The use of llm models on single-board computers for the implementation of autonomous uav flight

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This paper examines the use of large language models (LLM) to control unmanned aerial vehicles (UAVs) using natural language commands. The research is aimed at solving a key problem – the discrepancy between the high computing requirements of LLM and the limited resources of on-board computers. The main focus is on optimizing LLM for operation on energy-efficient single-board computers with neuroprocessors, such as OrangePi 5B based on Rockchip RK3588S. The paper presents the results of testing Qwen2.5-Coder quantized models, demonstrating the preservation of code generation quality at processing speeds of up to 17.8 tokens/s. A specialized test (benchmark) was developed to evaluate the effectiveness of LLM integration into UAV autonomous control architecture and the correctness of code generation, including 125 scenarios. The results confirm the feasibility of LLM in autonomous drone control systems, although they reveal typical errors associated with sensor data processing and coordinate systems. The study proposes a promising direction for the development of intelligent UAV control systems with a natural language interface (NLP). The study included both a scientific approach (development of a specialized test) and a technological innovation (performance analysis on single-board computers) aimed at integrating LLM into UAV autonomous control architecture.

About the authors

Rodion Olegovich Anisimov

V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of RAS

Email: rodion_anisimov@mail.ru
Moscow

Alexey Dmitrievich Dvornikov

V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of RAS

Email: applskyp@gmail.com
Moscow

Konstantin Aleksandrovich Kulagin

V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of RAS

Email: kka8686@mail.ru
Moscow

Sofya Alekseevna Titova

Moscow Polytechnic University

Email: titovas63059@gmail.com
Moscow

Konstantin Vladimirovich Petrov

Moscow Polytechnic University

Email: r.92rab@gmail.com
Moscow

References

  1. 1. ARIZA J.A., BAEZ H. Understanding the role of single-board computers in engineering and computer science edu-cation: a systematic literature review // Computer Applica-tions in Engineering Education. – 2022. – Vol. 30(1). – P. 304–329. – doi: 10.1002/cae.22439.2. AUSTIN J., OZI A., DRAZNER S. Program synthesis with large language models // Journal of Artificial Intelligence Research. – 2021. – Vol. 71. – P. 355–420.3. BROWN T.B. et al. Language models are few-shot learners // arXiv:2005.14165. – 2020. – 75 p.4. CHEN K., WILLIAMS D., TAYLOR M. SparseGPT: prun-ing large language models for embedded applications // Journal of Artificial Intelligence Research. – 2024. – Vol. 55. – P. 213–229.5. CHEN M., TWIGHT B., LEWIS M. Evaluating large lan-guage models trained on code // arXiv:2107.03374. – 2021.6. DETTMERS T., ZETTLEMOYER L., LEWIS M. LLM.int8(): 8-bit matrix multiplication for transformers at scale // arXiv:2208.07339. – 2022.7. JOHNSON T., LEE M., CARTER P. Autonomous aerial ex-ploration using compact language models. MIT computer science and artificial intelligence laboratory // Technical Report MIT-CSAIL-TR-2024-03. – 2024.8. KIM S., PAK D., LEE J. Energy consumption analysis of LLM-powered UAVs // Journal of Unmanned Aerial Systems. – 2024. – Vol. 12, No. 3. – P. 178–192.9. KIM Y., PARK J., SHIN J. PQK: practical quantization and pruning for on-device vision transformers // arXiv:2106.14681. – 2021.10. LEE D., SMITH R., PARKER A. MiniLLM: extreme quanti-zation for large language models on resource-constrained platforms // Proc. of the Conf. on Machine Learning and Systems. – 2024. – P. 1243–1255.11. LIU D., LI H., SHEN Y., et al. KeepEdge: lightweight real-time detection for UAV applications // IEEE Trans. on Indus-trial Informatics. – 2023. – Vol. 19(4). – P. 2873–2885.12. MULLER A., SCHMIDT K., WEBER R. Emergency re-sponse drone system with on-board decision making // ETH Zurich Robotics and Perception Group Research Reports. – 2023.13. RAMIREZ M., AL-HADITI F., NEIM S. DroneGPT: natural language control for unmanned aerial vehicles // Stanford AI Lab Technical Report, SAIL-TR-2023-04. – 2023.14. SU J. et al. RoFormer: enhanced transformer with rotary position embedding // arXiv:2104.09864. – 2021.15. TING L., JOHNSON M., CHEN K. Performance evaluation of edge computing platforms for AI applications in UAVs // IEEE Trans. on Robotics and Automation. – 2023. – Vol. 38, No. 2. – P. 112–127.16. VAN X., BROWN T., ANDERSON J. DistilLLM: knowledge distillation methods for efficient deployment of language models in UAVs // Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA). – 2023. – P. 775–782.17. VASWANI A. et al. Attention is all you need // 31st Conf. on Neural Information Processing Systems (NIPS–2017), Long Beach, CA, USA. – arXiv:1706.03762v7. – 2 Aug 2023. – P. 1–15.18. ZHANG Y., LI W., MARTINEZ K. Hybrid LLM-traditional architectures for autonomous UAV navigation // Robotics and Autonomous Systems Journal. – 2024. – Vol. 152. – P. 45–62.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».