Технические инновации. Хотя развитие отрасли показывает взрывной рост, действующие технологии БАС нуждаются в дальнейших инновациях и развитии. Технологии используемые в БАС быстро развиваются. Ключевые технологии включают точное позиционирование, навигацию, средства управления, связь, датчики (сенсорику для сбора данных), батареи и двигатели. Несмотря на постоянное совершенствование ключевых технологий сельскохозяйственные БАС все еще сталкиваются с многочисленными техническими ограничениями, такими как, плотность заряда и скорость заряда батареи, как следствие ограниченное время полета, расстояние действия связи, полезная грузоподъемность, беззащитность перед искусственно устанавливаемыми помехами для навигации и связи. Устранение этих и других технических ограничений необходимо для появления следующего поколения сельскохозяйственных решений. 

Длительная зарядка батареи по сравнению с временем полета стимулирует серьезные разработки для сверхбыстрой зарядки (UFC). Для снижения влияния фактора ограниченного времени полета БВС проводятся НИОКР по изучению методов управления роем, технологии по использованию групп БВС для эффективного выполнения широкого спектра задач в более короткое время. Групповое взаимодействие представляет собой практическую возможность решать масштабные задачи дронами по сельхозобработкам при имеющихся технических ограничениях на грузоподъемность и время полета.

Системы контроллеров развиваются для поддержки автономной работы, уменьшения необходимости в ручном управлении и повышения операционной эффективности. Они интегрируют и контролируют различные полезные нагрузки и датчики, обеспечивая бесперебойную связь и синхронизацию. По мере роста спроса на точное земледелие возрастает востребованность полетных контроллеров с расширенной функциональностью, улучшенной автономностью и эффективной интеграцией полезной нагрузки, устойчивости дронов к погодным условиям, а также с функционалом независимого от оператора дрона отслеживанием разрешенных для агродрона зон полетов (как по высотам, так и разрешенным для применения координатам). Именно функциональность отслеживания зон разрешения на выполнение полета на уровне полетного контроллера (не путать с отслеживанием запрещенных для полетов зон, что уже реализовано большинством производителей), интегрированная с системами организации воздушного движения является одним из обязательных условий для снижения требований к квалификации операторов и сертификации эксплуатации, так как обеспечивает гарантированное нахождение дрона внутри разрешенной зоны вне зависимости от команд оператора. Таким образом, радикально снижается риск опасного и нецелевого применения БВС.

При разработке пультов управления (англ. Remote Controller, RC) и программного обеспечения управления заметен тренд на снижение входных барьеров, связанные с доступностью сельскохозяйственных БАС. Улучшение пользовательского интерфейса помогает пользователям старшего возраста или незнакомым с БАС пользователям легче управлять БВС. Также доработки систем управления для облегчения управления одним оператором несколькими агродронами являются важным элементом дальнейшего совершенствования [37].

Обучение нейросетей на выявление типовых ошибок оператора, независимую проверку с помощью ИИ чек-листа подготовки воздушного судна к полету позволит продолжить снижение риска, связанного с применением специализированных профессиональных дронов, к которым относятся дроны для сельхозприменения.

Для агродронов, специализирующихся на опрыскивании, проводятся исследования по точной регулировке размера капель распыления и повышения плотности покрытия при опрыскивании. В дополнение к традиционным напорным форсункам сельскохозяйственные дроны также начали использовать центробежные форсунки-атомайзеры. Последние имеют такие серьезные преимущества как возможность контролировать размер капли, регулируя скорость вращения, также конструкция подходит для распыления более экономичных растворимых порошков и суспендированных веществ. Совершенствуются и контейнеры для разбрасывания сухих веществ и аэросева, направлением дальнейшего совершенствования является разнообразие типов семян и размеров гранул, которые могут эффективно и с заданной точностью (плотностью на 1 кв м) разбрасываться такой полезной нагрузкой БВС. Совершенствуются и специализированные полезные нагрузки для энтомофагов, расширяя перечень энтомофагов, которые могут эффективно вноситься с применением БАС.

Совершенствуется и применение навигации БВС для сельского хозяйства в двух направлениях – в направлении помехозащищенности и в направлении точного позиционирования. Помехозащищенность необходима для снижения вероятности отказа дрона при воздействии на него источником помех (РЭБ), а точность позиционирования – для гарантированной точности всех выполняемых операций в роботизированном режиме.

Внедряется использование карт - рекомендаций искусственного интеллекта для точного определения границ сельскохозяйственных угодий, плотности посевов и тенденций роста, а также эффективного сокращения использования пестицидов и удобрений за счет более точного их внесения, что делает процесс более экологически чистым. Операции с искусственным интеллектом могут помочь пользователям сначала принять точное решение, а затем выполнить конкретные операции для сокращения отходов пестицидов и загрязнения окружающей среды [30].

Для агродронов специфично использование на малых высотах, что создает ряд особенностей. Агродроны существенно менее заметны на радарах и различных активных методах обнаружения. Также для агродронов гораздо более важна надежность функционирования узлов, отвечающих за избежание столкновений и поддержание заданной высоты над поверхностью. Так, ряд производителей агродронов создали модели с высокой скоростью полета, которые не успевают отреагировать на выявление изменений рельефа и при резких перепадах (2 и более метра по вертикали) могут физически не успевать погасить инерцию для остановки или изменения высоты полета, облетая рельеф на заданной высоте (например, 2-3 метра над поверхностью). Поэтому пока использование высокой скорости при полете сопряжено либо с повышением количества ложных срабатываний датчиков идентификации препятствий, либо с требованием по снижению скорости до типовых 25 км/ч. В перспективе, при совершенствовании систем поддержания высоты при полетах на сверхнизких высотах и систем избежания столкновений возможно повышение производительности агродронов за счет повышения скорости их перемещений над полем без повышения риска столкновения с столбами ЛЭП, деревьями или склонами оврагов на полях.

В долгосрочной перспективе активное развитие технологий БАС следует ожидать в следующих направлениях:

• Совершенствование АКБ в повышении плотности заряда, скорости заряда и количества гарантированных циклов заряда-разряда;

• Улучшение программного обеспечения и более широкое вовлечение нейросетей (искусственного интеллекта). Более развитый ИИ в программном обеспечении ускорит анализ результатов съемки и выдачу рекомендаций, а наличие развитого ИИ на борту – снижение участия человека в контроле выполнения полета.

• Совершенствование конструкции в целях повышения надежности и безопасности.

• Миниатюризация вычислительных компонентов, сенсоров и других электронных бортовых систем при снижении энергопотребления.

Развитие законодательной базы. Неотъемлемым условием развития инноваций и ускоренным развитием применения БАС в сельском хозяйстве является совершенствование регулирования и законодательной базы, которая зачастую не успевает за рынком. Именно поэтому, по данным опроса аналитической компании Drone Industry Insight, 45% респондентов заявили, что органы, устанавливающие правила, являются сегодня приоритетным движущим фактором в индустрии дронов. Несмотря на значительный прогресс, ясность в вопросах регулирования, таких как полеты вне прямой видимости, удаленная идентификация и управление беспилотным движением, по-прежнему имеет решающее значение для роста отрасли [40].

Основные аспекты регулирования определяют технические и эксплуатационные требования к дронам, направленные не только на снижение риска для людей и других воздушных судов, но также на решение вопросов конфиденциальности, безопасности и защиты данных. Например, в Европе в соответствии с этими предпосылками EASA (Агентство по авиационной безопасности Европейского Союза) разработало в 2019 году «Правила легкого доступа к беспилотным авиационным системам» (Правила (ЕС) 2019/947 и (ЕС) 2019/945) и установило три категории для операций БАС с различными требованиями к безопасности:

• открытая категория, не подлежащая какому-либо предварительному эксплуатационному разрешению или эксплуатационному заявлению со стороны оператора БВС;

• особая категория, для которой требуется разрешение компетентного органа до начала операции, в связи с необходимостью оценки эксплуатационного риска, за исключением определенных стандартных сценариев, когда достаточно заявления оператора или когда оператор имеет сертификат оператора БВС с соответствующими разрешениями;

• сертифицированная категория, которая требует сертификации БАС, лицензированного дистанционного пилота и оператора, утвержденного компетентным органом.

Большинство сельскохозяйственных операций с использованием БАС относятся к категории «открытых». В целом сельскохозяйственные полеты имеют минимальный риск причинения ущерба для человека, поскольку на полях в момент обработки отсутсвуют случайные люди, кроме непосредственно занятых обработкой и находящихся обычно на границе поля.

В настоящее время во всех странах лидерах уже внедрены базовые принципы управления трафиком беспилотных систем, а в странах Европы и США она уже полноценно существует (таблица 4.1). Важную роль играет разработка правового режима полета дронов вне пределов прямой видимости. На данном этапе отработаны правила только для отдельных сценариев в отдельных странах. Только Япония разработало законодательство для полетов вне прямой видимости в обычном режиме [42].