Drone tránh vật cản bằng cách liên tục đo khoảng cách tới mọi thứ trong tầm cảm biến, dựng một bản đồ không gian ba chiều quanh mình, rồi phanh lại, đứng yên hoặc tính đường vòng khi có vật nằm trên hướng bay. Ba công nghệ hay gặp là camera đôi đo độ sâu như mắt người, cảm biến hồng ngoại đo thời gian ánh sáng đi về, và lidar quét bằng tia laser. Phần mềm gộp tín hiệu, có khi dùng thêm mô hình học máy để đoán vật cản từ một camera đơn.
Máy vẫn đâm vào cây và dây điện vì mỗi loại cảm biến có điểm mù: vật quá mảnh, quá trong suốt, quá tối, nằm ngoài góc nhìn, hoặc máy bay nhanh hơn khả năng phản ứng. Phần lớn vụ rơi máy mà người bay kể "rõ ràng máy có cảm biến" rơi đúng vào những điểm mù đó. Hiểu cơ chế giúp bạn biết lúc nào cảm biến là lớp bảo hiểm, lúc nào nó gần như vô dụng.
Ba cách drone "nhìn" khoảng cách
Camera đôi (thị giác lập thể). Hai camera nhỏ đặt cách nhau vài centimet cùng chụp một cảnh. Vật càng gần thì vị trí của nó trong hai ảnh càng lệch nhau; phần mềm đo độ lệch đó để tính khoảng cách cho từng điểm ảnh. Cách này rẻ, nhẹ, cho bản đồ chi tiết, nhưng cần ánh sáng và cần bề mặt có hoa văn để so khớp. Tường trắng trơn, mặt nước, bầu trời hay bóng tối làm nó lúng túng.
Cảm biến hồng ngoại đo thời gian bay (ToF). Cảm biến phát xung ánh sáng hồng ngoại và đo thời gian ánh sáng dội lại. Không cần vật có hoa văn, hoạt động được trong tối, nhưng tầm đo ngắn, góc hẹp, và bị ảnh hưởng khi nắng gắt hoặc bề mặt hấp thụ, phản xạ lệch. Nhiều máy dùng loại này ở mặt dưới để đo độ cao khi hạ cánh.
Lidar. Quét tia laser theo nhiều hướng để dựng đám mây điểm ba chiều. Chính xác, ít phụ thuộc ánh sáng, nhìn được các vật nhỏ hơn camera, nhưng nặng và đắt hơn, nên xuất hiện chủ yếu trên máy chuyên dụng, máy nông nghiệp và một số đời máy dân dụng mới. Lidar vẫn có giới hạn với kính, mặt nước và vật cực mảnh.
Mô hình học máy trên camera đơn. Một số máy dùng mô hình được huấn luyện để ước đoán độ sâu chỉ từ một camera, hoặc nhận diện loại vật cản. Cách này bổ sung cho các cảm biến trên, nhưng là ước đoán dựa trên hình ảnh đã học, nên có thể sai khi gặp cảnh lạ.
Từ khoảng cách tới quyết định: phần mềm làm gì trong nửa giây
Đo được khoảng cách mới là bước đầu. Phần mềm phải gộp dữ liệu từ nhiều cảm biến, lọc nhiễu, dựng một bản đồ vật cản quanh máy và cập nhật bản đồ đó nhiều lần mỗi giây khi máy di chuyển. Sau đó nó so bản đồ với hướng bay và tốc độ hiện tại để quyết định một trong ba việc: không làm gì, phanh và đứng yên, hoặc tính đường vòng qua vật cản. Tuỳ đời máy và chế độ bạn chọn trong ứng dụng, máy có thể chỉ được phép phanh, hoặc được phép tự vòng.
Thời gian là yếu tố then chốt. Máy cần một khoảng để phát hiện vật, một khoảng để tính toán, rồi một quãng đường để phanh, vì drone có quán tính và không dừng ngay tại chỗ. Bay càng nhanh, quãng phanh càng dài và vật phải được phát hiện từ càng xa. Đó là lý do nhiều hãng giới hạn tốc độ khi bật né vật cản, và tắt né vật cản khi người bay chuyển sang chế độ bay nhanh. Nếu thấy máy "không phản ứng" ở tốc độ cao, rất có thể cảm biến vẫn hoạt động nhưng không còn đủ khoảng cách để kịp làm gì.
Gió cũng xen vào. Khi gió đẩy ngang, máy có thể trôi về phía vật cản ở hướng mà nó không nhìn, hoặc phải dùng nhiều lực động cơ để chống gió nên phanh kém hơn. Bay sát vách núi, sát toà nhà trong gió mạnh vì thế rủi ro hơn nhiều so với cùng chỗ đó lúc trời lặng.
Những vật cản drone hay "không thấy" và lý do
Bảng dưới gom các vật cản thường gặp ở Việt Nam mà người bay hay kể là thủ phạm làm rơi máy, kèm lý do cảm biến bỏ sót và cách phòng ngừa thực tế.
| Vật cản | Vì sao cảm biến dễ bỏ sót | Cách phòng ngừa |
|---|---|---|
| Dây điện, dây cáp, dây phơi | Quá mảnh so với độ phân giải camera; nền trời sáng làm dây gần như biến mất | Coi mọi khu dân cư là có dây; bay cao hơn dây hẳn trước khi đi ngang; không bay giữa hai cột |
| Cành cây nhỏ, lá thưa | Mảnh, đung đưa, xuyên thấu; camera đôi khó so khớp | Giữ khoảng cách rộng với tán cây; không bay lùi về phía cây |
| Kính toà nhà, mặt kính cửa hàng | Trong suốt hoặc phản chiếu bầu trời, cảm biến đo nhầm khoảng cách | Không dựa vào cảm biến khi bay gần mặt kính; bay chậm, quan sát bằng mắt |
| Mặt nước, sông, hồ | Phản chiếu, không hoa văn; cảm biến dưới đo sai độ cao | Không bay thấp sát mặt nước; chú ý cảnh báo độ cao |
| Vật cản trong bóng tối, lúc chạng vạng | Camera thiếu sáng, không đo được độ sâu | Nắm rõ máy có tắt né vật cản khi thiếu sáng không; về sớm trước khi tối |
| Vật ở hướng không có cảm biến | Nhiều máy chỉ có cảm biến trước, sau, dưới | Biết máy mình mù hướng nào; tránh bay ngang và bay lùi ở chỗ chật |
Điểm chung của cả sáu dòng: khi gần vật cản khó, tốc độ chậm và tầm mắt của người bay là lớp bảo vệ đáng tin hơn cảm biến.
Ví dụ giả định: chuyến bay quay vườn cây và sợi dây điện
Ví dụ giả định để hình dung chuỗi sự kiện. Một người mang flycam về quê, muốn quay toàn cảnh vườn nhãn nhà mình. Máy có cảm biến trước, sau và dưới, người bay tin rằng máy sẽ tự né. Sau vài vòng, người bay cho máy bay ngang sang phải để lấy góc có ngôi nhà, mắt nhìn màn hình điện thoại. Đường dây hạ thế chạy dọc mép vườn nằm đúng hướng đó. Máy không có cảm biến hai bên, và kể cả có thì sợi dây trên nền trời trưa cũng quá mảnh để camera bắt kịp. Cánh quạt quấn vào dây, máy rơi xuống mương.
Nhìn lại, có bốn điểm lẽ ra đổi được kết cục: bay ngang là bay vào hướng mù; nhìn màn hình thay vì nhìn máy khi ở gần vật cản; không đi một vòng quanh vườn bằng chân để ghi nhận đường dây trước khi cất cánh; và bay ở độ cao ngang dây thay vì nâng lên hẳn trên mức dây rồi mới di chuyển. Không có điểm nào trong bốn điểm đó cần thêm công nghệ.
Sau sự cố, việc đúng là cắt nguồn máy nếu còn quay, không tự kéo máy khỏi dây điện, báo cho người quản lý lưới điện nếu dây bị ảnh hưởng, và giữ nhật ký bay để xem lại. Danh mục an toàn bay trên Không Phận có hướng dẫn chi tiết các bước xử lý khi drone rơi vào nhà dân, đường hay dây điện.
Cảm biến mặt dưới: giữ vị trí, hạ cánh và những bề mặt đánh lừa
Ít người để ý rằng cụm cảm biến dưới bụng máy làm việc nhiều nhất. Khi tín hiệu định vị vệ tinh yếu, máy dùng camera nhìn xuống để bám theo hoa văn của mặt đất và giữ mình đứng yên, cách giống như người nhìn xuống sàn nhà để biết mình có đang trượt đi không. Cảm biến hồng ngoại hoặc sóng âm ở mặt dưới đo khoảng cách tới đất để máy hạ cánh êm và không đáp quá mạnh.
Vấn đề là mặt đất ở Việt Nam có rất nhiều kiểu bề mặt làm cảm biến dưới lúng túng: sân xi măng trơn một màu, ruộng nước đang phản chiếu bầu trời, sàn gạch bóng, bãi cỏ cao đung đưa trong gió, mái tôn nóng hắt sáng. Trên những bề mặt này, máy có thể trôi chầm chậm dù người bay không chạm cần, hoặc báo độ cao sai lệch khi hạ cánh. Cách làm an toàn là cất cánh và hạ cánh trên bề mặt có hoa văn rõ, khô và phẳng; khi máy trôi bất thường thì nâng độ cao, chờ máy bắt lại tín hiệu định vị, và sẵn sàng tự điều khiển bằng tay.
Thêm một điểm hay bị quên: khi hạ cánh xuống bãi cỏ cao hoặc sát bụi cây, cảm biến dưới có thể đọc ngọn cỏ là mặt đất và tắt động cơ sớm, máy lật nghiêng. Bãi đáp nhỏ trải bằng tấm bạt có hoa văn là món đồ rẻ mà giảm được nhiều sự cố kiểu này.
Thói quen bay để cảm biến làm đúng việc của nó
Cảm biến tốt nhất khi được dùng như lớp bảo vệ dự phòng, không phải phi công chính. Các thói quen dưới đây giúp nó có đủ điều kiện để phát huy:
- Đi khảo sát chỗ bay bằng chân trước khi cất cánh: nhìn lên tìm dây, cành chìa ra, cột, cần cẩu, mái tôn.
- Lau sạch các mắt cảm biến trước mỗi chuyến; bụi, vết tay, giọt sương làm camera đo sai.
- Biết máy của mình có những hướng cảm biến nào và chế độ nào làm tắt chúng; ghi ngắn vào một tờ giấy dán trong hộp máy.
- Bay chậm khi gần vật cản, nhất là khi lùi hoặc đi ngang; dành tốc độ cao cho vùng trời thoáng.
- Giữ máy trong tầm nhìn bằng mắt, nhìn máy thay vì nhìn màn hình khi máy ở gần cây hay nhà.
- Đặt độ cao quay về cao hơn mọi vật cản trong khu vực, vì đường quay về có thể đi qua chỗ bạn chưa bay.
- Không can thiệp để vô hiệu cảm biến hay giới hạn an toàn của hãng; khi cảm biến báo lỗi, hạ cánh và kiểm tra.
Nhờ AI đọc lại nhật ký sau một lần suýt va chạm
Hầu hết ứng dụng drone lưu nhật ký bay: vị trí, độ cao, tốc độ, hướng, trạng thái cảm biến, các cảnh báo theo từng giây. Sau một lần máy phanh gấp hay suýt chạm cây, xuất nhật ký ra dạng bảng và nhờ một chatbot giúp đọc là cách học nhanh. Có thể hỏi: "Đây là nhật ký bay dạng bảng của một chuyến flycam, cột thời gian, độ cao, tốc độ ngang, hướng bay, cảnh báo. Hãy chỉ ra các thời điểm tốc độ trên mức ba mét mỗi giây khi có cảnh báo vật cản, và các đoạn máy bay ngang hoặc lùi. Không đoán nguyên nhân, chỉ liệt kê dữ kiện." Con số trong câu lệnh chỉ là ví dụ, bạn đổi theo máy của mình.
Yêu cầu "không đoán nguyên nhân, chỉ liệt kê dữ kiện" giúp chatbot không bịa ra một câu chuyện nghe hợp lý nhưng sai. Phần suy luận để bạn tự làm, đối chiếu với trí nhớ về chuyến bay và video nếu có. Trước khi dán nhật ký vào công cụ AI, xoá cột toạ độ nếu chỗ cất cánh là nhà riêng hoặc nơi làm việc nhạy cảm; với mục đích học thao tác, toạ độ hầu như không cần.
Câu hỏi thường gặp
Drone có cảm biến tránh vật cản đa hướng thì có thể bay thả tay không?
Không nên. Đa hướng giảm điểm mù về góc nhìn nhưng không giải quyết được dây mảnh, kính, mặt nước, bóng tối hay tốc độ cao. Người bay vẫn phải giám sát và giữ máy trong tầm nhìn, sẵn sàng giành quyền điều khiển.
Vì sao bật chế độ bay nhanh thì máy không né vật cản nữa?
Ở tốc độ cao, quãng phanh dài hơn tầm phát hiện tin cậy của cảm biến, nên nhiều hãng tắt né vật cản ở chế độ này để máy không phanh gấp mất kiểm soát. Ứng dụng thường có cảnh báo khi chuyển chế độ; nên đọc kỹ sách hướng dẫn của đời máy bạn dùng.
Cảm biến bị bẩn hoặc trầy thì có nguy hiểm không?
Có. Camera đo độ sâu dựa vào hình ảnh rõ; vết bẩn hay vết trầy có thể làm máy đo sai, phanh vô cớ hoặc không thấy vật cản thật. Máy thường báo lỗi cảm biến; khi đó nên hạ cánh, vệ sinh và kiểm tra lại, mang tới nơi bảo hành nếu lỗi còn.
Drone bay trong nhà có né vật cản tốt hơn ngoài trời không?
Không hẳn. Trong nhà thường thiếu sáng, tường trơn ít hoa văn và không có tín hiệu định vị, nên máy phải giữ vị trí bằng camera và dễ trôi. Không gian chật cũng làm quãng phanh trở nên đáng kể. Bay trong nhà cần kinh nghiệm và nên dùng máy có lồng bảo vệ cánh quạt.
Lidar có thấy được dây điện không?
Lidar nhìn vật nhỏ tốt hơn camera và nhiều máy chuyên dụng dùng nó để phát hiện dây, nhưng vẫn có giới hạn theo khoảng cách, góc và độ mảnh của dây. Đừng coi lidar là bảo đảm tuyệt đối; khảo sát bằng mắt trước khi bay vẫn cần thiết.
Máy rơi dù cảm biến đang bật thì hãng có bảo hành không?
Tuỳ điều khoản của hãng và gói bảo hành, bảo hiểm bạn có. Thường hãng xem nhật ký bay để xác định do lỗi thiết bị hay do điều khiển. Giữ nguyên nhật ký, không xoá dữ liệu, chụp ảnh hiện trường. Danh mục bảo hiểm và trách nhiệm trên Không Phận bàn chuyện này kỹ hơn.