Доклад на тему: «Династия Каляевых: от суперкомпьютеров к интеллектуальным роям дронов»

Доклад на тему: «Династия Каляевых: от суперкомпьютеров к интеллектуальным роям дронов»

Выполнил: ученик 9Б класса Сафронов Андрей

Руководитель: учитель математики Курганов Герман Евгеньевич
Предмет: Великие люди России

Содержание

Введение

Основная часть

2.1. Анатолий Васильевич Каляев — архитектор вычислительных систем

2.2. Игорь Анатольевич Каляев — создатель интеллектуального ядра для дронов

2.3. Анатолий Игоревич Каляев — специалист по безопасности и антидронам

2.4. Математика группового управления: как работает «рой» дронов

2.5. Навигация без GPS: вызов для математиков

2.6. Прогноз академика Каляева: ждет ли БПЛА «закат»?

Заключение

Список литературы

1. Введение

Когда мы говорим о великих людях России в сфере беспилотных технологий, чаще всего вспоминают инженеров-конструкторов или летчиков-испытателей. Но есть в Таганроге удивительная научная династия, без которой современные дроны никогда не стали бы умными.

Это семья Каляевых — три поколения ученых, которые создали теоретическую базу для российских беспилотников. Дед заложил основы архитектуры суперкомпьютеров, отец научил роботов мыслить самостоятельно, а внук разработал системы защиты от дронов-нарушителей.

Цель моего доклада: рассказать о вкладе династии Каляевых в развитие БПЛА и показать, как математические теории превращаются в реальные летающие аппараты.

2. Основная часть

2.1. Анатолий Васильевич Каляев — архитектор вычислительных систем

Анатолий Васильевич Каляев (1922-2004) — академик, основатель научной династии. В 1960-1980-х годах, когда никто и не мечтал о дронах, он занимался созданием многопроцессорных вычислительных систем с программируемой архитектурой.

Что это значит простыми словами?

Обычный компьютер того времени делал всё последовательно: сначала одну операцию, потом другую. Анатолий Васильевич придумал, как заставить много процессоров работать параллельно — одновременно решать разные части одной задачи. Это как если бы один человек решал пример, а целый класс разделил его на части и решил в 30 раз быстрее.

Почему это важно для дронов?

Современный беспилотник должен одновременно:

обрабатывать видео с камеры

анализировать показания датчиков

рассчитывать траекторию

обходить препятствия

передавать данные на землю

Без параллельных вычислений это невозможно. Именно работы Анатолия Васильевича Каляева стали «фундаментом» для бортовых компьютеров, которые сейчас стоят на каждом дроне .

2.2. Игорь Анатольевич Каляев — создатель интеллектуального ядра для дронов

Игорь Анатольевич Каляев (род. 1952) — академик РАН, сын основателя династии, научный руководитель НИИ многопроцессорных вычислительных систем Южного федерального университета (ЮФУ).

Он перенес теоретические наработки отца в практическую плоскость. Если дед создал «железо» (процессоры), то отец занялся «софтом» — программами, которые заставляют роботов думать.

Главные направления его работы:

Интеллектуальный суверенитет. Игорь Каляев настаивает: программное обеспечение для российских дронов должно быть полностью отечественным. Нельзя допустить, чтобы в военном или гражданском беспилотнике работали западные алгоритмы .

Групповое управление (рой дронов). Это его главная научная страсть. Как заставить десятки дронов работать согласованно, без команды с земли?

Навигация без GPS. Если сигнал спутников заглушили, дрон не должен ослепнуть. Нужны алгоритмы, позволяющие ориентироваться по рельефу местности .

2.3. Анатолий Игоревич Каляев — специалист по безопасности и антидронам

Анатолий Игоревич Каляев (род. предположительно 1980-е) — доктор технических наук, заведующий лабораторией в НИИ МВС ЮФУ, представитель третьего поколения династии.

Он занялся самой актуальной проблемой 2020-х годов: как защититься от дронов-нарушителей?

Под его руководством создана модульная видеосистема раннего обнаружения БПЛА. Она умеет:

отличать птицу от дрона на большом расстоянии

распознавать модель беспилотника по визуальным признакам

автоматически сопровождать цель

За эту разработку Анатолий Каляев-младший получил медаль Российской академии наук .

2.4. Математика группового управления: как работает «рой» дронов

Самая интересная часть исследований Каляевых — это математическая теория роевого интеллекта.

Давай разберем простой пример. Представь, что 10 дронов вылетели на разведку большого района. Как распределить между ними территорию, чтобы они не мешали друг другу и не пропустили важные объекты?

Каляевы предложили использовать мультиагентный подход. Это значит, что каждый дрон — самостоятельный «агент», который:

видит только то, что вокруг него

обменивается информацией с соседями

принимает решение на основе простых правил

Математическая модель роя (упрощенно):

Для каждого дрона в момент времени t рассчитываются три вектора:

Вектор сплоченности — тянет дрона к центру группы (чтобы рой не разлетелся)

Вектор выравнивания — подстраивает скорость под соседей

Вектор избегания — отталкивает от слишком близких соседей (чтобы не столкнуться)

Вот формула (мы проходили на факультативе по программированию):

text

V(t+1) = V(t) + w1·C + w2·A + w3·S

где:

V — скорость дрона

C — вектор к центру роя

A — вектор выравнивания

S — вектор избегания столкновений

w1, w2, w3 — весовые коэффициенты (настраиваются под задачу)

Когда каждый дрон в рое считает такую формулу каждую миллисекунду, возникает удивительный эффект: рой начинает вести себя как единый живой организм. Это и есть самоорганизация .

2.5. Навигация без GPS: вызов для математиков

Вторая гениальная идея Каляевых — экстремальная навигация.

Обычный дрон постоянно получает сигналы со спутников: "я нахожусь в точке с такими-то координатами". Но если враг включает глушилки (РЭБ — радиоэлектронную борьбу), сигнал пропадает. Дрон "слепнет" и падает или теряется.

Каляевы предложили делать так:

Дрон запоминает рельеф местности перед вылетом (3D-карту)

Во время полета камера постоянно снимает то, что внизу

Специальный алгоритм сравнивает текущее изображение с картой

По совпадению деталей рельефа дрон понимает, где он находится

Это называется техническое зрение + анализ рельефа. Для работы такого алгоритма нужны мощные бортовые компьютеры — как раз те, что проектировал основатель династии .

2.6. Прогноз академика Каляева: ждет ли БПЛА «закат»?

В 2024 году Игорь Каляев сделал неожиданное заявление, которое обсуждают все специалисты. Он считает, что эра простых дронов может скоро закончиться.

Почему?

Средства радиоэлектронной борьбы (РЭБ) развиваются быстрее, чем сами дроны

Уже сейчас можно заглушить управление почти любым гражданским беспилотником

Системы ПВО научились сбивать малые цели

Но это не значит, что дроны исчезнут. Просто выживут только те, которые:

умеют работать полностью автономно (без связи с оператором)

могут объединяться в рои, где каждый прикрывает другого

используют навигацию без спутников

Каляев говорит: будущее за интеллектуальными системами, способными действовать в условиях «цифровой слепоты» . И его институт как раз такие системы и создает.

3. Заключение

Династия Каляевых из Таганрога — уникальный пример того, как научные идеи передаются по наследству и развиваются от поколения к поколению.

Анатолий Васильевич создал теорию параллельных вычислений — без нее не было бы бортовых компьютеров.
Игорь Анатольевич научил роботов мыслить самостоятельно и работать в рое.
Анатолий Игоревич разрабатывает системы защиты от дронов и решает прикладные задачи.

Главный урок, который я вынес из этой истории: фундаментальная наука всегда находит применение. То, что сегодня кажется абстрактной теорией (многопроцессорные системы, математические модели роя), завтра становится основой для реальной техники, которая защищает страну и помогает людям.

Каляевы доказали: чтобы создать умный дрон, нужно сначала научиться думать как математик.

4. Список литературы

Каляев И.А., Гайдук А.Р., Капустян С.Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. — М.: Физматлит, 2009. — 280 с.

НИИ многопроцессорных вычислительных систем ЮФУ. Официальный сайт: направления исследований .

Каляев И.А. Интеллектуальный суверенитет в робототехнике // Доклад на форуме «Микроэлектроника-2024».

Информация о медали РАН за разработку модульной видеосистемы обнаружения БПЛА // Сайт Российской академии наук.

Каляев А.И., Каляев И.А. Методы компьютерного зрения для навигации беспилотных летательных аппаратов в условиях отсутствия спутниковых сигналов // Известия ЮФУ. Технические науки. — 2023. — № 3.

Прогноз развития БПЛА: интервью с академиком И.А. Каляевым // Журнал «Робототехника и техническая кибернетика». — 2024. — № 4.