Большинство из нас сегодня воспринимает навигацию как должное — достаем телефон, вводим адрес и следуем подсказкам GPS — но что происходит, когда эти спутниковые сигналы исчезают, когда вы находитесь глубоко в туннеле, под пологом леса или даже путешествуете по густым городским джунглям с небоскребами, загораживающими небо? Именно тогда вступает в игру инерциальная навигация, технология, которая существует уже десятилетия, но все еще остается незамеченной для большинства людей, хотя она является основой надежного движения в некоторых из самых важных систем мира.
В отличие от GPS, который полагается на внешние сигналы, передаваемые из космоса,
инерциальные навигационные системы(ИНС) работают изнутри наружу, используя комбинацию акселерометров и гироскопов для отслеживания движения, ориентации и положения объекта полностью самостоятельно — не требуются спутники, Wi-Fi или сотовая связь. Это прекрасное сочетание базовой физики и передовой инженерии: акселерометры измеряют, как быстро что-то ускоряется или замедляется по прямой, гироскопы отслеживают вращение и наклон, и система использует эти измерения для точного расчета своего местоположения в любой момент времени, обновляясь сотни раз в секунду, чтобы оставаться точной.
Что поражает, так это то, как эта технология адаптируется к средам, где другие инструменты рушатся — военные транспортные средства, перемещающиеся по вражеской территории, не раскрывая своего местоположения, подводные лодки, курсирующие под поверхностью океана, куда GPS не может добраться, даже автономные роботы-доставщики, перемещающиеся по переполненным складам без четкой видимости неба. Конечно, у нее есть свои ограничения; инерциальная навигация страдает от дрейфа, когда крошечные ошибки датчиков накапливаются со временем и сбивают расчет положения.
Вот почему современные системы часто сочетают ее с другими технологиями, такими как GPS, LiDAR или камеры, в процессе, называемом слиянием датчиков — используя сильные стороны каждой, чтобы компенсировать слабости других. Это слияние делает современные беспилотные автомобили безопасными, сохраняет стабильность дронов, когда они летают за зданиями, и обеспечивает сохранение курса самолетов даже тогда, когда погода блокирует спутниковые сигналы.
Что еще более удивительно, так это то, насколько широко распространена инерциальная навигация в повседневной жизни, помимо отраслей с высокими ставками. Она есть в вашем смартфоне, удерживая камеру неподвижной, когда вы делаете фотографию, или заставляя ваше картографическое приложение работать в течение нескольких секунд, когда вы заходите в подвал. Она есть в игровых контроллерах, отслеживая ваши движения для более захватывающего опыта, и в фитнес-трекерах, точно подсчитывая ваши шаги, даже когда вы находитесь в помещении.
По мере того, как датчики становятся меньше, дешевле и точнее — благодаря достижениям в технологии MEMS (микроэлектромеханические системы) — инерциальная навигация становится более доступной, чем когда-либо, открывая новые возможности для небольших роботов, носимых технологий и даже персональных навигационных устройств для туристов, отправляющихся в автономные походы. Исследователи также расширяют границы с помощью коррекции ошибок на основе искусственного интеллекта, используя алгоритмы машинного обучения для прогнозирования и исправления дрейфа, прежде чем он станет проблемой, и квантовых инерциальных датчиков, которые когда-нибудь смогут полностью устранить дрейф, хотя они все еще находятся на ранних стадиях разработки.
Есть что-то захватывающее в технологии, которая не нуждается во внешней помощи для функционирования, которая полагается исключительно на собственные измерения и неизменные законы физики для управления движением. В мире, где мы все больше зависим от связи и внешних сигналов, инерциальная навигация напоминает о силе опоры на собственные силы в инженерии.
Это не самая яркая технология, и она редко попадает в центр внимания, но без нее некоторые из наших самых передовых систем остановились бы, как только исчез бы сигнал GPS. В следующий раз, когда вы окажетесь в туннеле, и карта вашего телефона все еще будет показывать, что вы движетесь вперед, или дрон будет устойчиво зависать, даже когда он находится вне зоны действия GPS, найдите минутку, чтобы оценить систему инерциальной навигации, тихо работающую в фоновом режиме — делающую то, что она умеет лучше всего, поддерживая все в порядке, когда все остальное выходит из строя.
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!
