Четвертого мая в мире будет отмечаться Международный день беспилотников. Молодой ученый физико-технического факультета ТГУ Куат Исмаилов рассказал в интервьюуниверситетской газете Alma Mater, как это направление развивается в Томском государственном университете, в каких областях БПЛА могут эффективно помогать человеку или заменить его и почему новички в создании беспилотников могут быть успешнее, чем профессионалы.
КАК УЛУЧШИТЬ ПОРОДУ
– Куат, беспилотный транспорт сейчас развивается не просто быстро, а стремительно. Как вы пришли в эту сферу и что нового стараетесь привнести в конструирование БПЛА?
– Я окончил бакалавриат и магистратуру ФТФ ТГУ, после чего уехал в Казахстан. В Алматы находится экспериментальный завод полного цикла KazTechInnovations, где я работал инженером-конструктором БПЛА.
– Почему вернулись в Томск?
– Работа показалось однообразной в перспективе: то, что мог автоматизировать, я автоматизировал. Захотел развиваться дальше, создать себе инструменты проектирования. Решил поступить в аспирантуру и заниматься оптимизацией беспилотников. Изначально у меня были разные варианты, но я узнал, что в Томском госуниверситете есть ученый Сергей Викторович Тимченко, который занимается интересующей меня темой – генетическими алгоритмами оптимизации БПЛА. Еще одним фактором, повлиявшим на выбор, стало то, что я знаю Томск. Так я снова оказался в ТГУ.
Молодой ученый ФТФ ТГУ Куат Исмаилов
– Генетические алгоритмы – звучит как термин из биологии.
– Да, создатели этих алгоритмов вдохновлялись эволюционными процессами природы, отсюда и название. По сути, это те же самые процессы: есть два «родителя», например, самолет с широким крылом малого размаха и с узким крылом большого размаха. В результате «скрещивания» мы получаем третью «особь» с какими-то смешанными характеристиками, плюс возможны какие-то мутации, например, крыло удлинилось. Так перебираются разные варианты, то есть эволюционные процессы похожи на те, что идут в живой природе.
– Вы сказали про аспирантуру. Чему посвящена ваша диссертация?
– Я создаю инструменты оптимизации БПЛА. Дописываю кандидатскую, планирую защиту в этом году. Есть множество методов для того, чтобы улучшить характеристики БПЛА. Я улучшаю планер и ускоряю процесс его создания. Мне кажется, такой инструмент будет очень востребованным, он сможет принести пользу инженерам-конструкторам в решении ряда проблем, возникающих при проектировании.
– Насколько методы оптимизации ускоряют работу над новой моделью?
– В разы. Обычно БПЛА конструируют и тестируют довольно долго. Не всё и не всегда получается хорошо, так, как это требуется по техзаданию. С учетом того, что детальное проектирование и изготовление опытных образцов – процессы дорогостоящие, то в случае, если цель не достигнута сразу, придется либо переделывать, либо заказчик упрощает техзадание, но при этом снижаются характеристики летательного аппарата. Если говорить о сроках, есть пример для сравнения.
На заводе мы как-то работали над моделью БПЛА командой из четырех человек. За месяц посчитали девять вариантов. В аспирантуре в ТГУ я использовал классические методы оптимизации, расчеты проводились две недели на суперкомпьютере. Полученный результат был не пограничным, а полностью соответствовал ТЗ. При этом удалось посчитать 700 конфигураций, улучшить модель – снизить сопротивление воздуха в два раза. Изготовили самолет, провели полетные испытания, расчет с экспериментом полностью сошелся.
БЕСПИЛОТНИК – ДРУГ ЧЕЛОВЕКА
– Куат, беспилотники все меньше воспринимаются как экзотика. Где они могут стать незаменимыми помощниками человека?
– Абсолютно в любой сфере. Например, БПЛА уже научились «заглядывать» внутрь Земли, поэтому их активно используют в геологоразведке. Экологический мониторинг, доставка товаров, аэросъемка для исследований и мониторинга пожаров – все эти функции уже становятся привычными. С каждым днем растет роль БПЛА в развитии сельского хозяйства. Например, ТГУ использует возможности БПЛА в развитии «умного земледелия».
Мы в проекте, который реализуется при поддержке федеральной программы «Приоритет 2030», с помощью БПЛА пытаемся решить такую задачу, каквосстановление лесов после пожаров. Это позволит охватывать труднодоступные территории, пострадавшие от огня.
– На первый взгляд, идея хорошая и довольно простая. Как это будет происходить?
– Как раз простая она только на первый взгляд. Нельзя просто выбросить килограмм семян, пролетая над нужной территорией. Эффект такого посева будет минимален. Необходимо произвести расчеты таким образом, чтобы семена не разнесло ветром, их разброс должен быть равномерным, семена должны приземлиться и заглубиться на расстояниях, чтобы, подрастая, кедры, сосны или другие деревья не мешали друг другу. Для этого каждое семя помещается в капсулу. Нужен такой беспилотник, который сможет нести требуемую полезную нагрузку, совершать полет в течение требуемого времени, чтобы он смог пролететь нужное расстояние и вернуться. Наконец, эта модель должна быть таких размеров, которые позволят поместиться в автомобиль и не потребуют спецтранспорта. То есть вопросов и задач, которые необходимо решить, – масса. Этим мы сейчас и занимаемся.
СТУДЕНТЫ – ЭТО СВЕЖИЙ ВЗГЛЯД
– Куат, помимо научной деятельности вы обучаете студентов решению прикладных задач с помощью БПЛА. Как вы к этому пришли и какие конкретно задачи решаете?
– В школе я занимался авиамоделизмом. Позже, будучи студентом, преподавал ученикам 6-11-х классов. Приехав из Казахстана, решил вернуться к этому, но получилось выйти на более серьезный уровень, поскольку в то самое время в ТГУ появился Проектный парк. Эта площадка оснащена современным оборудованием – вакуумной станцией, 3D-принтерами, фрезерными станками – и открывает большие возможности для создания новых робототехнических систем. Мы набрали первокурсников и предложили им идеи для проектов. Каждый смог выбрать, что ему интересно.
Куат Исмаилов на занятиях в Проектном парке ТГУ
– Насколько это эффективно – давать такие задачи вчерашним школьникам?
– На самом деле, их преимуществом, в отличие от профессионалов, является свежий взгляд. Люди, которые длительное время чем-то занимаются, мыслят узконаправленно, а эти ребята пусть не столь сильны в решении технических задач, но они вполне могут предложить какой-то нестандартный подход. Это очень ценно.
Сейчас я работаю с тремя группами. Одна из них работает над БПЛА-охотником. Это запрос от компании «Геоскан», которая является промпартнером ТГУ. Они создают скоростной БПЛА, который сможет быстро среагировать, догнать и вывести из строя беспилотник-нарушитель. Ребята предложили вариант. Мы рассчитали, вроде как неплохо. Ну и теперь надо бы это дело проверить, изготовить опытный образец, посмотреть, как он будет себя вести.
Вторая команда задействована на выполнении проекта для конкурса СКАТ (его проводит МИФИ). Задание состоит в том, что беспилотник, обладающий компьютерным зрением, должен доставить посылку и при этом точно определить метку. Задачи очень интересные, и это реальные задачи, которые возникают перед инженерами.
С третьей командой мы конструируем станок, который позволит изготовлять пенопластовые детали для легких БПЛА. Они не будут долговечными, но на 100 полетов хватит. Такой самолет можно сделать за день – и к вечеру он будет летать. Сейчас ребята готовят заявку на стартап. У такого типа БПЛА масса преимуществ, это может заинтересовать промышленность. На базе Проектного парка ФТФ студенты научились сами продумывать механику и электронику. У них уже есть не только знания, но и хороший практический опыт, который при устройстве на работу обеспечит этим ребятам хорошие позиции.