Робот, дрон и нейросеть: как устроен маёвский комплекс для осмотра самолётов

Специалисты Московского авиационного института совместно с компанией «СК-Роботикс» создали роботизированный комплекс для осмотра пассажирских самолётов, не имеющий полных аналогов в мире. Об этом рассказал один из разработчиков системы, генеральный директор «СК-Роботикс» Марк Шумов. Изделие представляет собой соединённые тросом колёсную платформу и беспилотник-квадрокоптер. Главное достоинство комплекса — возможность автоматизированного осмотра всех элементов воздушного судна. Как утверждает Шумов, изделие позволит решить проблемы обнаружения даже незначительных дефектов на поверхности лайнеров.

Ваша компания совместно с учёными МАИ разработала роботизированный комплекс для осмотра наружной поверхности воздушных судов на предмет различных повреждений. Такие автономные системы уже используются в других странах. Вы переработали зарубежный опыт или создали оригинальное изделие?

Естественно, мы изучали зарубежный опыт и создали оригинальный двухсредный комплекс, состоящий из физически связанных наземного четырёхколёсного робота и беспилотника.

Подобное решение для диагностики воздушного судна ещё никто в мире не применял. Взаимодействующие беспилотники и роботизированные наземные средства за рубежом тоже используются, но для иных целей.

В нашей разработке учтены авиационные требования к безопасности, согласно которым полёты дронов в аэропортах запрещены. По этой причине дрон, выполненный по схеме квадрокоптера, мы соединили с наземным роботом гибким тросом. Специальный механизм регулирует высоту подъёма беспилотника, степень натяжения и наклон троса.

Робот и дрон находятся в общем информационном пространстве, обмениваются данными, их работа синхронизирована. Наземный робот осматривает нижнюю часть фюзеляжа и крыла самолёта, а беспилотник — все элементы верхней полусферы.

Главным отличием нашего изделия от иностранных аналогов я считаю возможность получения данных о всей поверхности воздушного судна в автоматическом режиме. За рубежом в целях диагностики воздушного судна практикуется раздельное использование дрона и наземного колёсного робота. У нас же комплексный подход, которого нет нигде в мире.

Роботизированный комплекс был создан в тесном сотрудничестве с кафедрой 305 «Пилотажно-навигационные и информационно-измерительные комплексы» Московского авиационного института.

В ходе реализации нашего проекта мы получили грант от Фонда содействия инновациям (сейчас Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере). На эти деньги осуществляется обучение нейросети для автоматического выявления дефектов и обеспечения устойчивой работы комплекса.

Что подтолкнуло вас к такой разработке?

Не так давно наша компания совместно с МАИ разработала систему роботизированного патрулирования, которая проходила опытную эксплуатацию в аэропорту Жуковский. Правда, она выполняет иные функции — главным образом система осуществляет идентификацию с помощью камер и нейросетевых алгоритмов.

Патрульный робот предназначен для создания дополнительного уровня безопасности в аэропортах, сокращения рисков противоправных действий, в том числе террористической направленности.

В процессе его опытной эксплуатации возникла идея продолжить работу над повышением безопасности, создав комплекс мониторинга наружной поверхности воздушных судов.

Наш «биробот» построен на тех же принципах, что и патрульная система. От неё он унаследовал систему управления и навигации, которая, безусловно, была серьёзно переработана. В новую платформу также интегрирована обучаемая нейросеть: чем больше операций выполняет комплекс, тем эффективнее он обнаруживает дефекты наружной поверхности.

Как выглядит работа вашей платформы?

Комплекс подъезжает к воздушному судну. Затем оператор вводит в систему параметры его ориентации и габариты, на основе которых формируется траектория перемещения компонентов комплекса для осмотра наружной поверхности.

Этот процесс проводится в полуавтоматическом режиме — оператор лишь иногда вмешивается в управление. Собранные комплексом данные обрабатываются с использованием разработанного нами специализированного программного обеспечения. Затем с помощью нейросети определяются различные типы повреждений, местоположение и параметры которых отмечаются на трёхмерной модели воздушного судна у ответственного оператора.

У наземной платформы все колёса ведущие — она очень манёвренная, способна передвигаться по снегу, перевозя на себе дрон к месту осмотра. Замечу, что в применении дрона есть погодные ограничения. Например, для него критичны сильные порывы ветра.

Безусловным достоинством комплекса является его способность хорошо ориентироваться в пространстве. Во многом это качество достигается благодаря системе навигации, которая разработана совместно со специалистами кафедры 305 МАИ. «Биробот» может использовать сигналы спутников или действовать независимо от них благодаря комплексной инерциально-одометрической системе с микромеханическими датчиками.

Самое сложное — это обеспечение функционирования комплекса как единого целого. Например, чтобы дрон смог приземлиться на колёсного робота, тросовый механизм должен адекватно реагировать на натяжение и ослабление, не допуская значительного провисания троса или нештатного отдаления дрона. Поэтому мы постоянно совершенствуем систему управления этим механизмом и её программное обеспечение.

Почему функции осмотра нельзя оставить за человеком?

Безусловно, человек может осматривать воздушное судно, выявлять трещины и деформации. Собственно, это сейчас и делает инженерно-технический персонал авиакомпаний во всех аэропортах мира.

В подавляющем большинстве случаев эта работа выполняется ответственно. Однако по понятным причинам она ни по качеству, ни по времени исполнения не соответствует современным требованиям. Кроме того, весьма затруднена оценка состояния верхней части наружной поверхности самолёта. А ведь там тоже могут быть повреждения, возникающие из-за так называемых усталостных факторов (деградация механических свойств материала в результате эксплуатационных нагрузок), выпадения заклёпок, столкновения с птицами и т. д.

При этом, как я уже говорил, из-за законодательных ограничений в нашей стране в аэропорту не допускается использование беспилотников, с борта которых можно было бы идентифицировать эти повреждения.

Никто не отменял и пресловутый человеческий фактор. К сожалению, история отечественной и мировой авиации знает случаи, когда халатность или недостаточная внимательность приводила к нештатным ситуациям и даже к катастрофам.

Так, в мае 2019 года из Шереметьево в аэропорт Ижевска вылетел SSJ-100 с неотцепленным тросом заземления. Это устройство представляет собой специальный металлический провод с зажимом, который необходим для удаления статического электричества (самолёт накапливает его в полёте при трении о воздух).

Обычно трос заземления перед полётом укладывают в специальную коробку, которую оставляют на земле. Однако этого не было сделано. В итоге трос убрали в нишу для шасси, и при осмотре никто не обратил на это внимания.

Полёт проходил благополучно, но, когда лайнер заходил на посадку, трос выпал из ниши и стал бить по фюзеляжу. После приземления техники насчитали на нём около 30 пробоин, которые напоминали крупнокалиберные пулевые отверстия. В итоге лайнер пришлось отправить в ремонт.

Я говорю об инциденте с SSJ как о примере периодически случающихся человеческих ошибок: перед полётом недоработали наземные службы, авиатехники не обнаружили ничего необычного при осмотре. В данном случае всё обошлось, за исключением, конечно, финансовых потерь авиаперевозчика и ущерба, нанесённого нервной системе пассажиров, слышавших во время захода на посадку грохот ударов по обшивке лайнера.

Человека не нужно полностью заменять роботами. Но при осмотре воздушных судов имеет смысл использовать автономные машины для более тщательного решения задач в целях безопасности. Кроме того, это выгодно авиакомпаниям, которые из-за человеческого фактора порой терпят значительные издержки.

А на что при осмотре самолёта в принципе необходимо обращать внимание?

В ходе осмотра лайнеров, как правило, обнаруживаются перечисленные выше дефекты. Чаще всего они несущественные. Тем не менее в процессе эксплуатации лайнера, например, трещины могут увеличиваться в размерах, и на каком-то этапе требуется срочно их устранить. Естественно, редкими, но очень серьёзными являются сквозные повреждения элементов конструкции.

Помимо этого, при осмотре самолёта обращают внимание на состояние крыла, шасси, многочисленных лючков, креплений, щитков, заправочных штуцеров и индикаторов.

Много ли в вашем роботизированном комплексе импортных комплектующих? Есть ли риски ограничений поставок?

В комплексе достаточно много высокотехнологичных комплектующих — электромоторов, контроллеров, вычислительного оборудования, систем обмена данными.

Как и другие компании, мы создавали его, опираясь на доступные глобальному рынку системы и агрегаты. Сейчас всё стало несколько сложнее. Но шторм, который был на рынке весной, постепенно стихает. Санкции пока нас почти не затрагивают.

Часть комплектующих мы уже можем покупать и в России. Например, недавно появился достойный отечественный аналог нейросетевого ускорителя.

Какие у вас планы на будущее? Будете ли вы совершенствовать осмотровый робот?

Нам уже удалось добиться прорывных результатов. Конечно, главной целью является достижение коммерческого успеха. Интерес к двухкомпонентному роботизированному комплексу есть. Мы готовы его дорабатывать под требования заказчиков. В ближайшее время планируется тестовая эксплуатация комплекса в аэропорту Жуковский.

Уверен, что наше изделие непременно будет становиться совершеннее за счёт накапливания тематических данных и опыта. Чем больше мы будем проводить осмотров, тем более обученной будет становиться нейросеть комплекса.

В перспективе изделие в целом может стать инструментом формирования электронных жизненных циклов — паспортизации состояния воздушных судов и других инженерных объектов (будь то вышка сотовой связи, мост или круизный лайнер). Такой подход позволит прогнозировать возможные отказы, деформации и разрушения.