Control neuroevolutivo para el planeo autónomo
Autores: Kim, Eric J.; Perez, Ruben E.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Control neuroevolutivo para el planeo autónomo
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Eficiencia energética
Resistencia de vuelo
Vehículos aéreos no tripulados pequeños
Estrategias de planeo autónomas
Redes neuronales
Neurocontroladores
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
La eficiencia energética y la resistencia de vuelo de los vehículos aéreos no tripulados pequeños (SUAVs) se pueden mejorar mediante la implementación de estrategias de planeo autónomo. Técnicas de vuelo inspiradas biológicamente, como el planeo dinámico y térmico, ofrecen ahorros de energía significativos al aprovechar fenómenos de viento que ocurren naturalmente para el vuelo sin empuje. El interés reciente en la aplicación de algoritmos de inteligencia artificial para el planeo autónomo ha sido motivado por la búsqueda de inculcar un comportamiento generalizado en los sistemas de control, centrado en el uso de redes neuronales. Sin embargo, la topología de tales redes suele estar predeterminada, restringiendo el espacio de búsqueda de soluciones potenciales, mientras que a menudo resulta en redes neuronales complejas que pueden presentar desafíos de implementación para el hardware limitado a bordo de vehículos autónomos de pequeña escala. Al explorar un método novedoso para generar neurocontroladores, este documento presenta una estrategia de planeo basada en redes neuronales para extender los tiempos de vuelo y avanzar en la capacidad operativa potencial de los SUAVs. En este estudio, se utiliza el algoritmo de Neuroevolución de Topologías Aumentadas (NEAT) para entrenar neurocontroladores eficientes y efectivos que pueden controlar una aeronave simulada a lo largo de trayectorias de planeo dinámico y térmico sostenido. El enfoque propuesto evoluciona redes neuronales interpretables de manera que se preserve la simplicidad mientras se maximiza el rendimiento sin requerir conjuntos de datos de entrenamiento extensos. Como resultado, la estrategia combinada de planificación de trayectorias y control de aeronaves es adecuada para la implementación en tiempo real en plataformas SUAV.
Descripción
La eficiencia energética y la resistencia de vuelo de los vehículos aéreos no tripulados pequeños (SUAVs) se pueden mejorar mediante la implementación de estrategias de planeo autónomo. Técnicas de vuelo inspiradas biológicamente, como el planeo dinámico y térmico, ofrecen ahorros de energía significativos al aprovechar fenómenos de viento que ocurren naturalmente para el vuelo sin empuje. El interés reciente en la aplicación de algoritmos de inteligencia artificial para el planeo autónomo ha sido motivado por la búsqueda de inculcar un comportamiento generalizado en los sistemas de control, centrado en el uso de redes neuronales. Sin embargo, la topología de tales redes suele estar predeterminada, restringiendo el espacio de búsqueda de soluciones potenciales, mientras que a menudo resulta en redes neuronales complejas que pueden presentar desafíos de implementación para el hardware limitado a bordo de vehículos autónomos de pequeña escala. Al explorar un método novedoso para generar neurocontroladores, este documento presenta una estrategia de planeo basada en redes neuronales para extender los tiempos de vuelo y avanzar en la capacidad operativa potencial de los SUAVs. En este estudio, se utiliza el algoritmo de Neuroevolución de Topologías Aumentadas (NEAT) para entrenar neurocontroladores eficientes y efectivos que pueden controlar una aeronave simulada a lo largo de trayectorias de planeo dinámico y térmico sostenido. El enfoque propuesto evoluciona redes neuronales interpretables de manera que se preserve la simplicidad mientras se maximiza el rendimiento sin requerir conjuntos de datos de entrenamiento extensos. Como resultado, la estrategia combinada de planificación de trayectorias y control de aeronaves es adecuada para la implementación en tiempo real en plataformas SUAV.