О том, как счастливая случайность послужила поводом к созданию авиационного симулятора, и о том, как технологии, применяемые в авиации, становятся актуальными в медицине, поговорили со студентами кафедры 301 «Системы автоматического и интеллектуального управления» института № 3 «Системы управления, информатика и электроэнергетика» МАИ Иваном Антоновым и Сергеем Мелюковым. Ребята занимаются научно-исследовательской работой и развивают интересные проекты, которые уже сейчас внедряются в жизнь и имеют все шансы на то, чтобы стать коммерчески успешными.
— Ваша команда разработала мобильный пилотажный стенд. Расскажите подробнее…
Наш пилотажный стенд — это уменьшенная версия авиационных тренажеров, на которых будущих пилотов учат летать. Такие тренажеры абсолютно полностью повторяют кабину пилота, имеют очень высокую стоимость и при этом являются очень востребованными. Для обучения студентов и проведения научно-исследовательских работ мы сделали его экономичным, компактным (в длину не больше двух классических школьных парт) и мобильным. Небольшой размер позволяет вписать его практически в любую аудиторию, а колесики, которыми мы оснастили конструкцию, помогают легко перемещать ее между аудиториями. Это решение — важное отличие от других симуляторов, которые для перемещения необходимо разбирать, а затем заново собирать.
— Что собой представляет стенд?
Наш стенд состоит из нескольких элементов: кресла пилота с ручкой управления, различными кнопками (выпуск шасси, изменение вида, выпуск закрылок и т. д.), компьютера на специальной подставке, на нем производятся все расчеты, программная работа, вогнутого монитора небольшого размера и системы отслеживания поворота головы.
— А система кругового обзора?
Это еще одно отличие нашего стенда от существующих авиационных симуляторов. Как правило, для имитации кругового обзора в них используются несколько экранов: спереди, по бокам, сзади. Это увеличивает вес, размеры, стоимость конструкции. Мы же внедрили очень бюджетное решение — систему для отслеживания поворота головы с помощью камер.
У нас есть два исполнения. В первом используем трекер и три инфракрасных светодиода. Камера, оснащенная инфракрасным фильтром, отслеживает положение светодиодов и при их перемещении перемещает область зрения в авиасимуляторе. Но в процессе использования системы мы столкнулись с ее несовершенством — источники яркого света приводят к сбою в работе. Потому мы реализовали второй вариант, который основан на распознавании лица с помощью нейросети. При помощи веб-камеры система отслеживает положение лица по характерным точкам, и программа выдает положение головы.
— Как родилась идея создания подобного стенда?
Началось все очень интересно. У руководителя нашего проекта, начальника НИО-301, кандидата технических наук, доцента Владимира Борисовича Чемоданова возникла идея: совместить ручку и педали от МИГ-15, по стечению обстоятельств оказавшиеся у него в распоряжении, со средой моделирования SimInTech, отечественной разработкой. И это было судьбоносное решение: система эффективно заработала. А дальше — создание стенда для обучения студентов, его доработка, модернизация, внедрение системы кругового обзора…
— Кто еще участвовал в разработке?
У нас команда, объединяющая поколения студентов МАИ. Так, выпускник нашего вуза Вячеслав Колбасов помогал создавать облик стенда, мы с Сергеем занимались сборкой стенда и соединением элементов (соединяли среду моделирования с симулятором), выпускник МАИ Борислав Иванов занимался математической моделью БПЛА, которую мы используем в стенде, а Федор Лямкин, студент 4-го курса МАИ, помогал с внедрением системы кругового обзора.
— Стенд уже внедрили в учебный процесс?
Да, а чтобы процесс использования стенда был интересен всей аудитории, мы добавили проектор. Теперь то, что происходит на мониторе, видят все студенты группы, благодаря чему занятия стали интерактивными, возможно, более шумными, но главное — живыми и еще более интересными. И это было одной из наших главных целей: чтобы формулы и графики оживали, чтобы студенты могли понимать, чувствовать теорию, видя, как ведет себя самолет, что происходит с пилотом в этот момент.
Кстати, нам поступало предложение переделать стенд под аттракцион. Ведь он маленький, дешевый. И когда садишься за него, полностью погружаешься в виртуальную среду. Это очень привлекает.
— Почему отказались от технологии виртуальной реальности?
Конечно, VR дает большее погружение, но сильно нагружает глаза, у некоторых вызывает головокружение и тошноту. И чтобы охватить большее количество пользователей, сделать симулятор комфортным для всех, мы не стали использовать VR.
— Как планируете развивать разработку? Будете ее коммерциализировать?
В ближайшие полгода будем продолжать внедрение в учебный процесс. Обязательно напишем методический материал для проведения лабораторных. У нас уже есть готовые математические модели летательных аппаратов, будем использовать их для работы. А в дальнейшем, когда выстроим учебный процесс, хотим попробовать коммерциализировать стенд, предлагая это решение другим вузам.
— Просчитывали, какой будет стоимость стенда?
Стоимость стенда складывается из стоимости конструкции (она незначительная) и стоимости компьютера (она определяет итоговую цену). Так, стоимость компьютера зависит от его мощности, мощность зависит от того, какой авиасимулятор будет использован. Чем проще система, тем ниже ее стоимость: думаю, базовый вариант можно будет собрать за 150 тысяч рублей.
— В сентябре 2022 года ваша команда оказалась в числе победителей на конкурсе научно-технических работ студентов и аспирантов, который проходил в рамках XXXI Международной научно-технической конференции «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». Расскажите подробнее о конкурсе и вашем участии в нем.
Это конференция, которую ежегодно проводит МАИ. Мы представляли свою разработку в одной из восьми секций и получили диплом третьей степени. Но не только призовое место стало важным результатом: мы получили хорошую обратную связь от профессионалов рынка, ученых, которые подтвердили, что мы нашли удачное инженерное решение и его надо развивать.
— В процессе работы над стендом у вас родился еще один проект, актуальный для медицины.
Да, все верно, это наша программа для оценки тремора рук. Это очень интересная история. К нам обратился медик из российского центра неврологии с вопросом: можно ли с помощью нашей программы поворота головы оценивать тремор головы? Мы провели эксперименты и подтвердили, что это возможно в соответствии с выставленными требованиями по точности. Дальше — больше. Мы попробовали замерять тремор рук, и с этим программа успешно справилась.
Так, у здорового человека рука дрожит с определенной частотой и амплитудой. Когда он позанимался спортом, дрожь происходит с большей амплитудой, но частота остается той же. У людей с неврологическими заболеваниями частота, амплитуда меняются — и для врачей контроль динамики имеет большое значение. Традиционно замеры производятся при помощи акселерометра и гироскопа, но наша программа заменяет эти решения. Так, чтобы произвести замер при помощи нашего ПО, не нужно перемещать устройство, оно всегда доступно и позволяет производить замеры удаленно.
Вот такой проект вышел из работы по авиационному стенду.
— Потенциально это коммерчески успешный проект?
Думаем, да. И мы планируем заниматься его развитием. А вырученные средства хотим частично направить на совершенствование стенда.