في مختبر بجامعة سينسيناتي (الولايات المتحدة الأمريكية)، طور المهندسون طائرة بدون طيار لا تحتاج إلى ذكاء اصطناعي للطيران والحفاظ على التوازن. إنها ترفرف بجناحيها مثل الفراشة وتحافظ على موقعها في الفضاء باستخدام نظام التصحيح الذاتي: تقوم الطائرة بدون طيار بتقييم حركتها باستمرار وتعديل أجنحتها قليلاً لتبقى قريبة من مصدر الضوء، مثل حشرة يتم سحبها إلى النار. ونشرت النتائج في المجلة المراجعة البدنية ه.

كيف تطير الطائرة بدون طيار؟

ترأس فريق المشروع الأستاذ المشارك سامح عيسى. قرر مع طلابه التخلي عن خوارزميات الملاحة المعتادة وأجهزة استشعار نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). الطائرة بدون طيار الخاصة بهم “تستشعر” البيئة وتتكيف معها في الوقت الفعلي، مثل كائن حي.

يوضح عيسى قائلاً: “لقد ألهمتنا الحشرات”. “جسمهم أبسط بكثير من جسم الإنسان، لكنهم يستطيعون الطيران بدقة مذهلة. لإنشاء روبوتات صغيرة وخفيفة، نحتاج إلى جعلها تتحرك مثل العث”.

العث قادر على التحليق في مكانه والتحرك للخلف والحفاظ على التوازن حتى في هبوب الرياح. وتفعل الطائرة بدون طيار الجديدة نفس الشيء، حيث تقوم باستمرار بتعديل موضعها بالنسبة لمصدر الضوء، مثل حشرة حية تنجذب إلى اللهب.

ردود الفعل بدلا من الشبكة العصبية ونظام تحديد المواقع

يعتمد تشغيل الطائرة بدون طيار على نظام ردود الفعل الذي يقوم بتقييم فعاليتها باستمرار. إنه لا “يفكر” بالمعنى المعتاد، ولكنه ببساطة يقارن الحالة الحالية بالهدف – في هذه الحالة، موضع الضوء – ويبحث عن المسار الأمثل.

وقال المؤلف الرئيسي أحمد الجوهري: “تظهر حساباتنا أن مثل هذه الدائرة البسيطة يمكنها إعادة إنتاج التجميد المستمر”. “نحن لا نستخدم الذكاء الاصطناعي أو النماذج المعقدة، كل شيء يعمل وفقًا لمبدأ ردود الفعل الطبيعية.”

في الأساس، الطائرة بدون طيار تتحكم في نفسها. وتتحرك أجنحتها الأربعة، المصنوعة من الأسلاك والقماش الناعم، بشكل مستقل، مما يسمح لها بالإمالة جانبًا، وخفض أو رفع أنفها، والانعطاف يسارًا أو يمينًا. لا يحتاج إلى إرسال أوامر التنقل لأنه يفعل ذلك بنفسه. ونظرًا لتكرار اللوحات، فإن العين البشرية لا ترى سوى حركة ضبابية، مثل الطائر الطنان.

يطير كما لو كان على قيد الحياة

تم إجراء التجارب في معمل طيران مزود بشبكات حيث يمكن للآلة أن ترتفع وتحوم بأمان. ولاحظ الباحثون أن الطائرة بدون طيار تمايلت قليلاً أثناء الطيران، كما لو كانت ترتكب خطأً. ولكن، كما يوضح الجوهري، هذه الاهتزازات هي التي تسمح له بفحص موقفه وتصحيحه.

عندما تقترب الطائرة بدون طيار من مصدر الضوء، تقوم بإجراء تعديلات صغيرة، إما بزيادة تأرجحها أو إضعافه. وهذا يذكرنا بكيفية تثبيت النحل واليعسوب في مكانها، باستخدام حركات مجهرية لتحقيق الاستقرار في نفسها.

ويشير عيسى إلى أن “هذه التقلبات ليست خطأً، ولكنها جزء من العملية”. “إنها تساعد السيارة على فهم الاتجاه الذي يجب أن تطير فيه والحفاظ على التوازن دون أمر خارجي.”

الطبيعة كمهندس

تحرك الحشرات الطائرة مثل العث والنحل الطنان أجنحتها بنمط معقد على شكل رقم ثمانية. مع كل ضربة، تتشوه الأجنحة المرنة قليلاً، مما يخلق قوة رفع في كلا اتجاهي الحركة. كانت هذه الميكانيكا هي التي قام المهندسون من سينسيناتي بتكييفها مع أجهزتهم.

عيسى واثق من أن الاكتشاف يتجاوز الروبوتات.

ويقول: “إذا استخدم العث بالفعل شيئًا مثل دارات التغذية الراجعة لدينا، فقد يغير ذلك فهمنا للفيزياء الحيوية للطيران”. “يبدو أن الطبيعة وجدت الحل الأمثل منذ فترة طويلة، والذي بدأنا للتو في فهمه.”

يمكن لهذه التكنولوجيا أن تمهد الطريق لطائرات بدون طيار صغيرة مستقلة للمراقبة أو المراقبة البيئية أو البحث في الأماكن التي يصعب الوصول إليها. ولا تتطلب هذه الأجهزة قوة حاسوبية كبيرة، كما أنها قادرة على العمل في الوقت الفعلي، بالاعتماد فقط على الإشارات البيئية البسيطة.

يطلق الباحثون على نهجهم اسم “الذكاء البسيط” – وهو التحكم الذي يأتي من فيزياء الحركة ذاتها.

ووفقا لعيسى، فإن الاكتشاف الرئيسي هو أن الاستقرار والدقة لا يتطلبان خوارزميات معقدة – وفي بعض الأحيان تكون البساطة الطبيعية كافية.

ويقول: “نحن نميل إلى الاعتقاد بأن السلوك المعقد يتطلب عقلًا كبيرًا”. “لكن الحشرات تثبت عكس ذلك، والآن تفعل طائرتنا بدون طيار نفس الشيء.”