Пчелы раскроют секреты пилотирования для авиакомпаний

Когда пчелы покидают свой улей в надежде найти лучшее место для жизни, они не летят в никуда, а перебираются вместе с королевой на соседние ветки дерева, пока пара десятков пчел-разведчиков отправляют на поиск нового дома. Спустя некоторое время разведчики возвращаются и начинают неистово танцевать, указывая подобным образом расстояние и направление до найденной цели. Чем энергичней танец пчел, тем значимей сигнал о новом месте для остального роя. Понаблюдав на роение и жужжание пчел-разведчиков, королева и ее окружение принимает решение, в какую сторону света отправиться для строительства нового улья.

Наука описывает это поведение методом роя частиц - численным способ оптимизации. В нем каждая частица, участница предполагаемого роя пчел или стаи птиц, ищет выгодную потенциальную позицию в хаотичной куче других объектов и меняет каждый следующий шаг, вектор движения, в зависимости от поведения других частиц. Этот природный алгоритм позволяет какому-либо множеству живых существ без участия особи-руководителя прийти к лучшему результату.

Подобный метод широко используется для оптимизации каких-либо данных в IT, но сейчас ученые решили с помощью его скорректировать маршруты самолетов.

Курс авиалайнера для пассажиров не является загадкой. Они перемещаются из точки А в точку В согласно купленному билету. На деле же, из-за плохой погоды, турбулентности, гроз пилоты часто вынуждены изменять маршрут, и, наматывая лишние мили, они, разумеется, сжигают лишнее топливо. Это увеличивает эксплуатационные расходы, тратит время пассажиров, и даже производит больше загрязнений в атмосферу.

Авиация и так довольно вредна для природы, в частности, озонового слоя атмосферы, а тут еще лайнеры пыхтят соплами больше положенного. Ученые из Польского и Колумбийского университетов серьезно призадумались, как уменьшить эксплуатационные расходы самолетов и выброс парниковых газов, и придумали оптимизировать маршрут с помощью алгоритма на основе поведения пчел и кукушек.

При плохой погоде за иллюминатором алгоритм рассчитает лучший путь, снизив тем самым потребление топлива. Это в свою очередь приведет к снижению выброса диоксида углерода и удешевлению цен на авиабилеты. Вся мощь алгоритма в его непрерывной работе в реальном времени. Летчик будет каждую минуту получать подсказки с направлением лучшего курса.

Алгоритм основан на природе пчелиного роя, но как это работает? Пчелы принимают решение на основе разведданных из мест, куда уже слетали отдельные особи. Авиационный софт рассматривает множество точек пространства вокруг самолета в качестве своеобразных “пчел” и с каждой итерацией получает картину наиболее благоприятного места, куда стоит направить самолет в настоящий момент. При прокладке дальнейшей траектории полета включается второй алгоритм, который по словам ученых действует по принципу кукушки. Эта птица подбрасывает свои яйца в чужие гнезда, прибавляя хлопот другому семейству. Если хозяин гнезда не заметит подмену, то вырастит кукушонка как своего родного птенца. В случае с авиалайнером алгоритм рассматривает возможные маршруты и определяет их как “яйца”/потенциальные решения, если не видит ничего странного, то дает добро на полет.

Исследователи испытали новые алгоритмы на симуляции полета авиалайнера Airbus A320, обслуживающего 220-мильный маршрут на средней скорости в 515 миль в час. Симуляция показала, что предложенный софтом путь стал короче на 7 миль. Взаимодействие пилотов во время полета с алгоритмами позволило снизить эксплуатационные расходы самолета на 1 процент. Это может показаться слишком малым достижением, но если умножить на весь автопарк, то за год может выйти существенная экономия в десятки тысяч долларов. Вдохновленный природой алгоритм поможет в самом главном: повысить безопасность полетов и уменьшить выбросы парниковых газов.

Источник Фото Unsplash