою склала 16–18 мм. Втім, результати рятувальних експериментів поки що не вражають: у басейні робот успішно «рятував» манекени у 70% випадків, а на відкритій воді — лише у 50%. Середній час виконання завдання становив 116 та 132 секунди відповідно.

Quad­Boat залишається раннім прототипом із помітними обмеженнями. Вантажопідйомності у 20 кг недостатньо для дорослої людини, а вітер, хвилі та відблиски сонячного світла на воді суттєво знижують точність системи наведення. Розробники визнають, що роботи попереду ще чимало.