Трекинг взгляда и контроль пульса: как разработки Центра «Авионика» МАИ помогут пилотам

Центр «Авионика» в МАИ появился в конце 2020 года: сегодня здесь трудятся как инженеры с большим опытом работы в авиационной отрасли, так и студенты института. Вместе они разрабатывают бортовое радиоэлектронное оборудование, программное обеспечение, стенды, готовят конструкторскую документацию. И важность этой работы неоспорима, ведь активное развитие авионики требует внедрения новых технологий и применения новых решений для стандартизированных процессов. Чтобы поближе познакомиться с работой Центра, поговорить об авионике и новых технологиях в отрасли, мы встретились с ведущим инженером центра «Авионика» МАИ Глебом Боярским. 

Глеб, расскажите немного о вашей команде. 

Всю команду можно разделить на три группы: первая занимается разработкой программного обеспечения, вторая — разработкой аппаратных частей и стендов, а третья группа — это конструкторы. У нас работают и опытные профессионалы, недавние выпускники, и нынешние студенты. Мы создаём условия для развития компетенций ребят в области авионики и очень заинтересованы в том, чтобы, отучившись в институте или даже окончив аспирантуру, они могли продолжить свой путь в отрасли, продвигали выбранное направление, став высококвалифицированными специалистами.  

Авионика — это…

Это комплекс электронных и радиоэлектронных устройств, которые находятся на борту летательного аппарата: самолёта, вертолёта, конвертоплана… В понятие «авионика» входит БРЭО — бортовое радиоэлектронное оборудование, которое отвечает за приём и передачу радиоволн различных характеристик, и КБО — комплекс бортового оборудования, который занимается получением информации, её обработкой и управлением. Авионика в том числе отвечает за навигацию, радиообмен, управление компонентами и агрегатами летательного аппарата, обеспечение безопасности, специальными задачами и т.д.

А если сравнить авионику сегодняшнего дня и начала столетия, насколько серьёзные изменения произошли?

Первое и самое очевидное изменение, доступное стороннему наблюдателю, заключается в численности экипажа воздушного судна. Вспомните, в составе экипажа требовалось 5-6 человек: пилоты, бортинженер, радист, штурман. А сейчас мы пришли к тому, что аппаратами некоторых классов способен управлять один человек, некоторых — два, и в редких случаях — три. Эти изменения обусловлены автоматизацией выполнения существенной части задач на борту и, конечно, техническими средствами на земле. 

Понятным следствием развития авионики является развитие беспилотных летательных систем. Ранее по техническим и финансовым причинам невозможно было создать вычислители, сенсорику и средства радиообмена с такими массогабаритными и функциональными характеристиками, чтобы оборудовать ими малые БПЛА. Сейчас же беспилотные летательные аппараты можно найти в массовом диапазоне от 15 граммов до нескольких тонн. При этом необходимо отметить, что беспилотные летательные аппараты как класс существуют довольно давно, но комплексы нынешнего поколения позволяют им выполнять сложные задачи в автоматизированном режиме, так как они в широком смысле этого слова стали роботизированы. Разница в массах, габаритах и энергопотреблении систем, выполняющих схожие задачи, в начале столетия и в настоящий момент исчисляется порядками. 

К слову, даже аппараты, доступные массовому потребителю, оснащены системами, которые по своим функциям приближены к большим бортовым комплексам: имеют спутниковую связь, могут организовывать радиосвязь между аппаратами, носят на себе оптические системы, миниатюрные лидары, имеют развитую систему контроля и самодиагностики и многое другое.   

Можем ли говорить о повышении безопасности полётов в связи с развитием авионики?

Одним из основных критериев качества в гражданской (в первую очередь) авиации является безопасность. Поэтому любое изменение в составе комплекса, в том числе и изменение количества членов экипажа, обязательно проходит подтверждение, что безопасность полёта не пострадала.  

Человек как компонент системы управления уступает электронике в решении типовых задач, но обладает способностью адаптироваться к изменяющимся внешним условиям, которые почти невозможно предположить и учесть в программной, аппаратной или процедурной части. Поэтому в ближайшие годы человек на гражданских судах никуда не исчезнет. 

А когда появятся беспилотные летательные аппараты в гражданской авиации?

Не раньше 2050-2060-х годов. Поскольку речь идёт не только о том, чтобы доказать, что это безопасно. Должны быть выполнены множественные условия, в том числе и нетривиальная задача преодоления психологического барьера, ведь пассажиры привыкли к тому, что в передней части самолёта находится экипаж, профессиональный и надёжный. 

А что, на ваш взгляд, изменится к 2051 году в авионике?

Сложно предсказать, потому что видится как минимум два направления развития: повышение интеллектуализации борта и решение задач на борту и организация удалённых вычислений с обеспечением надёжной связи с центрами управления. 

И не смотря на вышесказанное, постепенно бортовое оборудование будет забирать функции у пилота, как это уже делают автомобили, оборудованные системой автопилота. Более того, уже сейчас пилот на гражданских самолётах — это в большей степени оператор сложной технической системы, который отвечает за контроль, связь, безопасность, но работает с автоматизированной системой. 

Будут развиваться вспомогательные технологии для повышения безопасности: синтетическое видение, дополненная реальность, виртуальная реальность… 

Искусственный интеллект: каким образом внедряется сегодня в авионику? 

Несмотря на хайп вокруг нейронных сетей, машинного обучения и так далее, в целом это программные комплексы, которые решают узкие специальные задачи. Отдельные инструменты, которые ассоциируются с искусственным интеллектом, применяются. А также есть предпосылки к переходу к более многозадачным нейронным сетям, которые смогут внедриться в вычислительные комплексы ЛА.

А зачем нужно синтетическое видение?

Представьте ситуацию, когда пилот, например, из-за тумана не может контролировать пространство вокруг себя. Можно ориентироваться на приборы. Но бывают случаи, когда есть необходимость знать положение потенциальных препятствий или посадочной площадки. И вот тогда вступает в работу система синтетического видения, которая помогает построить виртуальную картинку при помощи виртуальной камеры на основе базы данных рельефа и объектов, расположенных в зоне нахождения борта. 

Создание подобной системы — сложная задача. Она должна дополнять пространственную осведомлённость, повышать безопасность полёта. Некоторые производители авионики уже внедряют её в свои продукты. Мы работаем над системой и методами отображения информации для системы синтетического видения с точки зрения психофизиологии, эргономики и ищем наилучшие способы представления информации. 

В Центре вы работаете и над системой объективного контроля… 

Когда разрабатывается какой-то коммерческий продукт, будь то компьютер, операционная система или просто сайт, производитель использует систему трекинга взгляда для того, чтобы убедиться, что всё свёрстано правильно, внимание задерживается именно там, где это необходимо разработчику, и так далее. Но по какой-то причине этот инструмент широко не применяется в авиационной отрасли. Ведь вопрос распределения внимания в летательном аппарате гораздо важнее, чем, например, на сайте по продаже мебели. Мы считаем, что это упущение, и предлагаем систему, которая помогает оценивать не только взгляд, но и другие физические показатели человека, которые могут быть использованы при объективной оценке его состояния и реакции на раздражитель. 

Эта система позволяет регистрировать, как человек реагирует на интерфейс, и помогает дать оценку качества разработанного технического комплекса. Также может помочь оценить качество взаимодействия человека с системой, например, в авиационных тренажёрах, которые предназначены для формирования у пилотов навыков действий в определенных условиях. 

Сейчас оценка деятельности экипажа выполняется инструктором. И хоть ведётся видео- и аудиозапись процесса, человеческий фактор нельзя исключить полностью из процесса подготовки. Беспристрастным звеном в данном случае является система объективного контроля, которая оценивает не только соблюдение траектории, но и последовательность действий пилота: посмотрел ли он на индикаторы, прежде чем совершить определённое действие, или сделал это неосознанно? Учёл ли он параметры полёта? Не является ли действие оператора ошибочным и потенциально опасным? Ошибки такого характера в реальной жизни могут завершиться происшествием или катастрофой. А на тренажёре с использованием системы объективного контроля можно оценить, совершены действия осознанно и осмысленно или нет. 

На каком этапе находится разработка?

Все программно-аппаратные комплексы у нас уже готовы: энцефалограф, трекинг взгляда, измеритель частоты сердечных сокращений и так далее. Сейчас разрабатывается ПО для комплексирования и синхронизации модулей. 

Когда можно ожидать внедрения в массовом масштабе в тренажёрах?

Чтобы система была внедрена, в этом должны быть заинтересованы авиационные учебные центры, авиакомпании и регулирующие органы, а использование этой системы в оценке должно стать нормой. И сейчас мы ищем партнеров со стороны разработчиков тренажёрных систем, которые согласятся интегрировать её в состав тренажёра. Мы считаем, что эта система даст преимущество на рынке тренажёров для той компании, которая согласится её интегрировать. 

С интеграцией такой системы в области стендового обеспечения всё гораздо проще, ведь к стендам не предъявляются те требования, что к тренажёрам. И мы планируем внедрять эту систему и предлагать заказчикам. 

Какие ещё разработки Центра можете назвать наиболее перспективными?

Кроме системы объективного контроля, мы занимаемся разработкой стендов прототипирования, которые позволяют сформировать облик не только кабины самолёта, но и других мест оператора, разработкой систем автоматизированного тестирования, стендов входного/выходного контроля, поиска неисправностей в кабельной сети, тестирующие системы ПО бортовых индикаторов и многое другое. 

Мы разрабатываем ПО, создаем инструменты стенды для серийных заводов (стенды входного и выходного контроля), КБ (стенды прототипирования), эксплуатантов (стенды контроля состояния систем). Планируем и дальше развиваться в этом направлении, расширяя стендовый функционал.