Liệu máy bay tự lái có thay đổi bầu trời?

• Đã đăng

Trên một cánh đồng cỏ linh lăng ở Thung lũng San Joaquin, California, một chiếc máy bay phun thuốc trừ sâu cỡ nhỏ đang bay thấp đến đáng sợ so với mặt đất. Tuy nhiên, rủi ro cho con người là rất thấp, vì máy bay không người lái.

"Chúng tôi thực sự có thể bay thấp hơn phi công con người," Russ Marotzke nói khi chiếc máy bay lướt qua cánh đồng.

Ông cho biết, bay thấp hơn đồng nghĩa với việc thuốc phun ít bị trôi đi hơn và do đó cần ít hóa chất hơn so với phương pháp rải thuốc trừ sâu có người lái thông thường.

Chiếc máy bay không người lái này thuộc về Pyka, nơi Marotzke làm kỹ sư thử nghiệm bay.

Có trụ sở tại một nhà chứa máy bay thời Thế chiến thứ hai được cải tạo nhìn ra Vịnh San Francisco, công ty khởi nghiệp này chế tạo máy bay tự hành không có buồng lái, được thiết kế để phun thuốc trừ sâu hoặc vận chuyển hàng hóa.

Đây là một trong số ít công ty đang chạy đua đưa máy bay cánh cố định tự hành vào hoạt động thương mại.

Các loại taxi hàng không đô thị bay, được gọi là máy bay cất cánh và hạ cánh thẳng bằng điện (eVTOL), đã thu hút phần lớn sự chú ý xung quanh ngành hàng không tự hành.

Nhưng một cuộc đua thầm lặng hơn cũng đang diễn ra để triển khai máy bay tự lái, trước tiên cho các công việc như phun thuốc trừ sâu và giao hàng hóa – và cuối cùng, nhiều nhà sản xuất hy vọng, sẽ chở cả hành khách.

"Hoạt động chở khách quy mô lớn, phổ biến là mục tiêu tối thượng," Michael Norcia, đồng sáng lập kiêm CEO của Pyka cho biết, người hình dung ra một đội máy bay Pyka cỡ xe buýt nhỏ chở hành khách dọc bờ biển phía đông và phía tây nước Mỹ.

"Có khả năng cao là chúng tôi sẽ đạt được điều đó trước ngành công nghiệp eVTOL."

Tôi đến một trong những địa điểm thử nghiệm máy bay phun thuốc của Pyka, cách nhà máy của công ty khoảng 80km (50 dặm) về phía đông, đi qua một con đường đất gồ ghề.

Hôm nay, Marotzke và một đồng nghiệp đang thử nghiệm bản cập nhật phần mềm trên một chiếc máy bay trình diễn.

Khoảng một chục máy bay Pyka đã có mặt tại Brazil, nơi chúng được sử dụng để phun thuốc cho các loại cây trồng như bông và đậu nành, công việc trước đây do các phi công con người thực hiện.

Máy bay phun thuốc trừ sâu chạy hoàn toàn bằng điện, với pin nằm ở mũi. Nó có thể bay trong khoảng 35 phút và chở tới 300 lít dung dịch phun trong một bồn chứa ở giữa thân.

Máy bay của Pyka đôi khi được gọi là máy bay không người lái cỡ lớn, nhưng điều đó có vẻ là nói giảm: tất cả chúng đều có sải cánh dài 11,5m.

Bên trong một container vận chuyển cạnh cánh đồng, các kỹ sư đánh dấu trên máy tính khu vực họ muốn máy bay phun thuốc. Phần mềm sau đó lên kế hoạch lộ trình, có tính đến các chướng ngại vật như đường dây điện gần đó đã được lập bản đồ.

Việc cất cánh, trên một đường băng cạnh cánh đồng, diễn ra liền mạch. Khoảng 15 phút sau, sau khi cảm nhận được lượng thuốc phun sắp cạn – hôm nay là nước – máy bay tự hạ cánh để tiếp nhiên liệu thủ công và thay pin trình diễn. Sau đó, nó lại cất cánh để tiếp tục phun thuốc chính xác từ điểm dừng trước đó.

Bay tự hành khác với lái tự động.

Lái tự động hỗ trợ, giống như kiểm soát hành trình và chức năng giữ làn đường trên ô tô.

Hệ thống tự hành nhằm xử lý toàn bộ chuyến bay, bao gồm cả cất cánh và hạ cánh, với ít hoặc không cần sự can thiệp của con người, sử dụng thuật toán để xử lý dữ liệu cảm biến và điều khiển máy bay.

Máy bay tự lái xuất hiện chậm hơn so với ô tô tự lái, mặc dù hoạt động trong môi trường thường được coi là có cấu trúc và dễ dự đoán hơn.

Một phần là do các công ty công nghệ lớn "đặt cược" vào ô tô, đổ nguồn lực khổng lồ vào công nghệ này, Mykel Kochenderfer, chuyên gia về an toàn hàng không tự hành tại Đại học Stanford cho biết.

Nhưng cũng vì máy bay bị ràng buộc bởi các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt hơn ô tô, tạo ra rào cản triển khai cao hơn nhiều.

"Hậu quả của tai nạn hàng không có thể rất nghiêm trọng," Kochenderfer nói.

Sự quan tâm của quân đội đã giúp thúc đẩy công nghệ này. Nhiều công ty có hợp đồng quốc phòng để trình diễn và thử nghiệm hệ thống của họ, thường ít bị rào cản pháp lý hơn so với phía dân sự, và một số thậm chí đã cung cấp cho khách hàng quân sự.

Tại Mỹ, máy bay cánh cố định tự hành lớn nhất được phê duyệt cho mục đích dân sự thương mại cho đến nay là máy bay phun thuốc của Pyka, được cấp phép vào năm ngoái.

Mặc dù hoạt động bị giới hạn trong môi trường nông nghiệp được xác định chặt chẽ và yêu cầu người vận hành mặt đất và người quan sát trực quan. Trước đó, họ đã nhận được sự chấp thuận tương tự tại Brazil, nơi các quy định thoáng hơn.

Pyka đặt mục tiêu mở rộng sản xuất từ khoảng hai chục máy bay mỗi năm hiện nay lên 1.000 chiếc vào năm 2030. Mỗi chiếc có giá 550.000 USD, với khách hàng được đào tạo vận hành.

Vương quốc Anh vẫn chưa phê duyệt bất kỳ hoạt động dài hạn nào như vậy, mặc dù công ty Windracers của Anh đang xin phép triển khai dịch vụ vận tải hàng không tự hành ở Shetland và Orkney. Máy bay của họ, được thiết kế để vận chuyển hàng hóa đến các vùng sâu vùng xa, cũng đang thực hiện các nhiệm vụ tại Ukraine.

"Đây chắc chắn sẽ là dịch vụ vận tải hàng hóa hạng nặng bằng máy bay không người lái đầu tiên ở Anh và có lẽ là bất cứ đâu," Stephen Wright, người sáng lập kiêm chủ tịch Windracers cho biết.

Những người ủng hộ cho rằng máy bay tự hành có thể giải quyết tình trạng thiếu phi công, loại bỏ con người khỏi các công việc nguy hiểm như phun thuốc trừ sâu, nâng cao hiệu quả – ví dụ, bằng cách cho phép máy bay chở nhiều hàng hóa hơn – và cắt giảm chi phí nếu một người vận hành có thể giám sát nhiều máy bay.

Họ cũng lập luận rằng tự động hóa có thể làm cho việc bay an toàn hơn, chỉ ra sự sụt giảm các vụ tai nạn trong quá khứ khi ngày càng có nhiều hệ thống tự động được đưa vào sử dụng.

Các nhóm phi công vẫn thận trọng.

Hiệp hội Phi công Hàng không Quốc tế Mỹ (ALPA) gọi việc loại bỏ phi công là "một can bạc liều lĩnh với an toàn và là một bước đi quá xa".

Hiệp hội Hàng không Nông nghiệp Quốc gia Mỹ, đại diện cho các phi công phun thuốc trừ sâu, cho biết máy bay không người lái cỡ nhỏ có thể khó nhìn thấy đối với phi công của họ. Họ nói thêm rằng máy bay có người lái có thể phun một khu vực rộng hơn nhiều nhanh hơn.

Pyka và Windracers đang chế tạo máy bay từ đầu, lập luận rằng điều này cho phép thiết kế tính tự hành ngay từ đầu và điều chỉnh máy bay cho phù hợp với công việc.

Những người khác đang trang bị thêm cho các máy bay lớn hơn hiện có.

Được hậu thuẫn bởi bộ phận đầu tư của Boeing, công ty Reliable Robotics có trụ sở tại Mỹ hiện đang thử nghiệm hệ thống của mình trên máy bay Cessna 208B Grand Caravan, một máy bay chở hàng một phi công có thể chở khoảng 1360kg trọng tải trên quãng đường hàng trăm km.

Việc trang bị thêm trên máy bay được chứng nhận cho phép công ty tập trung hoàn toàn vào việc chứng minh độ an toàn của hệ thống tự hành thay vì phải xin phê duyệt cho một máy bay mới, Robert Rose, đồng sáng lập kiêm CEO cho biết.

Merlin Labs, cũng có trụ sở tại Mỹ, đã và đang phát triển dần lên các máy bay quân sự lớn hơn và hiện đang áp dụng hệ thống của mình cho máy bay vận tải quân sự Lockheed Martin C-130J hai phi công, với các máy bay chở hàng thương mại nhiều phi hành đoàn tiếp theo.

"Đó là một bộ não tự hành chung có thể chuyển đổi giữa các máy bay khác nhau," Matt George, người sáng lập kiêm CEO của Merlin giải thích.

Các công ty cũng khác nhau về cách tiếp cận AI.

Reliable tránh hoàn toàn việc sử dụng AI, lập luận rằng nó sẽ làm phức tạp việc chứng nhận.

Trong khi đó, Merlin đang áp dụng cách tiếp cận tập trung vào AI hơn nhiều.

Sự khác biệt thể hiện rõ trong cái gọi là hệ thống phát hiện và tránh va chạm.

Một trong những thách thức lớn nhất của chuyến bay tự hành là tái tạo khả năng của phi công trong việc phát hiện và cơ động an toàn xung quanh các máy bay và chướng ngại vật khác, và hầu như không có chỗ cho sai sót.

Vì chưa có giải pháp hoàn hảo nào, các công ty đang bổ sung các hệ thống cảm biến khác nhau cũng như nhân bản các hệ thống tiêu chuẩn hiện có để cung cấp dự phòng thêm.

Reliable đã bổ sung radar không đối không tầm xa để phát hiện các máy bay khác trong phạm vi hơn tám km, với phần mềm tuân theo các quy tắc cố định để quyết định cách máy bay nên phản ứng.

Nó "tốt hơn mắt thường của phi công", Rose nói.

Trong khi đó, Merlin đang sử dụng camera hỗ trợ AI để phát hiện và phân loại vật thể.

Pyka đã sử dụng lidar ngay từ đầu để phát hiện cây cối, phương tiện, chim lớn và địa hình. Nhưng nó có tầm ngắn, vì vậy công ty cũng có kế hoạch bổ sung camera hỗ trợ AI, lần sử dụng AI thực sự đầu tiên trên máy bay.

"Đối với nhiều thứ, không cần sử dụng AI... nhưng để xác định sáu pixel ở đằng xa là máy bay hay một vết mờ nào khác, thì đó là lĩnh vực hoàn hảo," Norcia nói.

Thế tiến thoái lưỡng nan về AI cũng mở rộng đến việc liên lạc với kiểm soát không lưu.

Trong vùng trời dùng chung, máy bay phải có khả năng nhận, diễn giải và phản hồi các hướng dẫn bằng sóng vô tuyến, thường là từ kiểm soát không lưu.

Giải pháp của Reliable là có một phi công từ xa trên mặt đất, ban đầu được đào tạo bài bản, để xử lý liên lạc và đưa ra các quyết định quan trọng về an toàn.

Merlin có kế hoạch sử dụng AI tạo sinh, được đào tạo trên hàng nghìn giờ ghi âm trao đổi, để diễn giải hướng dẫn và tự phản hồi.

"Vấn đề của chúng tôi khó hơn... nhưng chúng tôi muốn tiến xa hơn việc điều khiển từ xa," George nói.

Norcia cho biết Pyka hài lòng để người khác "mở đường" trong việc tìm ra cách tốt nhất để hoạt động trong vùng trời dùng chung.

Trong khi đó, ngay cả khi các chuyến bay chở khách hoàn toàn tự hành vẫn còn xa vời, nhiều người kỳ vọng công nghệ tiên phong này sẽ dần thâm nhập vào ngành hàng không thương mại, có khả năng làm cho việc bay có phi công an toàn hơn.

Điều đó, ALPA, hiệp hội phi công Mỹ lưu ý, sẽ là một sự phát triển đáng hoan nghênh.