Solo una cámara y sin GPS: dron con IA arrasa a tres campeones del mundo a 100 km/

El dron autónomo MonoRace superó a tres ex campeones mundiales de carreras en primera persona y ganó la competición en Abu Dabi. El aparato aceleró hasta 100 km/h, aunque para la navegación contó solo con una cámara frontal y una unidad inercial, sin GPS ni un sistema externo que pudiera indicar coordenadas precisas.

El mejor tiempo de MonoRace fue 16,56 segundos en un circuito que requería completar dos vueltas a través de 11 puertas. El dron también venció a todos los rivales autónomos en la carrera individual principal y luego ganó consecutivamente tres carreras contra los campeones. Los autores describieron en detalle los resultados y el diseño del sistema tras la competición.

La dificultad principal surgía por la velocidad. La cámara veía el circuito de forma similar a la de un dron de carreras pilotado por una persona, pero la computadora tenía que determinar por sí misma la posición del aparato y decidir casi instantáneamente hacia dónde volar. La red neuronal encontraba las puertas en el encuadre, y la unidad inercial medía las aceleraciones y la rotación del fuselaje. Luego el programa comparaba las lecturas de los sensores con un modelo de movimiento del dron y ajustaba continuamente su posición.

Los desarrolladores también renunciaron al esquema de control por etapas habitual. Una pequeña red neuronal calculaba directamente las órdenes para los cuatro motores y las actualizaba 500 veces por segundo. Antes de la carrera, el algoritmo se entrenó mediante aprendizaje por refuerzo: en la simulación el dron probaba una y otra vez diferentes acciones, recibía una recompensa por un vuelo exitoso y poco a poco aprendía a recorrer el circuito más rápido, sin superar las capacidades físicas del aparato.

Las condiciones de la competición complicaban la tarea. Los organizadores prepararon el equipo y el circuito por su cuenta, y no dieron a los participantes un sistema de posicionamiento externo. MonoRace tuvo que lidiar con interferencias en la cámara, cuadros borrosos y situaciones en las que los sensores inerciales alcanzaban el límite de medición durante maniobras bruscas. Según la descripción del sistema, los algoritmos seguían funcionando incluso con distorsiones serias en parte de los fotogramas de vídeo.

La victoria sobre los campeones no significa todavía que el piloto autónomo supere al humano en cualquier carrera. MonoRace se ajustó específicamente para recorrer lo más rápido posible un circuito conocido. Cuando salieron al mismo tiempo cuatro drones autónomos, el aparato quedó en tercer lugar, ya que los desarrolladores no añadieron un mecanismo específico para evitar a los oponentes.

El resultado es interesante sobre todo por la cantidad de equipo que se pudo eliminar. Drones de carreras anteriores ya habían superado a pilotos profesionales, pero MonoRace se bastó con una cámara, una unidad inercial y un pequeño computador de a bordo. Los autores consideran que el mismo principio será útil para robots que deben tomar decisiones rápidamente con un procesador débil y con un conjunto reducido de sensores.