Учёные Northwestern создали дрон Phantom Twist, почти невидимый в полёте
На конференции RSS 2026 (Robotics: Science and Systems) в Сиднее исследователи из Northwestern University представили дрон Phantom Twist, аппарат, который в полёте почти не видно человеческим глазом, хотя формально он ничем не замаскирован. Авторы работы, Джинсянь Ван, Чэнь Юй, Дэвид Мэтьюз, Эмма Александер, Сэм Кригман и Майкл Рубенштейн; статья называется «Computational Design of a Low-Visibility UAV Using a Human-Aligned Perceptual Metric» («Компьютерное проектирование малозаметного БПЛА по метрике, согласованной с человеческим восприятием»).
Секрет в скорости вращения: Phantom Twist крутится вокруг своей оси со скоростью 15-25 Гц. Человеческий глаз интегрирует изображение примерно за 100 мс, и при такой скорости вращения мозг не успевает разобрать отдельные части корпуса, они сливаются с фоном в прозрачное смазанное пятно (эффект «стойкости зрения», persistence of vision). Работает это потому, что бо́льшая часть корпуса дрона, пустое пространство между тонкими карбоновыми стержнями толщиной 0,8 мм, на которых закреплены батареи, контроллер, противовесы, мотор и пропеллер. У дрона всего один мотор и никаких управляющих поверхностей: перемещением управляют, ускоряя или замедляя мотор в нужный момент каждого оборота, высотой, общей тягой, а само вращение делает конструкцию пассивно устойчивой в воздухе. Разгоняют дрон вручную специальным ручным пускателем.
Конкретную компоновку деталей подобрал не человек, а компьютерный оптимизатор. Он перебрал около 20 000 физически работоспособных вариантов конструкции, минимизируя метрику LPIPS (Learned Perceptual Image Patch Similarity, «обученная метрика перцептивного сходства изображений»), которая измеряет разницу между фоновым изображением и тем же фоном с наложенным вращающимся дроном: чем меньше разница, тем незаметнее дрон. У итоговой оптимизированной версии LPIPS составил 0,0104. Собранный вручную человеком вариант того же дрона заметнее, его LPIPS около 0,2, а обычный квадрокоптер того же размера, по данным авторов, более чем в десять раз заметнее ручного варианта. По словам Рубенштейна, пространство вариантов конструкции многомерно и человеку трудно одновременно учесть все компромиссы между устойчивостью полёта и визуальной заметностью, алгоритм нашёл решение, до которого команда сама вряд ли бы додумалась: он предпочитает расстановки, где детали не перекрываются визуально при вращении и не жмутся к центру оси. Сравнение двух итераций конструкции показало это на практике, в более удачной версии узел крепления пускателя перенесли подальше от центра вращения, убрав детали, которые делали дрон заметнее.
Пока Phantom Twist летает только под управлением системы оптического трекинга в контролируемых условиях лаборатории и не испытывался на улице, хотя Рубенштейн ранее строил похожие по принципу дроны, успешно летавшие вне помещений, и рассчитывает адаптировать эти наработки. Он также допускает, что камеру можно закрепить на вращающемся корпусе и получить обзор на 360 градусов для навигации. Среди применений называется скрытная слежка, самый очевидный сценарий, если решить проблему шума мотора («жужжание», делающее дрон слышимым даже при визуальной незаметности). Сам Рубенштейн говорит, что его больше привлекает менее навязчивое наблюдение за дикими животными, которое меньше нарушает их естественное поведение.
Ключевые факты
- Дрон Phantom Twist представлен на RSS 2026 в Сиднее командой Northwestern University (Ван, Юй, Мэтьюз, Александер, Кригман, Рубенштейн)
- Аппарат вращается со скоростью 15-25 Гц и за счёт инерции зрения (persistence of vision) визуально сливается с фоном
- Финальную компоновку подобрал компьютерный оптимизатор из ~20 000 вариантов по метрике LPIPS: у оптимизированной версии LPIPS 0,0104, у собранной человеком, около 0,2, у обычного квадрокоптера того же размера, более чем в 10 раз выше, чем у ручного варианта
- Управление одним мотором: изменение скорости вращения задаёт перемещение, общая тяга, высоту, вращение даёт пассивную устойчивость
- Пока дрон летает только в помещении под оптическим трекингом; шум мотора остаётся нерешённой проблемой
Почему это важно
Phantom Twist показывает, что визуальную незаметность летающего аппарата можно получить не спецматериалами или маскировкой, а чистой геометрией и компьютерным подбором формы под то, как устроено человеческое зрение. Это новый подход к проектированию: вместо ручной интуиции инженера, итеративный оптимизатор, который перебирает тысячи физически рабочих вариантов и выбирает тот, что минимизирует конкретную измеримую метрику восприятия (LPIPS). Такой метод в принципе переносим на другие задачи, где важно и физическое ограничение (устойчивость полёта), и то, как объект воспринимает человек.
Кому это важно
В первую очередь, робототехникам, которые занимаются проектированием БПЛА и вычислительным дизайном аппаратного обеспечения: работа показывает рабочий пример оптимизации по перцептивной метрике. Полезно и биологам/натуралистам, изучающим диких животных, менее заметный и менее навязчивый дрон меньше искажает поведение наблюдаемых животных. Практическую пользу могут увидеть в сфере наблюдения и охраны периметра, где скрытность аппарата, прямое требование. Интересно это и энтузиастам вращающихся дронов, у Phantom Twist есть предшественники вроде Picolissimo и «самсара»-дронов, вдохновлённых вращающимся полётом семян клёна.
Как это применить
Конструкция открыта в статье: карбоновые стержни толщиной 0,8 мм соединяют батареи, контроллер, противовесы, мотор с пропеллером и оптические метки трекинга; разгон, ручным пускателем. Ключевой воспроизводимый элемент, не сама рама, а метод: итеративный оптимизатор минимизирует LPIPS (разницу между фоном и фоном с наложенным симулированным вращающимся дроном), одновременно проверяя, что вариант физически способен устойчиво летать. Сейчас Phantom Twist управляется только системой оптического трекинга и не летает вне контролируемых условий, для практического применения потребуется перенести управление на автономные бортовые системы, как это уже делалось для похожих по принципу дронов авторов.
Можно ли доверять
Материал опубликован IEEE Spectrum, профильным изданием по робототехнике; автор текста Эван Акерман, старший редактор издания, с 2007 года написавший свыше 6000 статей о робототехнике. В основе, статья, представленная на RSS 2026 (Robotics: Science and Systems), одной из ведущих конференций по робототехнике, с указанием конкретной научной группы Northwestern University и количественных метрик (LPIPS с конкретными значениями для разных вариантов конструкции). Признаков сатиры или преувеличения в материале нет, это прямой репортаж о научной работе.
Риски и подводные камни
Разработка остаётся лабораторным прототипом: полёт возможен только под системой оптического трекинга и не проверялся вне помещения. Визуальная незаметность не решает проблему шума, мотор по-прежнему слышен, и авторы прямо пишут, что для скрытного применения этот вопрос ещё предстоит решить. Сами авторы называют самым очевидным применением такого аппарата скрытное наблюдение, то есть у технологии есть прямой потенциал для использования в слежке, что поднимает вопросы приватности и допустимых сценариев применения таких дронов.
«Пространство вариантов конструкции многомерно. Человеку очень сложно одновременно учесть все компромиссы между физическими ограничениями, необходимыми для устойчивого полёта, и визуальной заметностью вращающегося дрона, и я не думаю, что мы сами легко пришли бы к такой малозаметной конструкции.»
— Майкл Рубенштейн, Northwestern University