Mám Dron

Autonómne drony pomáhajú hľadať meteority

Planetárni vedci odhadujú, že ročne prežije let atmosférou približne 500 meteoritov, ktoré dopadnú na zemský povrch. Väčšina z nich je pomerne malá a asi len 2% sa podarí získať, keďže mnohé z nich dopadnú do oceánu alebo neprístupných oblastí. Meteority poskytujú pre vedcov vzácny materiál pre skúmanie vesmírnych javov, preto je dôležité lokalizovať ich v čo najväčšom počte. Tento proces nie je jednoduchý, čo dokazuje aj známa explózia bolidu (výnimočne jasný meteor) v ruskom Čeľabinsku v roku 2013, pri ktorej analýza všetkých záberov z kamier, určenie trajektorórie a získanie úlomkov trvali týždne. Okrem výpovedí svedkov a využitia bezpečnostných kamier, sa pre lokalizáciu spadnutých meteoritov využívajú rôzne technológie. K nim sa pridáva aj automatizované vyhľadávanie malých vesmírnych kameňov pomocou dronov vybavených umelou inteligenciou.

Prečítajte si tiež: Autonómne drony už aj na Slovensku

Terminológia

Pre spresnenie textu si v skratke pripomeňme rozdiel medzi meteroidom, meteoritom, a meteorom. Všetky tieto výrazy sa môžu týkať jedného a toho istého objektu, rozdiel je v jeho polohe vzhľadom k zemi. Meteroid je malé teleso zložené z kameňov a kovov, ktoré sa nachádza vo vesmíre. Termín Meteor označuje svetelný jav, ktorý vzniká, keď meteroid vstúpi do atmosféry Zeme a dôjde k jeho aerodynamickému zohrievaniu vytvárajúcemu prúd svetla. Drvivá väčšina vesmírnych telies v atmosfére zhorí, pokiaľ však ich úlomky dosiahnu povrch Zeme, hovoríme o meteoritoch.

Technológie pre detekciu meteoritov

Pre zachytenie a rekonštrukciu trajektórie meteoritov sa v súčasnosti používajú viaceré technológie:

Dopplerov radar

Ide o špecializovaný radar, ktorý využíva Dopplerov efekt na vytváranie údajov o rýchlosti o objektoch na diaľku. Robí to odrazom mikrovlnného signálu od požadovaného cieľa a analýzou toho, ako pohyb objektu zmenil frekvenciu vráteného signálu. V praxi sa Dopplerov radar využíva napríklad v meteorológii na sledovanie rýchlosti poveternostných zrážok, alebo pri meraní rýchlosti vozidiel policajnými hliadkami. Je však veľmi dobre využiteľný aj pri detekcii meteoritov, a to ako v čase pádu, tak aj z archívnych radarových údajov.

Meteorologický dopplerov radar

Celooblohová kamerová sieť

Kamerové celooblohové systémy (all-sky camera) dokážu vytvárať nepretržité zábery celej oblohy, pričom hľadajú jasné stopy (meteory), ktoré vytvárajú vesmírne telesá pri páde atmosférou. Veľkou sieťou pre zachytávanie a meranie meteorov disponuje napríklad americká NASA.

Okrem týchto prístrojov sa pre detekciu meteorov používajú výkonné teleskopy v observatóriách, stále však pomáhajú aj zábery z bezpečnostných kamier, mobilných telefónov, ako aj výpovede očitých svedkov. Dáta z rôznych zdrojov sa potom porovnávajú a vyhodnocujú. 

Kamera snímajúca celú oblohu v danej oblasti

Využitie dronov pre lokalizáciu meteoritov

Jedna vec je získavanie dát o meteoroch, druhá vec je identifikovať, ktoré z nich preniknú atmosférou a dosiahnu zemský povrch. Meteority je teda potrebné lokalizovať, čo je neľahká úloha vzhľadom na ich zväčša malé rozmery. Niektorí výskumníci pre tento účel začali využívať bezpilotné prostriedky naprogramované na autonómne vyhľadávanie a identifikáciu spadnutých meteoritov.

Robert Citron z Kalifornskej univerzity spolu so svojim tímom viackrát testovali koncepčné nastavenie svojho dronu v oblasti známeho pádu meteoritu v roku 2019 v blízkosti jazera Walker v Nevade. Ich klasifikátor meteoritov využíva kombináciu „rôznych konvolučných neurónových sietí na rozpoznanie meteoritov zo snímok zhotovených dronmi v teréne,“ píše tím.

(Konvolučná neurónová sieť predstavuje efektívny nástroj počítačového videnia v oblastiach rozpoznávania obrazu a klasifikácie. Pozn.autora)

Keď sa meteorit blíži k zemi, je rozdrobený na viacero častí. Zatiaľ, čo malé úlomky dopadnú skôr, väčšie letia ďalej a dopadnú neskôr. Akonáhle sa určí oblasť dopadu meteoritov (nazývaná aj Strewn field), vyšle sa dron na jej prieskum. Ten je naprogramovaný tak, aby robil systematické snímky zeme nad celou skúmanou oblasťou, pričom umelá inteligencia sa používa na prehľadávanie obrázkov s cieľom identifikovať potenciálne meteority. Na to, aby táto technológia spoľahlivo fungovala, bolo potrebné vyvinúť systém strojového učenia, ktorý na základe početných vstupných dát dokáže presne analyzovať meteority na snímkach povrchu a rozoznať ich od bežných hornín.

Model strojového učenia

Robert Citron povedal pre Universe Today, že hlavnou výzvou pre nastavenie systému bolo zostavenie tréningového súboru údajov pre klasifikátor strojového učenia.

Keďže budúci pád meteoritu môže nastať na akomkoľvek teréne, systém potreboval algoritmus detekcie objektov, ktorý sa dokáže učiť na príkladoch mnohých typov meteoritov na rôznych typoch terénu. Na vytvorenie správne fungujúcej detekcie objektov bolo preto potrebné do systému zadať množstvo vzorových obrázkov. Tie Citron a jeho kolegovia zhromaždili z internetu a pridali fotografie meteoritov zo svojej zbierky na rôznych terénoch. To im umožnilo správne trénovať model strojového učenia, aby sa minimalizoval počet obyčajných hornín označených ako falošné detekcie.

Úlohou tímu a testovacích letov dronu v Nevadskej púšti je zhromažďovať dostatok údajov, ktoré vylepšia precíznosť detekcie vesmírnych kameňov. Výsledky však zatiaľ nie sú bezchybné. Zatiaľ, čo testovací dron správne rozpoznal meteority, vyskytlo sa aj niekoľko falošne pozitívnych výsledkov. Kvalitatívnym zlepšením kamerového systému na drone, ako aj precizovaním modelu strojového učenia sa však tieto odchýlky dajú minimalizovať.

Využitie získaných údajov

Štúdium meteoritov a poznanie ich pôvodu pomáha vedcom určiť zloženie asi 40 rodín asteroidov v páse asteroidov a tiež pomáha pochopiť skorý vývoj slnečnej sústavy. Vedci uviedli, že informácie z celooblohových kamerových sietí v kombinácii s možnosťou nájsť a študovať čerstvo spadnuté meteority sú rozhodujúce pri určovaní toho, aká rodina asteroidov mohla vyprodukovať meteoritický úlomok a z akej kolízie pochádza.

“Ak je možné získať meteorit, svetelná krivka ohnivej gule (meteoru) a profil spomalenia tiež poskytujú informácie o tom, ako sa jej kinetická energia správa v zemskej atmosfére,” napísal tím vo svojom článku. “Tieto informácie možno použiť na zlepšenie predpovedí, v akej výške sa fragmentujú asteroidy, ktoré sú dostatočne veľké na to, aby mohli byť potenciálne nebezpečné.“

Známy „lovec meteoritov“ Geoffrey Notkin z Discovery channel (Meteorite man) vyjadril svoj obdiv k práci Citrona a jeho kolegov. Dodáva, že drony v kombinácii s umelou inteligenciou, ktorá by dokázala pracovať s väčším množstvom dát, aktualizovanou klasifikačnou schémou a vylepšeným zobrazovacím hardvérom,  by mohli zohrať dôležitú úlohu pri obnove meteoritov a ich vedeckom využití.

PODOBNÉ PRÍSPEVKY

Drony a počasie

V tomto texte rozoberáme na aké poveternostné podmienky by mali UAV piloti dbať pri plánovaní letov a tiež sa venujeme téme ako drony pomáhajú meteorológom pri tvorbe predpovedí počasia.

Partner našej asociácie - spoločnosť Aerobits predstavila vylepšeny modul priamej diaľkovej identifikácie idME PRO, ktorý je určený na vysielanie identifikačného čísla dronu a údajov o jeho polohe v reálnom čase.

Priama diaľková identifikácia je systém, ktorý umožňuje vysielanie ID dronu a údaje o jeho lete, ktoré sú prístupné autorizovaným osobám cez mobilné aplikácie. Ako to funguje sa dočítate v našom článku.