A világ első, pilóta nélkül repülő, autonóm drónrajával a madarak viselkedését mintázzák magyar kutatók
Az ELTE Biológiai Fizika tanszékének kutatói úttörők a drónrajok irányítási technológiájának fejlesztésében, amit állatrajok csoportos viselkedése inspirált. Több mint 10 éven keresztül vizsgálták azt, hogy az állatok miként kommunikálnak egymással, hogyan hoznak döntéseket, milyen hierarchia uralkodik csoportjaikban, és hogyan tudnak egyéni döntésekből egységes álláspontot kialakítani. 2014-ben a feltérképezett viselkedésmintákat átültették mesterséges egyedekre, így jött létre a világ első pilóta nélkül repülő, autonóm drónraja. Az izgalmas újdonságról Dr. Vásárhelyi Gáborral fizikussal, az ELTE tudományos főmunkatársával beszélgettünk.
– Meséljen kicsit a biológiai fizikáról! Szerintem sokak előtt ismeretlen ez a terület.
– A kutatásaink az ELTE Biológiai Fizika Tanszékén indultak. Ez egy nagyon izgalmas tanszék, úgynevezett interdiszciplináris, tehát tudományok közti. Vagyis tudományok együttműködésével kutatható dolgokkal foglalkozunk.
Jelen esetben a természet megértésével foglalkozó biológiai tudományok mellé társulnak a statisztikus fizika eszközei, módszerei. Például, amíg a biológusok önmagukban személyes megfigyeléssel, jegyzetekkel gyűjtenek adatot arról, hogy az állatok hogyan viselkednek, addig mi megpróbáljuk technologizálni és automatizálni ezt a folyamatot.
GPS vevőket fejlesztünk, ami madarakra szerelve tárolják, hogy az élőlények merre mennek, videokamerával veszünk fel állati viselkedést, és aztán mesterséges intelligenciával elemezzük nagy adathalmazon.
– Részben megválaszolta a következő kérdésemet is, hogy miként lehet megfigyelni madárrajokat. Ezek szerint GPS-szel.
– Több lehetőség is van. Az egyik módszert, amit mi nem, de például római kutatók seregélyekkel csinálnak, hogy felvételeket készítenek a madarakról több irányból, és a felvételek összevetéséből próbálják rekonstruálni a madarak helyzetét 3D-s térben.
Mi a GPS-es módszerrel elsősorban olyan madarakat tudtunk megfigyelni, amelyek valamilyen formában barátságban vannak az emberrel. A hortobágyi madárkórházban nevelt gólyákkal kezdtük. Ezek szelíd gólyák, akikhez oda lehet menni, rájuk lehet tenni az eszközt.
Postagalambokkal is dolgoztunk, amelyek szintén szelídített állatok, de nagyon nagy repülési teljesítményre képesek, és nagyon jó navigációs képességeik vannak.
– Az egy dolog, hogy meg tudják figyelni a madarak mozgását. De miként lehet tanulmányozni azt, hogy hogyan navigálnak és kommunikálnak? Leegyszerűsítve: hogyan beszélik meg egymással a madarak, hogy hova mennek?
– Sajnos a madarak beszédét nem értjük. Valószínűleg sokkal több mindenről, és sokkal részletesebben beszélnek, mint ahogy azt mi képzeljük. Ezért csak implicit, tehát nem direkt módon lehet az ő kommunikációjukkal foglalkozni.
Ennek az egyik módja a statisztikus adatelemzés. Ha van egy madárcsoportunk, és a csoport minden tagján van egy adatrögzítő, akkor mérni tudjuk, hogy ha a csoport egyik tagja jobbra fordul, akkor a többiek ezt a jobbra fordulást hozzá képest előbb vagy később kezdik meg. Ebből információ származik arról, hogy ezt az irányváltást ki kezdeményezte, mik a hierarchikus kommunikációs sorrendek.
Ezt nyilván nem egyetlen kanyarodásból vezetjük le, hanem sok-sok napon keresztüli adatgyűjtésből, statisztikus átlagokkal. Azt például már tudjuk ebből, hogy vannak jobb navigációs képességű madarak, akik inkább hoznak jó döntéseket, és vannak gyengébb képességűek.
– Hogy dől el, hogy ki navigál? Hasonló, mint az alfahím kiválasztása?
– Ez egy nagyon érdekes megfigyelésünk volt: az, hogy ki a navigátor, az független attól, hogy ki az alfahím. Tehát a földön van egyfajta dominancia, amit más állatoknál is ismerünk. De a levegőben lévő döntési hierarchia az ettől teljesen független.
Az emberek esetében ismerünk hasonlót. Ugyanaz a személy sokszor egészen máshol áll a hierarchiában a munkahelyén, mint a családjában, vagy mondjuk a kórusban, ahova jár.
– Tulajdonképpen miért nem tudunk a madarakkal kommunikálni? A mai technika mellett nyilván nem okoz gondot rögzíteni és analizálni a madarak által kibocsátott különböző hangokat. Nem lehetne ezeket a hangokat visszajátszani nekik, és a reakcióik alapján kikövetkeztetni, hogy melyik mit jelenthet számukra?
– Az állati kommunikáció feltérképezéséről inkább etológusokat kellene megkérdezni, nekem nem elég nagy a tudásom ezen a területen. De személyes érzésem az, hogy sokkal részletesebben beszélgetnek az állatok, mint azt mi hisszük, intelligenciájuk magasabb, mint gondoljuk, és talán pont azért nem gondoljuk őket elég intelligensnek, mert nem értjük a beszédüket.
Hasonló ez, mint amikor valaki egy idegen nyelvű országban él: az anyanyelvi beszélők sokszor kevésbé intelligensnek tekintik, mert nem tudja olyan jól kifejezni magát az ő nyelvükön.
Erre vannak kutatások is.
Nyilván, hogyha tudják egymás nevét és rokoni viszonyaikat, akkor nagyon sok mást is tudnak, ami kontextus, és amiről lehet beszélgetni.
Nagyon várom a mesterséges intelligencia ilyen irányú alkalmazását, hogy megpróbáljuk nagy adathalmazon, valamilyen öntanuló rendszerrel, lényegesen részletesebben megismerni más fajok nyelvét. Ez nagyon izgalmas terület.
– Pilóta nélküli, autonóm drónrajokról beszélünk. Tehát nem távirányítóval, a földről irányítják őket, hanem egymással kommunikálva alakítják az útvonalukat.
– Igen. A kutatás első része az állati viselkedés megértése volt, a második része pedig ennek leutánozása ugyanolyan felépítésű rendszerben. A madarakat sem a földről irányítják, hanem minden egyes madár agyában működik egy döntési és környezetérzékelési mechanizmus. Ugyanígy a drónjaink is el vannak látva környezetérzékelőkkel, kommunikációs eszközökkel, amivel tudnak egymással egyeztetni, és rendelkeznek egy döntési algoritmusstruktúrával, amivel az egyéni és csoportos döntéseket meg tudják hozni.
– De azért gondolom, valamiféle kontrol mégiscsak van, elvégre nem repkedhetnek a drónok csak úgy a vakvilágba, amerre a kedvük tartja.
– Az irányítást raj szinten kell elképzelni. A „Mit?” kérdését az ember tudja megmondani, a „Hogyan?” kérdését pedig a drónok találják ki. Például meg tudom mondani a drónoknak, hogy menjetek egy adott pont fölé. Vagy keressetek egy ilyen és ilyen jellegű tárgyat.
Nyilván arra is van lehetőség, hogy egyénileg belenyúljunk egy-egy drón mozgásába, felülbírálva a döntéseit. A többieknek ilyenkor automatikusan alkalmazkodnia kell ahhoz, hogy valami megváltozott.
– Mik a hasznosítási lehetőségei ennek a technológiának?
– A nemzetközi sikereken felbuzdulva 2015-ben alapítottuk a tanszéken a CollMot Kft-t azzal a céllal, hogy a drónrajok üzleti hasznosítását körbejárjuk. Az első lehetőség, amiben sok drónra volt szükség, az a szórakoztatóipar lett.
A hadászati alkalmazás mellett a mai napig ez az egyetlen felfutott üzletág, ahol nagyon sok drónt használnak egyszerre. Egyrészt nagyon látványos és a nagyközönséghez könnyen eljuttatható, másrészt viszonylag egyszerű dolog. A drónoknak nem kell semmilyen bonyolult méréstechnikai feladatot ellátniuk, „csak” világítaniuk.
– Mik voltak a legemlékezetesebb drónshow-k?
– Nagyon sok helyen jártunk a világban, és itthon is kezd egyre népszerűbbé és elérhetőbbé válni ez a fajta látványosság. Olyan helyekre juthattunk el, ahová átlagember be sem teheti a lábát. A pályafutásunk egyik csúcspontja a királynőnek adott drónshow volt a Buckingham-palota kertjében.
Mostanáig három alkalommal vettünk részt a budapesti, augusztus 20-i tűzijáték kiegészítő elemeként. Felemelő érzés, amikor 200-500 ezer ember nézi élőben a bemutatónkat.
– Felmerült az is, hogy a drónok hossztávon akár ki is válthatnák a tűzijátékot. Mik az előnyei?
– A tűzijátéknál az egyes világító részecskéknek az útját nem lehet programozni. Itt viszont minden egyes fénypont útját pontosan meghatározhatjuk térben és időben. Ez nagyon nagyfokú szabadságot ad és új művészeti kifejezési felületet jelent. Akár személyre szabott üzenetet is át lehet adni egy hatalmas, égi „kivetítőn”.
– Adja magát a kérdés, hogy költség szempontból a drónshow hogy viszonyul a tűzijátékhoz?
– Mindkét látványosság elég széles tartományban skálázható. Lehet kisebb méretű drónshow-kat rendelni kisebb költséggel, és lehet gigantikusat. A világrekord az valahol ötezer drónnál tart. Jelenleg a drónshowknak a belépési küszöbe valamivel magasabb, mint a tűzijátéknak, de a technológia automatizálásával mi is folyamatosan arra törekszünk, hogy minél szélesebb körben elérhető legyen.
– A tüzijátékkal kapcsolatban az egyik legfontosabb ellenérv, hogy megijeszti az állatokat. A drónoknak milyen negatív környezeti hatása van? Gondolok itt például a madarakkal, repülő rovarokkal való balesetekre.
– A drónok határozott előnye, hogy nem kell rakétákat fellőni a földről. Lehet a drónokra is tűzijáték elemeket szerelni, de azt sem kell kilőni, csak leszórni, annak pedig nincsen hangja. De ha csak a ledlámpákat használjuk, akkor a drón még káros anyagot sem bocsájt ki ott helyben.
Nyilván minden technikai eszköz használata valamilyen mértékű kompromisszummal, szennyezéssel jár, például a drónok akkumulátorokat használnak aminek előállítása során környezeti kár keletkezik.
A drónok valós veszélye, hogy forgó alkatrész van bennük. A gyorsan forgó propellerek a gyorsan haladó autókhoz hasonlóan a repülő kisrovarokra nézve jelenthetnek kockázatot, a helyzetet pedig némiképp ronthatja, hogy sok rovar vonzódik a fényes objektumokhoz az éjszakai sötétben, így talán a villogó drónokhoz is. De az általános emberi fényszennyezéshez képest elenyésző az az 5-10 perc és fénymennyiség, amíg egy ilyen drónshow lemegy.
A madarakra vonatkozóan vannak olyan jelentett balesetek, hogy azok a nagyobb testű ragadozómadarak, akiknek a fészke közelében elrepülnek a drónok, rátámadnak a gépekre, és azok lezuhannak. Ez viszonylag ritka, a hatóságok egyre inkább igyekeznek elzárni a védett költőhelyeket a drónozóktól.
Egyébként sokat dolgozunk a drónokkal természetvédelmi célból is, védett madarak fészkelőhelyeinek és állományának felmérését sokszor végezzük nemzeti parkokkal együttműködve drónnal. Az a tapasztalatunk, hogy viszonylag ritka a konfliktus. A madaraknak elég magas az ingerküszöbük. Ők a levegő urai és hamar felmérik, hogy egy repülő objektum jelent-e veszélyt számukra.
