Nad polami lucerny w Kalifornii latają samoloty, w których nie ma nikogo za sterami. To nie eksperyment z odległej przyszłości, a codzienna praca firmy Pyka, która testuje bezzałogowe maszyny do oprysku pól i transportu ładunków. Podobne projekty rozwijają też brytyjski Windracers, Reliable Robotics wsparty przez Boeinga oraz Merlin Labs, a wszystkie mają jeden cel, czyli udowodnić, że samoloty bez pilota mogą działać bezpiecznie w cywilnym ruchu powietrznym.
- Samolot rolniczy Pyka lata bez pilota i może obniżać wysokość bardziej niż maszyna sterowana przez człowieka, co ogranicza znoszenie oprysku i zmniejsza zużycie środków chemicznych.
- W Stanach Zjednoczonych to właśnie oprysk rolniczy Pyki jest największym autonomicznym samolotem o stałym płacie zatwierdzonym do użytku komercyjnego, choć wciąż wymaga operatora naziemnego i obserwatora wizualnego.
- Firma planuje zwiększyć produkcję z około dwudziestu maszyn rocznie do 1000 sztuk do 2030 roku, a cena jednego egzemplarza wynosi 550 000 dolarów.
- Konkurenci, tacy jak Reliable Robotics i Merlin Labs, wybierają inną drogę, czyli montują autonomiczne systemy w już istniejących samolotach, między innymi w Cessnie 208B i wojskowym C-130J.
- Środowisko pilotów, reprezentowane przez amerykańskie ALPA, ostrzega, że usuwanie człowieka z kokpitu to poważny hazard z bezpieczeństwem.
Samolot lata niżej niż człowiek
Nad polem lucerny w Dolinie San Joaquin niewielka maszyna do oprysku sunie tuż nad ziemią, na wysokości, która w przypadku pilota siedzącego w kokpicie byłaby ryzykowna. Tutaj nikomu nic nie zagraża, bo w samolocie po prostu nie ma człowieka.
Russ Marotzke, inżynier testowy w firmie Pyka, tłumaczy, że taka niska wysokość lotu daje realną przewagę. Im bliżej gruntu leci maszyna, tym mniej substancji chemicznej rozprasza się w powietrzu, a to oznacza mniejsze zużycie oprysku niż w tradycyjnym, załogowym rolnictwie lotniczym.
Pyka działa w dawnym hangarze z czasów drugiej wojny światowej, z widokiem na zatokę San Francisco. Firma projektuje samoloty bez kokpitów, przeznaczone zarówno do oprysku pól, jak i transportu towarów. Należy do wąskiej grupy przedsiębiorstw, które starają się wprowadzić autonomiczne samoloty o stałym płacie do regularnej eksploatacji komercyjnej.
Skupienie na taksówkach powietrznych a cichy wyścig
Uwaga mediów i inwestorów zazwyczaj krąży wokół miejskich taksówek powietrznych, czyli maszyn typu eVTOL, które startują i lądują pionowo. Tymczasem równolegle toczy się mniej głośny, ale równie intensywny wyścig o wdrożenie samolotów bez pilota do zadań takich jak oprysk rolniczy i dostawy ładunków.
Wielu twórców tej technologii ma jednak dalekosiężny plan. Michael Norcia, współzałożyciel i dyrektor generalny Pyki, mówi wprost, że docelowym celem jest w pełni skalowana, powszechna obsługa pasażerów.
Fully scaled, ubiquitous passenger operation is the holy grail – jest szansa, że dojdziemy do tego punktu wcześniej niż branża eVTOL, mówi Michael Norcia.
Norcia wyobraża sobie flotę samolotów Pyka o pojemności minibusa, które przewożą pasażerów wzdłuż wschodniego i zachodniego wybrzeża Stanów Zjednoczonych.
Jak wygląda test w praktyce?
Miejsce testowe znajduje się około 80 kilometrów od fabryki Pyki, do którego trzeba dojechać wyboistą drogą gruntową. W dniu wizyty inżynierowie sprawdzają aktualizację oprogramowania na maszynie demonstracyjnej.
W Brazylii pracuje już około tuzina samolotów Pyka, które opryskują między innymi bawełnę i soję, czyli prace wcześniej wykonywane przez pilotów z krwi i kości. Maszyna do oprysku jest w pełni elektryczna, z baterią umieszczoną w nosie kadłuba. Może latać przez około 35 minut i przewozi do 300 litrów oprysku w zbiorniku umieszczonym w środkowej części kadłuba.
Choć samoloty Pyki bywają nazywane wielkimi dronami, to określenie wydaje się niedoszacowaniem, każdy z nich ma rozpiętość skrzydeł 11,5 metra.
Cały proces wygląda tak, że inżynierowie w kontenerze przy polu zaznaczają na komputerze obszar do opryskania. Oprogramowanie samo planuje trasę, uwzględniając przeszkody, na przykład linie energetyczne, które zostały wcześniej zmapowane. Start z pasa przy polu przebiega bez zakłóceń. Po około 15 minutach, gdy system wykryje niski poziom oprysku, maszyna sama ląduje w celu uzupełnienia zbiornika i wymiany baterii, a potem wraca w powietrze, by kontynuować pracę precyzyjnie od miejsca, w którym ją przerwała.
Czym różni się autonomia od autopilota?
Warto tutaj rozróżnić dwa pojęcia, które często są mylone. Autopilot wspomaga pilota, podobnie jak tempomat czy systemy utrzymania pasa w samochodzie. Systemy autonomiczne mają za zadanie poprowadzić cały lot, w tym start i lądowanie, przy minimalnej lub żadnej interwencji człowieka, wykorzystując algorytmy przetwarzające dane z czujników do kontrolowania maszyny.
Ciekawe jest to, że samoloty bez pilota rozwijają się wolniej niż samochody autonomiczne, choć latanie odbywa się w środowisku uznawanym za bardziej uporządkowane i przewidywalne niż ruch drogowy. Mykel Kochenderfer, ekspert w dziedzinie bezpiecznej autonomii lotniczej ze Uniwersytetu Stanforda, wskazuje, że duże firmy technologiczne postawiły przede wszystkim na samochody, inwestując w tę technologię ogromne środki.
Drugim powodem jest to, że samoloty podlegają znacznie ostrzejszym normom bezpieczeństwa niż pojazdy naziemne, co stawia wyżej próg wejścia na rynek.
Konsekwencje wypadków lotniczych mogą być po prostu bardzo poważne, zauważa Mykel Kochenderfer.
Wojsko jako motor rozwoju technologii
Zainteresowanie ze strony sił zbrojnych przyspiesza rozwój branży. Wiele firm ma kontrakty obronne, na podstawie których demonstrują i testują swoje systemy, często z mniejszymi przeszkodami regulacyjnymi niż w sektorze cywilnym. Niektóre z nich już dostarczają rozwiązania klientom wojskowym.
W Stanach Zjednoczonych największym autonomicznym samolotem o stałym płacie, który zdobył zgodę na komercyjne użycie cywilne, jest właśnie oprysk rolniczy Pyki, zatwierdzony w minionym roku. Działanie tej maszyny jest jednak ograniczone do wąsko zdefiniowanego środowiska agricultural i wymaga obecności operatora naziemnego oraz obserwatora wizualnego. Wcześniej podobne zezwolenie firma zdobyła w Brazylii, gdzie przepisy są bardziej liberalne.
Pyka planuje zwiększyć produkcję z obecnych około dwudziestu maszyn rocznie do 1000 egzemplarzy do 2030 roku. Każdy samolot kosztuje 550 000 dolarów, a klienci przechodzą szkolenie z jego obsługi.
Wielka Brytania i transport na trudno dostępne wyspy
Wielka Brytania jak dotąd nie zatwierdziła długoterminowych operacji tego typu, choć brytyjska firma Windracers zabiega o zgodę na uruchomienie autonomicznej usługi transportu ładunków na wyspy Szetlandy i Orkady. Maszyny tej firmy, zaprojektowane do przewozu towarów w trudno dostępne rejony, latają też z misjami na Ukrainie.
To byłaby pierwsza usługa ciężkiego transportu lotniczego dronem z pewnością w Wielkiej Brytanii, a prawdopodobnie gdziekolwiek indziej, mówi Stephen Wright, założyciel i przewodniczący Windracers.
Jakie korzyści, a jakie obawy budzi ta technologia?
Zwolennicy autonomicznych samolotów podkreślają kilka argumentów, które w ich ocenie przemawiają za rozwojem tej branży.
- Maszyny bez pilota mogą pomóc rozwiązać problem niedoboru pilotów, który dotyka wiele rynków lotniczych.
- Automatyzacja pozwala usunąć ludzi z niebezpiecznych zadań, takich jak oprysk pól z powietrza.
- Autonomiczne samoloty mogą zwiększyć efektywność operacji, na przykład dzięki możliwości przewożenia większych ładunków.
- Jeden operator nadzorujący wiele maszyn jednocześnie może obniżyć koszty działania.
- Zwolennicy wskazują też, że automatyzacja historycznie przyczyniała się do spadku liczby wypadków w miarę wprowadzania kolejnych systemów wspomagających.
Z drugiej strony środowisko pilotów pozostaje nieprzekonane. Amerykańskie Air Line Pilots Association (ALPA) nazywa usuwanie pilotów poważnym hazardem z bezpieczeństwem i krokiem za daleko. Z kolei US National Agricultural Aviation Association, reprezentujące pilotów opryskujących pola, zwraca uwagę, że małe bezzałogowe maszyny bywają trudne do zauważenia dla innych lotników. Organizacja dodaje też, że samoloty z pilotem są w stanie opryskać znacznie większy obszar w krótszym czasie.
Budować od zera czy przerabiać istniejące samoloty?
W branży widać dwie odmienne strategie. Pyka i Windracers budują swoje maszyny od podstaw, argumentując, że taki proces pozwala zaprojektować autonomię już na etapie koncepcji, a sam samolot dopasować idealnie do konkretnego zadania.
Inni gracze wybierają inną drogę i modernizują istniejące, większe samoloty. Reliable Robotics, wsparte przez fundusz inwestycyjny Boeinga, testuje swój system na Cessnie 208B Grand Caravan, jednopilotowym samolocie transportowym zdolnym przewieźć około 1360 kilogramów ładunku na setki kilometrów. Robert Rose, współzałożyciel i dyrektor generalny firmy, wyjaśnia, że modernizacja certyfikowanego już samolotu pozwala skupić się wyłącznie na dowodzeniu bezpieczeństwa systemu autonomicznego, bez konieczności ubiegania się jednocześnie o certyfikację całkowicie nowej konstrukcji.
Merlin Labs, również z siedzibą w Stanach Zjednoczonych, przechodziło przez coraz większe samoloty wojskowe i obecnie testuje swój system na dwupilotowym samolocie transportowym Lockheed Martin C-130J, planując w następnym etapie wejście na komercyjne, wieloosobowe maszyny cargo.
To jeden wspólny mózg autonomii, który może przechodzić między różnymi typami samolotów, wyjaśnia Matt George, założyciel i dyrektor generalny Merlin Labs.
Sztuczna inteligencja tak lub nie?
Firmy różnią się też podejściem do sztucznej inteligencji. Reliable Robotics całkowicie jej unika, twierdząc, że skomplikowałaby proces certyfikacji. Merlin Labs idzie w zupełnie innym kierunku i stawia na rozwiązania oparte w dużej mierze na AI.
Różnica ta widoczna jest szczególnie w systemach wykrywania i unikania przeszkód. Jednym z największych wyzwań autonomicznego latania jest odwzorowanie zdolności pilota do zauważania innych samolotów i przeszkód oraz bezpiecznego manewrowania wokół nich, przy praktycznie zerowej marży błędu.
Ponieważ nie istnieje jeszcze idealne rozwiązanie tego problemu, firmy dodają różne systemy czujników, a nawet dublują te, które już standardowo znajdują się na pokładzie, żeby zapewnić dodatkowe zabezpieczenie.
- Reliable Robotics zamontowało radar powietrze-powietrze skierowany do przodu, wykrywający inne samoloty z odległości ponad ośmiu kilometrów, wspierany oprogramowaniem opartym na sztywnych regułach decyzyjnych.
- Merlin Labs korzysta z kamer wspieranych sztuczną inteligencją, które wykrywają i klasyfikują obiekty w otoczeniu maszyny.
- Pyka od początku wykorzystuje lidar do wykrywania drzew, pojazdów, dużych ptaków oraz terenu, choć jego zasięg jest ograniczony, więc firma planuje dodać kamery wspierane AI jako pierwsze realne zastosowanie sztucznej inteligencji na pokładzie.
Robert Rose przekonuje, że jego rozwiązanie działa lepiej niż wzrok pilota. Z kolei Michael Norcia z Pyki zauważa, że w wielu przypadkach sztuczna inteligencja jest zupełnie niepotrzebna, ale w rozpoznawaniu, czy kilka pikseli w oddali to samolot czy jakaś inna smuga, sprawdza się wyśmienicie.
Kto rozmawia z wieżą kontroli lotów?
Dylemat dotyczący sztucznej inteligencji dotyczy też komunikacji z kontrolą ruchu lotniczego. We wspólnej przestrzeni powietrznej samolot musi odbierać, interpretować i odpowiadać na instrukcje radiowe, najczęściej wydawane przez wieżę kontroli.
Reliable Robotics rozwiązuje ten problem inaczej niż Merlin. Firma stawia na zdalnego pilota na ziemi, początkowo w pełni przeszkolonego, który zajmuje się komunikacją i podejmuje decyzje krytyczne dla bezpieczeństwa. Merlin Labs planuje natomiast wykorzystać generatywną sztuczną inteligencję, wytrenowaną na tysiącach godzin nagranych rozmów, żeby samodzielnie interpretowała instrukcje i na nie odpowiadała.
Nasz problem jest trudniejszy, ale chcemy wyjść poza zdalne pilotowanie, mówi Matt George.
Merlin Labs zamierza ograniczać liczbę pilotów etapami, najpierw z dwóch do jednego, a w końcu do zera. Pyka, jak mówi Norcia, woli poczekać, aż inni wyznaczą kierunek w kwestii najlepszego sposobu operowania we wspólnej przestrzeni powietrznej.
Choć w pełni autonomiczny lot pasażerski wciąż wydaje się odległą perspektywą, wielu ekspertów oczekuje, że rozwijana obecnie technologia stopniowo wejdzie do lotnictwa komercyjnego, co może w praktyce oznaczać większe bezpieczeństwo dla lotów z pilotem za sterami. Jak zauważa ALPA, amerykańskie zrzeszenie pilotów, taki scenariusz byłby zmianą, na którą warto liczyć.