Roadmapa výskumu UAV

Vízia UAV do roku 2035 a roadmapa

Do roku 2035 sa ekosystém UAV (bezpilotných lietadiel) vyvinie z fragmentovaného trhu špecializovaných aplikácií na kritickú infraštruktúru mobility a dátových služieb, integrovanú s digitálnym vzdušným priestorom (U-space/UTM), s vysokou úrovňou autonómie, bezpečnosti a udržateľnosti. Táto roadmapa definuje prioritu výskumu, vývojové míľniky a merateľné ciele (KPI) v troch horizontoch: 2025–2027 (základy škálovania), 2028–2030 (priemyselné dozretie), 2031–2035 (plná integrácia a „ambientné“ dronové služby).

Strategické priority výskumu

• Bezpečnosť a certifikovateľná autonómia: formálne overiteľné riadenie a rozhodovanie (DAL-B/C), runtime monitorovanie a bezpečnostné obálky (CBF/HJ reachability).
• Energetika a pohon: nové chemické systémy (Li-metal, solid-state), vodík (tlakové zásobníky/LOHC) a hybridné zdroje s inteligentným manažmentom power split.
• Vnímanie a AI: spoľahlivé multimodálne senzory (RGBD, LiDAR, radar, akustika) a robustné modely odolné voči doménovému posunu s dôrazom na out-of-distribution detekciu a kalibráciu neistoty.
• Komunikácia a U-space: 5G/6G NTN, „detect-and-avoid“ cez sieť, autentifikované Remote ID, kooperatívne zdieľanie intentov a priorít misií.
• Kyberodolnosť a C-UAS: bezpečné aktualizácie, izolácia bezpečnostných domén, zero-trust architektúry a obrana proti spoofingu/jammingu.
• Prístupy k certifikácii a štandardom: harmonizácia noriem, metódy dôkazov pre AI (eXplainable AI s merateľnými zárukami), zdieľané testbedy.
• Udržateľnosť a akceptácia: nízka hlučnosť, recyklovateľnosť, well-to-wheel uhlíková stopa a spoločenské dopady.

Horizon 2025–2027: základy škálovania

• Autonómia a bezpečnosť: goal-based bezpečnostné prípady pre operácie BVLOS v prímestskom prostredí; runtime monitor s CBF „safety filtrom“ pre všetky autopiloty TRL 6–7.
• AI a vnímanie: multisenzorové DAA (detect-and-avoid) s kombináciou LiDAR+stereovízia+mmWave; time-to-detect < 300 ms v 95. perc., detekcia 10 cm objektov do 40 m.
• Energia: Li-ion 300–330 Wh/kg na pack úrovni; pokročilý BMS s state-of-health predikciou (RMSE < 3 %).
• Komunikácia: 5G RedCap pre C2 s SLA; end-to-end latencia riadiacej slučky < 80 ms v 95. perc. pri rýchlosti 15 m/s.
• U-space/UTM: interoperabilný Remote ID + intent sharing v pilotných mestách; „geofencing 2.0“ s dynamikou < 1 s.

Horizon 2028–2030: priemyselné dozretie

• Certifikovateľná AI: zavedenie assurance cases pre neurónové siete (monitor kalibrácie ECE < 3 %), runtime assurance s formálnou garanciou minimálnej separácie.
• Energetika: pre mestské VTOL 400–450 Wh/kg (Li-metal/solid-state); vodíkové systémy s gravimetrickou hustotou > 700 Wh/kg (na systémovej úrovni) pre pevné krídla > 3 h vytrvalosť.
• Rojová kooperácia: distribuované MPC s kompresiou trajektórií (≤ 2 kB/agenta/sek.), 20-členné roje v reálnych misiách s no-collisions KPI = 100 %.
• 6G/NTN: hybridné pozemné-nepozemské prepojenie; handover medzi bunkou a satelitom < 200 ms bez straty C2.
• Hluk a akceptácia: LpAmax pri 50 m < 45 dBA pre doručovacie UAV; psychoakustická optimalizácia tónových zložiek.

Horizon 2031–2035: plná integrácia a ambientné služby

• Autonómia L4/L5: plne bezpilotné flotily s fleet-level optimalizáciou; MTBCF (mean time between critical failure) > 20 000 h pre kategóriu < 25 kg.
• Energetický mix: vodík pre diaľkové misie (5–8 h), solid-state pre mestské VTOL; logistika výmeny zásobníkov/autonómne dobíjacie doky.
• Regulačná integrácia: harmonizované EASA/FAA pravidlá pre „high-density U-space corridors“; preukázaná koexistencia s GA/VTOL taxislužbami.
• Ekosystém dát: bezpečné dátové trhy (data spaces) pre mapy, počasie, intent a performance-based služby; štandardizované API.

Milníky podľa domén

Merateľné ciele (KPI) a metodika hodnotenia

• Bezpečnosť: probability of catastrophic failure per flight hour ≤ 10⁻⁷ (2035); 99,995 % link availability pre C2 v koridore.
• Percepcia: time-to-detect dynamickej prekážky < 200 ms (95. perc.), false-negative rate < 1 % pre objekty ≥ 10 cm na 30 m.
• Autonómia: plánovanie s predikciou prekážok – near-miss udalosti < 10⁻⁴/h; jerk < 5 m/s³ (comfort index).
• Energetika: špecifická energia > 500 Wh/kg (mestský VTOL, 2035); turnaround time < 180 s (modulárny H₂ zásobník).
• Akustika: LpAmax < 40 dBA @50 m, tonal penalty < 1 dB.
• U-space: time-to-authorize < 5 s, deconfliction success > 99,99 % v hustote > 50 letov/hod./koridor.

Výskumné témy: Autonómia, verifikácia a runtime assurance

• Hybridné riadiace architektúry: hierarchia mission-MPC → local planner → safety filter s dôkazmi invariantnosti.
• Formálne metódy: kontrakty pre AI moduly, assume-guarantee verifikácia, testy podľa pokrytia rizikových scenárov (operational design domain, ODD).
• Runtime monitorovanie: odhad neistoty, watchdog pre degradáciu senzorov, bezpečné fallback stavy (loiter/land v definovanom koridore).

Energetika a pohon: materiály, manažment a infraštruktúra

• Batérie: Li-metal/solid-state s keramickými elektrolytmi, rýchle nabíjanie 4C bez výraznej degradácie (< 10 % kapacity po 500 cykloch).
• Vodík: bezpečnostné normy pre tlakové 350/700 bar systémy a palivové články 2–10 kW; teplotný manažment a H₂ sensing.
• Hybridné systémy: optimalizácia power split (FC + batéria) s prediktívnym riadením podľa profilu misie a veternej predikcie.

Komunikácia a sieťové služby

• 5G/6G a NTN: viaccestná odolnosť, spektrálna flexibilita (NR-Lite/RedCap), network slicing pre kritické C2 a oddelenie od payloadu.
• Sieťové DAA: fúzia ADS-B, multilaterácia, kooperatívne intent kanály; time synchronization < 1 ms.
• Bezpečnosť: PQC (post-quantum crypto) pre C2 do 2030+, atestácia zariadení, zero-trust sieťová segmentácia.

Kyberbezpečnosť a C-UAS koexistencia

• Bezpečné životné cykly softvéru: podpisy, atestácia, SBOM, detekcia kompromitovaných modulov.
• Odolnosť proti RF útokom: anti-spoofing pre GNSS, viacnásobné referencie (terestrická navigácia, vizuálna-inertná odometria), správa rušenia.
• Koexistencia s C-UAS: štandardy na „white-list“ autorizovaných UAV (Remote ID+intent), bezpečné kanály na de-eskaláciu incidentov.

U-space, regulácia a certifikácia

• Procesné inovácie: performance-based regulation, dôkazné balíky s reálnymi dátami, sandboxy pre mestské koridory.
• Štandardy AI: technické špecifikácie pre validáciu datasetov, sledovanie driftu, vysvetliteľnosť rozhodnutí pre autority.

Udržateľnosť, akustika a akceptácia

• Hlukové inžinierstvo: návrh vrtúľ s nízkou tonalitou, optimalizácia trajektórií a profilov ťahu, noise-aware plánovanie v U-space.
• Materiály: recyklovateľné kompozity, sekundárne použitie batérií, LCA (life-cycle assessment) povinnou súčasťou certifikácie.
• Spoločenský dopad: transparentné zásady ochrany súkromia, geofencing citlivých oblastí, participatívne plánovanie koridorov.

Testovanie, dátové ekosystémy a MLOps

• Testbedy: mestské a priemyselné živé laboratóriá so zdieľaným telemetrickým dátovým jazerom; HIL/SIL s fyzikálne vernými modelmi vetra a clutteru.
• Otvorené datasety: multimodálne (EO/IR/LiDAR/radar/RF) so scénami ODD; štandardné anotácie, metriky a leaderboardy.
• MLOps: verzovanie modelov, monitorovanie driftu, continuous validation a spätná väzba z prevádzky do tréningu (active learning).

Roadmapa realizácie: pracovné balíky a závislosti

1. WP1 Autonómia a bezpečnosť: CBF/RA framework, formálne kontrakty, integračné testy (2025–2029).
2. WP2 Percepcia a AI: multisenzor DAA, OOD, kalibrácia, open dataset (2025–2030).
3. WP3 Energia a pohon: solid-state prototypy, vodíkové systémy, infraštruktúra dokov (2026–2032).
4. WP4 Komunikácia a U-space: 5G/6G/NTN integrácia, sieťové DAA, koridory (2025–2031).
5. WP5 Kyberbezpečnosť a C-UAS: PQC, attestation, koexistencia (2025–2030).
6. WP6 Udržateľnosť a akustika: dizajn vrtúľ, LCA metodika, hlukové koridory (2026–2033).
7. WP7 Štandardy a certifikácia: AI assurance, harmonizácia noriem, procesné guideline (2025–2035).

Financovanie, partnerstvá a transfer

• PPP modely: konsorciá priemysel–akadémia–mestá s viacročným financovaním; zmluvy na zdieľanie dát a IP.
• Regulačné sandboxy: mestské piloty s meraním KPI a otvorenými reportmi; adaptívna regulácia na základe dôkazov.
• SME zapojenie: komponentové inovácie (senzory, vrtule, BMS, bezpečnostné moduly) s rýchlym transferom do pilotných flotíl.

Riziká a mitigácie

• Technologická neistota: diverzifikácia energetických smerov (batérie, H₂), modulárne platformy.
• Regulačné meškania: paralelný vývoj assurance cases a testovacích dát, medzinárodná harmonizácia.
• Kybernetické hrozby: zero-trust, red-team testy, SBOM a detekcia anomálií.
• Akceptácia verejnosťou: hlukové KPI, transparentnosť zbierania dát, participatívny dizajn koridorov.

„North-star“ metriky pre rok 2035

• Bezpečnosť prevádzky: katastrofická udalosť ≤ 10⁻⁷ na letovú hodinu v mestských koridoroch.
• Energetická efektívnosť: > 25 km/kWh (mestské doručovanie, 5 kg užitočné zaťaženie), alebo > 8 h vytrvalosť pri H₂ pevnom krídle.
• Integračné KPI U-space: > 50 paralelných letov/hod./koridor, bez preťaženia C2, deconfliction success > 99,99 %.
• Akustika: priemerný LpAmax < 40 dBA @50 m s nízkou tonalitou.
• Kyberodolnosť: žiadne úspešné kritické kompromitácie v certifikovaných flotilách (podľa štvrťročných red-team auditov).

Odporúčaný postup

Do roku 2035 sa UAV posunú k plne integrovaným, bezpečným a spoločensky akceptovaným službám. Kľúčom je kombinácia formálne garantovanej autonómie, spoľahlivých multisenzorových vnímacích systémov, odolných komunikácií a udržateľnej energetiky, podopretá spoločnými testbedmi, otvorenými datasetmi a harmonizovanými štandardmi pre AI a bezpečnosť. Navrhnutá roadmapa so SMART KPI, jasnými míľnikmi a riadením rizík predstavuje realizovateľnú trajektóriu k tomuto cieľu – od dnešných pilotov až po ambientné dronové služby, ktoré budú prirodzenou súčasťou ekonomiky a života miest.