Международный конкурс летающих роботов

Цель конкурса — стимулировать развитие передовых направлений летающей робототехники^[4]. Задания были ориентированы на продвижение инноваций: с 1991 по 2009 год было предложено шесть миссий, каждая из которых требовала полностью автономного поведения, не продемонстрированного ранее^[5].^[6] В октябре 2013 года была предложена седьмая миссия, впервые включавшая взаимодействие летающих роботов с несколькими наземными роботами^[7]. В 2016 году конкурс и его основатель были отмечены резолюцией сената штата Джорджия как самое продолжительное соревнование по летающей робототехнике в мире^[8].

Первая задача заключалась в перемещении металлического диска с одной стороны арены на другую — задача казалась почти невыполнимой. В течение двух лет команды совершенствовали свои конструкции, и был осуществлён первый автономный взлёт, полёт и посадка командой из Технологического института Джорджии. В 1995 году команда Стенфордского университета смогла полностью автономно переместить диск на другую сторону арены^[9][10].

Во второй миссии командам предлагалось найти свалку токсичных отходов, построить карту расположения полузакопанных бочек, идентифицировать содержимое по маркировкам и доставить образец с одной из бочек^[11]. В 1996 году команда Массачусетского технологического института и Бостонского университета при поддержке Draper Labs создала полностью автономного летающего робота, который сумел построить карту всех пяти бочек и идентифицировать содержимое двух из них с воздуха^[12], выполнив около 75% миссии. В следующем году команда Университет Карнеги — Меллона завершила всю задачу^[10].

Третья миссия началась в 1998 году и была посвящена поисково-спасательной задаче с автономным полётом робота в зону бедствия сквозь огонь, воду, токсичные газы и завалы^[13]. Сценарий воспроизводился на полигоне Министерства энергетики США для реагирования на чрезвычайные ситуации. Для воссоздания жертв использовались аниматроны вместо людей^[14]. Робот Технического университета Берлина успешно обнаружил препятствия, идентифицировал жертв и выживших, передал их изображения и координаты спасателям^[15]. Миссия была завершена в 2000 году^[16].

Четвёртая миссия (2001) включала три разных сценария с аналогичными требованиями к автономности: спасение заложников, поиск древнего мавзолея с культурными ценностями и анализ ситуации после взрыва на ядерном реакторе. Во всех случаях требовалось проникновение внутрь объектов, локализация целей и передача изображений в течение 15 минут^[17]. Испытания проводились на полигоне Fort Benning армии США. К 2008 году 27 команд реализовали все требуемые элементы поведения, кроме одного — выполнение задания менее чем за 15 минут, что считалось возможным при большем времени развития технологий; поэтому миссия была признана завершённой и был объявлен призовой фонд $80 000 для лучших команд^[18][17].

Пятая миссия развивала темы предыдущей: основная задача — полностью автономно маневрировать внутри сложных помещений после проникновения летающим аппаратом, без глобальных навигационных систем, с передачей информации на удалённый пункт^[19]. В 2009 году параллельно прошёл симпозиум по проблемам полётов в помещениях.

Шестая миссия (2010) оставила акцент на автономном полёте внутри зданий, но усложнила задачу: шпионаж с заменой флеш-накопителя в заданной комнате и сокрытием самого факта замены. Событие прошло на базе Пуэрто-риканский университет в Майагуэсе в рамках юбилейного, 20-го конкурса^[20].

Седьмая миссия (2014) поставила задачу, превосходящую по сложности технический уровень летающей робототехники того времени: один автономный робот должен был за 10 минут загнать до 10 автономных наземных роботов через условную границу арены (20×20 м), при этом отсутствовали навигационные стены и GPS, но разрешалось использовать методы оптической одометрии^[21]. За столкновение с наземными препятствиями попытка завершалась без зачёта. Аэробот должен был различать угрозу выхода целевого робота за неправильную границу и корректировать его движение. Победителем 7-й миссии стала Команда Чжэцзянского университета^[22][23], всего участвовало 52 команды из 12 стран^[24].

В 2018 году была объявлена 8-я миссия, впервые сделав акцент на неэлектронном взаимодействии человека и машин: четыре автономных летательных аппарата должны были помогать человеку выполнить задачу, невозможную для него в одиночку, преодолевая противодействие враждебных «дозорных» аэроботов^[25].

В том же 2018 году американский этап прошёл на территории Georgia Institute of Technology (Атланта), азиатско-тихоокеанский — в Бэйханском университете (Пекин, Китай). В 2019 году три команды успешно выполнили миссию в Куньмине (Yunnan Innovation Institute, Beihang University), лучшей была признана команда Нанькинского университета аэронавтики и астранавтики (NUAA), второе место с разницей в 10 секунд — университет Сунь Ятсена, третьим стал Харбинский институт^[26]. NUAA получил приз $10 000.

В 2023 году была завершена 9-я миссия^[27]. Задача: полностью автономный перелёт с бортовой обработкой данных, избегая препятствий и других аэроботов на 3 км, замена 2-килограммового модуля связи на мачте движущейся платформы (корабль при волнении 3 балла) с возвратом за 9 минут^[28]. 12 команд из 4 стран выполняли миссию в домашних университетах из-за ограничений на поездки во время пандемии; победителем стала команда Норвежский университет науки и технологий (NTNU)^[29].^[30]

Десятая миссия объявлена в начале 2025 года^[31]. На этот раз задача — управлять роем небольших (до 0,45 кг) автономных аэроботов исключительно при помощи жестов или голоса, пока человек пересекает 100-метровое минное поле за менее чем 10 минут^[32]. Рой должен обнаруживать и картографировать минные поля по инфракрасным меткам, прокладывать безопасный маршрут человеку. Особое внимание — на координацию, скоростное взаимодействие и автономное групповое поведение аэроботов. Испытания проходят на полигоне Центра по испытаниям БПЛА и противодействию БПЛА близ Хантсвилла, штат Алабама.

Участие в конкурсе принимают преимущественно университетские команды из США и КНР, а также из Германии, Великобритании, Швейцарии, Норвегии, Испании, Канады, Чили, Катара, Ирана и Индии. Размеры команд — от нескольких студентов до двух десятков. В командах могут быть и бакалавры, и аспиранты, но иногда весь состав состоит только из студентов одной ступени. Компании не могут выступать как самостоятельные участники, но могут поддерживать команды финансами и оборудованием^[33].^[34]

Дизайн аэроботов варьируется от традиционных самолётов и вертолётов^[35], до вентиляторных двигателей, дирижаблей^[36] и гибридных/нестандартных конструкций^[37]. Так как основное — автономное поведение, устройство самого летательного аппарата менее важно.

Аэроботы должны быть беспилотными и автономными, способность ориентироваться в полуструктурированной среде арены — главное условие. Разрешено как программное, так и интеллектуальное обеспечение, но во многих миссиях ручное дистанционное управление человеком было запрещено. На размеры и массу летающих роботов обычно накладываются ограничения, а основная силовая установка должна иметь механическую систему аварийного отключения^[38]. Восьмая миссия допускала управление четырьмя автономными аппаратами с помощью жестов или голосовых команд^[25].

В IARC призы почти всегда вручались по принципу «победитель получает всё», но в ранние годы существовали поощрительные выплаты лучшим командам. За третью миссию, выполненную через три года, Технический университет Берлина получил $30 000^[39]. С четвёртой миссии приз стал накапливаться: фонд ежегодно увеличивался на $10 000 за счёт Ассоциации беспилотных транспортных систем (AUVSI Foundation), в 2008 году он составил $80 000. При выполнении задания менее чем за 15 минут победитель получал всю сумму, иначе приз распределялся между командами, приблизившимися к цели по минимальному времени. К 2008 году все элементы требуемого поведения были продемонстрированы, но ни одна команда не собрала полный сценарий за 15 минут; $80 000 были разделены между 10 финалистами (Технологический институт Джорджии — $27 700; Виргинский политехнический институт и государственный университет — $17 700; Эмбри Риддл аэронавтический университет/ДеВрай Калгари — $12 200 и пр.)^[40]. $10 000 в 2009 году за выполнение пятой миссии получила команда Массачусетского технологического института^[41]. В августе 2013 года Цинхуа университет завершил полностью шестую миссию и получил $40 000^[42]. Затем команда Чжэцзянского университета получила $20 000 за миссию 7^[43], Нанькинский университет аэронавтики и астранавтики — $10 000 за миссию 8^[44]. В 2023 году Норвежский университет науки и технологий был награждён $10 000 за лучшее выполнение миссии 9 среди 12 команд США, Китая и Индии^[45].

Создатель конкурса, Роберт Микелсон, бывший президент Ассоциация беспилотных транспортных систем (AUVSI)^[11] IARC был начат при поддержке AUVSI, предоставившей финансирования и гранты^[46]. После удачного старта конкурса на волне медийного успеха, Ассоциация учредила и конкурс интеллектуальных наземных роботов^[47], затем совместно с Военно-морским министерством США появился Международный конкурс автономных подводных аппаратов (1998)^[48]. Все эти проекты, для суши, воды и воздуха, объединяет требование полной автономии. Фонд AUVSI (с 2009 года — RoboNation) до сих пор поддерживает конкурсы материально и организационно при участии отраслевых спонсоров^[49].