شوارب القطط تساعد الطائرات المسيّرة الصغيرة على التحليق في الظلام

استلهم الباحثون من الحيوانات الليلية للتغلب على تحدٍّ أساسي تواجهه طائرات الإنقاذ المسيّرة: التحليق في الظلام

لا تتمتع الطائرات بدون طيار فائقة الصغر والتي تزن أقل من قطعة زبدة بالقدرة الحاسوبية أو القوة التي تتمتع بها النماذج الأكبر حجمًا، وهذا يحد من قوة أجهزة الاستشعار الخاصة بها. وهذا يعني أنه إذا امتلأ المبنى بالدخان أو حدثت كارثة في الليل، فسوف تتعطل كاميرات الطائرة بدون طيار وأجهزة الليدار. حتى الزجاج الشفاف يمكن أن يشكل عائقًا قد لا تكتشفه الطائرة بدون طيار.

الآن، قام فريق بحث في جامعة دلفت للتكنولوجيا في هولندا - مستوحى من شوارب الحيوانات الليلية - بتطوير جهاز استشعار خفيف الوزن وملموس للطائرات بدون طيار للتنقل حتى عندما لا تستطيع "الرؤية". يمكن لبعض الحيوانات الليلية، مثل الفئران وإلى حد ما القطط، استكشاف محيطها باستخدام الأحاسيس المحيطة بها فقط على شواربها، مما يمكنها من التحرك دون رؤية. وتساءل فريق البحث عما إذا كانت الطائرات بدون طيار يمكنها أن تفعل الشيء نفسه.

في عالم تطوير الطائرات بدون طيار، يعد التنقل باللمس مفهومًا جديدًا له تحدياته الخاصة. وأوضح أستاذ جامعة دلفت للتكنولوجيا سالفا هامازا في بيان صحفي: "لكي تعمل حاسة اللمس على الطائرات بدون طيار، يجب أن تكون خفيفة الوزن، وقليلة الكمون، ومنخفضة الطاقة". ولحسن الحظ، فقد قامت الطبيعة بالفعل ببعض هذه الابتكارات.

"الشوارب" التي صنعها حمازة وفريقه للطائرة بدون طيار مصنوعة من أسلاك رفيعة من النيكل والتيتانيوم، يبلغ قطر كل منها 0.4 ملم، ويبلغ سمكها حوالي أربع أوراق من الورق. ومع ذلك، كانت الهوائيات أطول من الطائرة بدون طيار نفسها. إلى الطائرة بدون طيار بحجم كف اليد، أرفق الباحثون شاربين، طول كل منهما حوالي 8 بوصات، مع ثلاثة أجهزة استشعار صغيرة للضغط في القاعدة. يمكنها تقييم ثني الأسلاك، مما يسمح للطائرة بدون طيار بتقدير المسافة والموقع بالنسبة للعوائق القريبة. تتم معالجة جميع الحسابات اللازمة لهذا التنقل بواسطة متحكم دقيق على الطائرة بدون الاعتماد على جهاز كمبيوتر خارجي.

قد لا يبدو الأمر معقدًا للغاية، ولكن حتى تحديد زاوية تركيب الأسلاك كان يمثل تحديًا. الحيوانات التي تتحرك بواسطة الشوارب عادة لا تطير. إن وجود نتوء طويل، حتى لو كان خفيفًا وحساسًا للغاية، يمكن أن يجعل الطائرة بدون طيار غير مستقرة. أثناء التحرك على طول الجدار، لاحظ الباحثون أن مقاومة الطولي يمكن أن تتسبب في دوران الطائرة بدون طيار وسقوطها.

قارن الباحثون إجمالي 72 رحلة واختبروا ست زوايا مختلفة بثلاث سرعات مختلفة. عندما تم تركيب الشعيرات عند 30 درجة و45 درجة و60 درجة، طارت الطائرة بدون طيار دون وقوع حوادث كبيرة. ومن بينها، تم اعتماد زاوية قدرها 45 درجة لأنها أدت إلى أقل انحراف في اتجاه الطائرة بدون طيار. كما أخذوا في الاعتبار حقيقة أن زاوية 60 درجة تقلل من نطاق الاستشعار الأمامي.

كما واجه الباحثون عدة عقبات في معالجة المعلومات التي تتلقاها الشعيرات. أحدهما كان التمييز بين إشارات الاتصال الفعلية والاضطرابات التي تسببها الطائرة بدون طيار نفسها، مثل اهتزازات المروحة. وحتى عند تصفية هذا الضجيج، فإن حوالي 38% من اكتشافات الطائرات بدون طيار كانت نتائج إيجابية كاذبة.

يبدو أنه انحراف، وهي ظاهرة تتغير فيها قراءات أجهزة الاستشعار تدريجيا مع مرور الوقت. لذلك، قام فريق البحث بتطوير خوارزمية تصحيح تقوم بتقدير اتجاهات الانجراف بشكل مستمر مع مرور الوقت - بناءً على قراءات المستشعر عندما لا تتصل الطائرة بدون طيار بأي شيء - أثناء الرحلة. عند دمجها مع الفلتر، تم تقليل النتائج الإيجابية الكاذبة إلى 0%.

تم إجراء هذه التجارب بشكل أساسي في بيئة بها ثلاثة جدران شفافة مرتبة على التوالي. كلما لامس المستشعر اللمسي سطح الجدار، طارت الطائرة بدون طيار بالتوازي مع الجدار وحافظت على مسافة 60-100 ملم من السطح حتى وصلت إلى الحافة. حتى أن الطائرة بدون طيار كانت قادرة على التحرك عندما كان الجدار في زاوية معها، وهو أمر لا تستطيع الطائرة بدون طيار المزودة بأجهزة استشعار بالليزر القيام به.

ومع ذلك، في مواقف العالم الحقيقي - مثل حطام الكارثة - لا يتم ترتيب العقبات بهذه الطريقة. حتى في غرفتك النموذجية، يمكن للطائرة بدون طيار التي تتبع الحائط أن تتعثر بسهولة في الزاوية أو تتجاهل العوائق الجانبية. لذلك، قام الباحثون بترميز طريقة إرشادية تعطي الأولوية للحركة في مناطق غير معروفة من خلال التقدير الاحتمالي لشكل الجدران. وباستخدام هذه الطريقة، نجحت الطائرة بدون طيار في العثور على مخرج بعرض 2.5 قدم في غرفة صغيرة ذات جدران زجاجية في 90 بالمائة من الاختبارات.

وبالنظر إلى أن نظام اللمس يستخدم فقط جزءًا صغيرًا من مساحة الطائرة بدون طيار البالغة 192 كيلو بايت، فهناك مجال للتحسين، بالمعنى الحرفي والمجازي. وأضاف تشاو شان يي، طالب الدكتوراه في جامعة دلفت للتكنولوجيا، في بيان صحفي: "أردنا أن نظهر أن اللمس لا يأتي على حساب الحجم أو قوة الحوسبة". يعمل مسار الإدراك اللمسي بالكامل لدينا على ذاكرة تبلغ سعتها 34 كيلو بايت فقط، مما يسمح لطائرة صغيرة بدون طيار بالاستشعار والاستجابة لبيئتها في الوقت الفعلي.

ظهرت هذه القصة في الأصل على WIRED Japan وتمت ترجمتها من اليابانية.