Метеорити запропонували шукати дронами

Інженери з США, Австралії, Великобританії і Франції розробили метод пошуку метеоритів за спалахами перед їх падінням, заснований на використанні дрона з камерою. За допомогою алгоритму вони вирахували район ймовірного падіння фрагментів метеорита в американському штаті Невада, а дрон вилетів на це місце і зробив безліч деталізованих знімків, на яких потім нейромережа знайшла схожі найбільш схожі на метеорити об'єкти. Стаття опублікована в журналі, а її препринт доступний на arXiv.org.

Щодня в атмосферу Землі входять тисячі метеорних тел. Переважна більшість з них згорає над океанами і малонаселеними ділянками суші, а також днем, коли спалахи від них майже непомітні. Більш того, лише невелика частина з метеорних тіл, що згорають в атмосфері, згорає не повністю і падає на поверхню Землі, як правило, вони виробляють спалахи зоряної величини - 8 і яскравіше. Потенційно по зйомці падаючого метеорита можна розрахувати траєкторію його польоту і приблизний район падіння його уламків. Цим займаються професинальні та аматорські мережі пошуку метеоритів, що складаються з камер в різних частинах Землі. Але фактично лише близько трьох десятків метеоритів вдалося знайти таким способом. Частково це пов'язано з тим, що такі пошуки трудовитратні - райони пошуків складають десятки квадратних кілометрів і в результаті часто вони не дають результату. Але вдалі пошуки являють собою великий інтерес вчених, які досліджують ранні етапи утворення Сонячної системи, тому що знайдений метеорит можна зіставити з траєкторією його підльоту до Землі, а по ній можна вирахувати з якого сімейства астероїдів він був утворений і тим самим віддалено досліджувати його хімічний склад.

Група інженерів під керівництвом Джима Альберса (Jim Albers) з Інституту SETI і Дослідницького центру Еймса в складі NASA вирішили спростити і здешевити пошук метеоритів за спалахами від їх падіння і розробили для цього систему на основі дрона. Вони використовували квадрокоптер 3DR Solo, який обладнали лазерним висотомером, камерою GoPro, польотним контролером PixHawk GreenCube і програмним забезпеченням Arducopter. Інженери написали програму, яка розбиває район пошуку на сітку місць, в яких дрон повинен зробити кадр. Розмір сітки підбирається відповідно до висотої зйомки, яку автори варіювали від двох до шести метрів. А оскільки дрон оснащений висотомером, він підтримує задану висоту, незалежно від рельєфу місцевості.

Після обльоту місцевості дрон повертається і з нього вивантажують дані для аналізу. Для цього розробники використовували нейромережу RetinaNet. Вони взяли мережу, предобученную на датасеті ImceNet і добре виявляє об'єкти, і дообучили її на власному датасеті. Для цього вони використовували вісім фрагментів метеорита Мбале, що впав в Уганді 1992 року. Вони клали фрагменти в різній місцевості і знімали їх за допомогою камери з рук і за допомогою дрона з повітря. Також вони додали в датасет фотографії метеоритів з інтернету. У результаті вийшов датасет з 762 знімків, які додатково відбили по вертикалі і горизонталі, щоб отримати 2448 кадрів, на яких автори навчили нейромережу шукати об'єкти-кандидати.

Автори перевірили метод на падінні метеорита в американському штаті Невада 14 липня 2019 року. Його відстежили станції пошуку метеоритів NASA. Їх розрахунки показують, що маса, яка могла долетіти до землі, склала 35,3 ^ 3,7 кілограм. Інженери прийняли щільність метеорита за 3,2 грам на кубічний сантиметр і за допомогою моделі вітру розрахували район падіння, найбільш вірогідні точки (невеликі області) і приблизний розподіл маси можливих фрагментів по них. Вони вибрали дві точки, в яких модель передбачала можливість наявності фрагментів з масою близько 10 і 100 грам відповідно. У них вони відправили дрон, причому в одній з точок вони розкидали всі вісім метеоритів зі своєї колекції, щоб перевірити їх розпізнавання на новій місцевості.

У результаті вони переконалися, що алгоритм розпізнав усі вісім метеоритів, а також відібрали три ймовірні об'єкти-кандидати і вирушили на їхні пошуки, використовуючи геометки знімків. Прибувши на місце вони виявили, що один з об'єктів - це темна щітка, що дає темну тінь, а два інших - камені, які дійсно були вельми схожі на метеорити, але не були ними. Автори роботи відзначили, що хоча вони не знайшли метеорити і їх система потребує доопрацювання, в майбутньому метод може допомогти в пошуку метеоритів і прискорити його в порівнянні з повністю ручними пошуками.

Дрони завдяки їхній невеликій вартості використовують для пошуку різних об'єктів - від загублених людей і акул, до радянських мін і борщовика.