Картина дроном: как беспилотник стал ассистентом художника

Студенты Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» приняли участие в разработке дрона, который нарисовал мурал площадью 300 м². Граффити по эскизу художника Миши Most нанесено на стену корпуса Новосибирского государственного технического университета. Еще никогда такие большие и сложные граффити на открытом воздухе не создавали с помощью дронов.

Миша Most в 2017 году стал автором самого большого в мире мурала — ​около 10 тыс. м². На фасаде металлургического завода в Выксе Нижегородской области изображены ученые, микроскоп, пробирки, кристаллические структуры, формулы… Проблематика восприятия будущего, влияние науки и технологий на общество в целом и человека в частности — ​важные темы в творчестве Миши Most. Неудивительно, что он загорелся идеей вовлечь в создание своих произведений роботов.

«Первые мысли на эту тему у меня появились в 2015 году, но тогда не удалось найти бюджет и собрать команду, — ​вспоминает художник. — ​А вот в 2017‑м я организовал на «Винзаводе» свою первую выставку, в рамках которой уже сотрудничал с программистами и инженерами». Центральную часть экспозиции занимало панно, нарисованное коптером. Это был первый в мире запрограммированный для интерьерной работы дрон — ​ассистент художника.

Не маляр, а художник

«Ко мне обратились представители Университета креативных индустрий Universal University и предложили поучаствовать в проектно-образовательном интенсиве «Архипелаг» в Новосибирске, который в этом году был посвящен дронам, — ​рассказывает Миша Most. — ​Задача была построить дрон, который сам, без помощи человека, нарисует большой мурал на открытом пространстве. Такого в мире еще никто не делал. Важно было так соединить аэрозольный баллон с дроном, чтобы рисовать линии заданной толщины, чтобы краска ложилась определенным образом. Это многовекторный, комплексный проект, для которого нужен не просто беспилотный маляр, а дрон-художник».

В поисках разработчиков продюсер проекта София Герасименко обратилась в «Авиа­ЦМИТ». Его гендиректор — ​четверокурсник МИСиСа Георгий Бондарь. Он изучает прикладную математику, работает лаборантом на кафедре инженерной кибернетики в лаборатории робототехники и руководит Клубом робототехники. «Я предоставил команде офисное пространство для разработки, оборудование и тестовый полигон в Москве для отладки полетов», — ​рассказал Георгий Бондарь.

«Георгий помог полностью укомплектовать команду специалистами, — ​добавил Миша Most. — ​Всего в команде, включая меня, девять человек». В их числе студент МИСиСа ​Артем Васюник, разработчик программного обеспечения.

Трудности позиционирования

Дрон-художник работает сам: оператор только меняет аккумуляторы и баллончики с краской. Специально разработанное крепление для баллончика напечатано на 3D-принтере. На креплении установлен сервопривод. Компьютер дрона отправляет сигнал, когда нажать и когда отпустить кнопку распылителя.

«Программа переводит рисунок человека в векторном формате SVG в команды управления, которые обеспечивают точное следование траектории, — ​рассказывает главный разработчик проекта, выпускник МИСиСа Олег Калачев. — ​Дрон летит вдоль стены, в нужные моменты включая и выключая подачу аэрозоля».

«Мы решили три сложные задачи: позиционирование дрона с сантиметровой точностью, четкое распыление краски в разных погодных условиях и регулирование коптера в открытом пространстве, — ​говорит технический директор проекта Александр Коригодский. — ​Причем третья задача стала настоящим вызовом для всей команды. Нужна была система контроля, которая позволила бы аппарату понимать положение в пространстве и последующую траекторию. Мы разработали совершенно новый подход к позиционированию дрона, что позволило ему проходить по траектории с сантиметровой точностью, чего до нас никто не добивался».

Оригинальная система позиционирования включает камеру высокого разрешения, которая определяет место дрона относительно плоскости стены, и лидар — ​он измеряет расстояние до стены и угол поворота дрона. Объединяя эти данные, коптер рассчитывает свою локацию с нужной точностью.

Беспилотное будущее

Мурал для Новосибирского государственного технического университета робот-художник нарисовал за 27 дней. На стене корпуса — ​фрагменты ДНК, земной шар, детали роботов и самого дрона: пульт ручного перехвата, платы распределения питания, схемы расположения пропеллеров, лидар.

Миша Most доволен: «Ветер, другие погодные условия и качество сигнала так или иначе сказались на результате. Но мне нравится эта роботизированная стилистика. Суть произведения не картинка на стене — ​она скорее следствие. Первостепенная задача была построить дрон, который может такие вещи делать».

Разработчики продолжат совершенствовать дрон: они хотят добиться максимального соответствия эскизу при любой погоде. «БПЛА, пролетающий по заданной траектории с высокой точностью, найдет разное применение, — ​считает Олег Калачев. — ​Например, изобразить что-то в труднодоступных местах — ​на мостах или путепроводах. Или, наоборот, закрасить рисунки, не привлекая маляров-высотников. Точное следование траектории необходимо и на шоу, когда множество дронов взлетают одновременно и выстраиваются в движущиеся фигуры».