Od složeného oka pestřenky k lepší detekci nebezpečných dronů  
Australští odborníci na autonomní a obranné systémy se inspirovali přírodou, aby v hluku prostředí dokázali včas odhalit zvuk vzdáleného bezpilotního letounu a přesněji analyzovat směr a rychlost jeho letu.

Bezpilotní letoun (dron) Tupolev Tu-141/241 "Striž",  Muzeum Monino, Rusko Zdroj: Pavel Adzhigildaev, Wikipedia.
Bezpilotní letoun (dron) Tupolev Tu-141/241 "Striž", Muzeum Monino, Rusko Zdroj: Pavel Adzhigildaev, Wikipedia.

Drony - většina nás, laiků, si jen nedávno pod tímto, již tak často používaným slovem představila drahou hračku – povětšinou pomalu letící, dálkově řízenou malou kvadrokoptéru. Díky kamerovým systémům, kterými jsou ty dražší varianty vybaveny, a internetu můžeme z ptačí perspektivy vidět krásné přírodní a kulturní místa z různých koutů světa, kam zabloudili nějací nadšení globetrotteři. Nyní ale i my, nejmírumilovnější pacifisté, si drony více spojujeme s nebezpečím, útoky, špionáží – zkrátka válkou. Ve vojenských technologiích jim už několik desetiletí patří velmi důležité a stále významnější místo. Slovo dron má velmi široký záběr, protože označuje bezpilotní létající stroj, v anglickojazyčné odborné literatuře označovaný spíše zkratkou UAV (unmanned or uncrewed aerial vehicle) - bezpilotní letoun nebo letoun bez posádky. I typy jsou různé – letadla s křídly, nebo rozmanité vrtulníky.

 

Jak jste bezpochyby před několika dny ve zprávách zaregistrovali, na předměstí chorvatského hlavního města Záhřebu se zřítil vysokorychlostní průzkumný dron – minimálně 35letý Tupolev Tu-141 Striž ještě sovětské výroby (1979 – 1989). Zřejmě letěl až z ukrajinské válečné zóny a pravděpodobně byl vyzbrojen i nějakou bombou (asi nejkompletnější informace zde). Nikdo nečekal, že by na Chorvatsko někdo zaútočil a zjevně šlo o selhání naváděcího zařízení. I když se celý incident odehrál v noci, je zarážející, že 6tunový, 14metrovy doslova historický dron unikl pozornosti protivzdušné obrany v Maďarsku, Chorvatsku a možná i v Rumunsku, což jsou všechno členové NATO. I když válečný konflikt na Ukrajině Tupolevy 141 vzkřísil, moderní drony jsou o ta desetiletí intenzivního vývoje dál – jsou mnohem výkonnější, nebezpečnější, tišší, unikající předčasnému odhalení. Z toho plynou rizika, jež se netýkají pouze válečných konfliktů. Za pomocí dronů lze provádět politické atentáty (zde), nebo s (h)různou motivací ohrozit běžná dopravní letadla či útočit na jiné civilní cíle.

Samička pestřenky rybízové (Syrphus ribesii) Zdroj: Wikipedia, Alvesgaspar  (foto upraveno/výřez).
Samička pestřenky rybízové (Syrphus ribesii) Zdroj: Wikipedia, Alvesgaspar (foto upraveno/výřez).

 

Doslova osudově důležité je tedy včasné zaznamenání potencionálně rizikových dronů – ve dne i v noci. K tomu by měla výrazně dopomoci inovace detekčních mechanismů, kterou v odborném časopisu The Journal of the Acoustical Society of America popsal tým odborníků pro autonomní systémy z Jihoaustralské univerzity (University of South Australia), Flinderovy univerzity (Flinders University) – obě v Adelaide – a obranné společnosti Midspar Systems sídlící v Sydney. Volně dostupný článek Acoustic detection of unmanned aerial vehicles using biologically inspired vision processing (volně: Využití přírodou inspirovaného vizuálního zpracování na akustickou detekci bezpilotních letadel). Podle výsledků se výzkumníkům podařilo v šumu jiných zvuků rozeznat dron snadněji než doposud, a to dokonce na vzdálenost 4 km. Je pozoruhodné, že původní inspirací byly pestřenky. Patří k běžné a velice rozšířené čeledi dvoukřídlého hmyzu pestřenkovití, zahrnující asi 600 druhů. Mnohé z nich připomínají vosy a zřejmě každý je od pohledu pozná. Vzhledem na velikost hmyzí hlavy jsou jejich složené oči vskutku impozantní. Pestřenky dokážou létat velice rychle, a přitom efektivně zpracovávat optické vjemy.

 

Složené oči tvoří jednotlivá, navzájem si podobná ommatídia, která vnímají obraz každé samostatně a každé z mírně jiného úhlu. Z těchto jednotlivých obrazů mozek vytvoří celkový obraz. Každé omatidium je inervováno jedním svazkem axonů. Zdroj: Wikipedia (upraveno).
Složené oči tvoří jednotlivá, navzájem si podobná ommatídia, která vnímají obraz každé samostatně a každé z mírně jiného úhlu. Z těchto jednotlivých obrazů mozek vytvoří celkový obraz. Každé omatidium je inervováno jedním svazkem axonů. Zdroj: Wikipedia (upraveno).

Zkoumání mechanismů zraku pestřenek a tvorbě počítačových algoritmů jeho fungování se již několik let věnuje jeden z autorů studie, Russell S. A. Brinkworth, odborník na autonomní systémy na Flinders University (viz video pod článkem). Dokáže zkoumat miniaturní mozky s asi milionem neuronů, které mu běžný světelný mikroskop nezviditelní. Po aktivaci světločivných buněk v jednotlivých segmentech složeného oka, omatidiích, dr. Brinkworth umí pomocí ještě jemnější sondy vysledovat konkrétní optické dráhy a detekovat aktivity příslušných neuronů: "Musíte zasáhnout neviditelný cíl neviditelným hrotem. Je to velmi obtížné". Výsledná mapa neuronální sítě odpovědné za zpracování zrakového vjemu výzkumníkům sloužila jako podklad pro matematický model a algoritmus, který umožnil zdokonalit zpracování signálů z kamerového systému pro detekci dronů. Umožnil lépe například eliminovat oslnění, identifikovat konkrétní objekty ve snímaných, velmi rozmanitých scénách za různých světelných podmínek.

 

Jeden z autorů studie, prof. Anthony Finn, ředitel Defence And Systems Institute (DASI), University of South Australia Zdroj: UniSA
Jeden z autorů studie, prof. Anthony Finn, ředitel Defence And Systems Institute (DASI), University of South Australia Zdroj: UniSA.

Australané nyní tento úspěšný vizuální model napasovali na akustická data. Jejich zpracování se opírá o analýzu jednotlivých frekvenčních kanálů a umožňuje pomocí spektrogramů a korelogramů vizualizovat akustické signály do podoby smysluplných obrazových vzorů na pozadí šumu. Při úzkopásmové analýze se maximální detekční rozsah zlepšil o 33 %, pro širokopásmové zpracování o 30 % až 49 %, v závislosti na typu bezpilotního letadla a jeho letovém scénáři.

 

Výsledky překvapily samotné výzkumníky. "Předpokládal jsem, že to bude účinné, ale ani se mi nesnilo, že to bude až tak efektivní – až 50procentní zlepšení", říká s nadšením dr. Brinkworth. Při zkouškách, které se uskutečnily v různých prostředích, se podařilo identifikovat dron až na vzdálenost 4 km. Samozřejmě že slyšitelnost tak dalekého dronu závisí kromě něho samého, od topografie prostředí a okolním hluku. Na straně druhé, vývoj v této oblasti bude díky přepjaté geopolitické situaci a obrovskému finančnímu přílivu do vojenských technologií akcelerovat. Snad hrozící lov na nebezpečné drony nepostihne i ty finančně nákladné, ale zcela neškodné „civilní“ cíle, kterými lidé jen nevinně hledí na svět z výšky.

 

Video: Mapování mozků pestřenek pro detekci zvuku dronů

 

Literatura

University of South Australia; The Journal of the Acoustical Society of America

Datum: 24.03.2022
Tisk článku

Související články:

Počítačový super-virus badBIOS komunikuje zvukem     Autor: Josef Pazdera (07.11.2013)
SoundBeamer     Autor: Josef Pazdera (16.11.2020)
Kelley Aerospace nabízejí nadzvukové bojové drony Arrow     Autor: Stanislav Mihulka (02.03.2021)
Tiché nadzvukové drony Exosonic budou dělat protivníky pilotům při výcviku     Autor: Stanislav Mihulka (20.10.2021)



Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán

Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace