Λογισμικό και hardware για τον συντονισμό μιας ομάδας μη επανδρωμένων αεροσκαφών, τα οποία θα επικοινωνούν και θα συνεργάζονται για την επίτευξη ενός κοινού στόχου, ανέπτυξαν ερευνητές του KAUST (King Abdullah University of Science and Technology, Σαουδική Αραβία).
«Το να δώσεις στα UAV μεγαλύτερη αυτονομία τα κάνει ακόμα πιο πολύτιμα ως μέσα» λέει ο Μοχάμεντ Αμπντελκαντέρ, ο οποίος δούλεψε πάνω στο πρόγραμμα αυτό μαζί με συναδέλφους του υπό την επίβλεψη του Τζεφ Σάμα. «Η παρακολούθηση ενός drone που έχει αποσταλεί σε μια συγκεκριμένη αποστολή είναι πολύ πιο εύκολη από το να πιλοτάρεις ένα εξ αποστάσεως ο ίδιος. Μια ομάδα από drones που μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους παρέχει ένα εργαλείο που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ευρέως, για παράδειγμα για τη βελτίωση της ασφαλείας ή τη λήψη φωτογραφιών ταυτόχρονα σε μια μεγάλη περιοχή».
Οι ερευνητές έκαναν δοκιμές σε ένα σενάριο «capture the flag», όπου μια ομάδα αμυνόμενων drones λειτουργούσε συντονισμένα για να αναχαιτίσει ένα drone- εισβολέα (το οποίο ελεγχόταν μέσω τηλεχειρισμού και να το εμποδίσει να φτάσει σε ένα συγκεκριμένο σημείο.
O Αμπελκαντέρ και οι συνάδελφοί του γρήγορα εγκατέλειψαν την ιδέα μιας κεντρικής βάσης με την οποία θα επικοινωνούσαν τα drones. Αντ'αυτού κατασκεύασαν ειδικά UAV, που το καθένα ενσωμάτωνε ένα ελαφρύ σύστημα υπολογιστή/ wi-fi, έτσι ώστε να μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους κατά την πτήση.
«Μια αρχιτεκτονική κεντρικού τύπου χρειάζεται σημαντική υπολογιστική ισχύ για να λαμβάνει και να μεταδίδει πολλαπλά σήματα, και έχει επίσης ένα πιθανό σημείο ολικής κατάρρευσης- τον σταθμό- βάση» λέει ο Σάμα. «Αντ'αυτού, σχεδιάσαμε μια διεσπαρμένη/ κατανεμημένη αρχιτεκτονική, στην οποία τα drones συντονίζονται με βάση τοπικές πληροφορίες και επικοινωνίες peer-to-peer».
Ο αλγόριθμος που ανέπτυξαν οι ερευνητές έχει σκοπό να επιτύχει ένα βέλτιστο δυνατό επίπεδο επικοινωνίας peer-to-peer και ταχύτατους χρόνους αντίδρασης, χωρίς πολύ «βαριές» υπολογιστικές διαδικασίες. Αυτό επιτρέπει στον αλγόριθμο να λειτουργεί αποτελεσματικά σε πραγματικό χρόνο, ενώ τα drones καταδιώκουν τον εισβολέα.
«Το καθένα από τα drones μας φτιάχνει το δικό του σχέδιο, με βάση μια πρόβλεψη των αισιόδοξων εκτιμήσεων των ενεργειών των συντρόφων του και απαισιόδοξων εκτιμήσεων των ενεργειών των αντιπάλων» εξηγεί ο Αμπντελκαντέρ. «Από τη στιγμή που αυτές οι προβλέψεις μπορεί να είναι ανακριβείς, κάθε drone εκτελεί μόνο μέρος του σχεδίου του, και μετά αξιολογεί ξανά την κατάσταση πριν τον επανασχεδιασμό».
Ο αλγόριθμος λειτούργησε καλά τόσο σε εσωτερικούς όσο και σε εξωτερικούς χώρους, υπό διαφορετικά σενάρια επίθεσης. Ο Αμπντελκαντέρ ελπίζει πως το λογισμικό, που πλέον είναι διαθέσιμο σε open source, θα αποτελέσει πλατφόρμα δοκιμών για πολλαπλές εφαρμογές.
«Το να δώσεις στα UAV μεγαλύτερη αυτονομία τα κάνει ακόμα πιο πολύτιμα ως μέσα» λέει ο Μοχάμεντ Αμπντελκαντέρ, ο οποίος δούλεψε πάνω στο πρόγραμμα αυτό μαζί με συναδέλφους του υπό την επίβλεψη του Τζεφ Σάμα. «Η παρακολούθηση ενός drone που έχει αποσταλεί σε μια συγκεκριμένη αποστολή είναι πολύ πιο εύκολη από το να πιλοτάρεις ένα εξ αποστάσεως ο ίδιος. Μια ομάδα από drones που μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους παρέχει ένα εργαλείο που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ευρέως, για παράδειγμα για τη βελτίωση της ασφαλείας ή τη λήψη φωτογραφιών ταυτόχρονα σε μια μεγάλη περιοχή».
Οι ερευνητές έκαναν δοκιμές σε ένα σενάριο «capture the flag», όπου μια ομάδα αμυνόμενων drones λειτουργούσε συντονισμένα για να αναχαιτίσει ένα drone- εισβολέα (το οποίο ελεγχόταν μέσω τηλεχειρισμού και να το εμποδίσει να φτάσει σε ένα συγκεκριμένο σημείο.
O Αμπελκαντέρ και οι συνάδελφοί του γρήγορα εγκατέλειψαν την ιδέα μιας κεντρικής βάσης με την οποία θα επικοινωνούσαν τα drones. Αντ'αυτού κατασκεύασαν ειδικά UAV, που το καθένα ενσωμάτωνε ένα ελαφρύ σύστημα υπολογιστή/ wi-fi, έτσι ώστε να μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους κατά την πτήση.
«Μια αρχιτεκτονική κεντρικού τύπου χρειάζεται σημαντική υπολογιστική ισχύ για να λαμβάνει και να μεταδίδει πολλαπλά σήματα, και έχει επίσης ένα πιθανό σημείο ολικής κατάρρευσης- τον σταθμό- βάση» λέει ο Σάμα. «Αντ'αυτού, σχεδιάσαμε μια διεσπαρμένη/ κατανεμημένη αρχιτεκτονική, στην οποία τα drones συντονίζονται με βάση τοπικές πληροφορίες και επικοινωνίες peer-to-peer».
Ο αλγόριθμος που ανέπτυξαν οι ερευνητές έχει σκοπό να επιτύχει ένα βέλτιστο δυνατό επίπεδο επικοινωνίας peer-to-peer και ταχύτατους χρόνους αντίδρασης, χωρίς πολύ «βαριές» υπολογιστικές διαδικασίες. Αυτό επιτρέπει στον αλγόριθμο να λειτουργεί αποτελεσματικά σε πραγματικό χρόνο, ενώ τα drones καταδιώκουν τον εισβολέα.
«Το καθένα από τα drones μας φτιάχνει το δικό του σχέδιο, με βάση μια πρόβλεψη των αισιόδοξων εκτιμήσεων των ενεργειών των συντρόφων του και απαισιόδοξων εκτιμήσεων των ενεργειών των αντιπάλων» εξηγεί ο Αμπντελκαντέρ. «Από τη στιγμή που αυτές οι προβλέψεις μπορεί να είναι ανακριβείς, κάθε drone εκτελεί μόνο μέρος του σχεδίου του, και μετά αξιολογεί ξανά την κατάσταση πριν τον επανασχεδιασμό».
Ο αλγόριθμος λειτούργησε καλά τόσο σε εσωτερικούς όσο και σε εξωτερικούς χώρους, υπό διαφορετικά σενάρια επίθεσης. Ο Αμπντελκαντέρ ελπίζει πως το λογισμικό, που πλέον είναι διαθέσιμο σε open source, θα αποτελέσει πλατφόρμα δοκιμών για πολλαπλές εφαρμογές.
