تم إنشاء روبوت طنان سريع وقابل للمناورة بشكل لا يصدق مع الذكاء الاصطناعي – فيديو

لن يتمكن الطيار الأكثر خبرة من تجاوز ذبابة الفاكهة العادية في الأكروبات. تعد الحشرات الطائرة من أكثر المخلوقات مرونة على هذا الكوكب، حيث يمكنها بسهولة أداء المنعطفات الحادة والتوقف الفوري والتقلبات أثناء الطيران. لقد سعى المهندسون منذ فترة طويلة إلى نقل براعة مماثلة إلى الروبوتات والطائرات بدون طيار ذات الحجم المماثل. وهنا جماعة من العلماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وقد اتخذت (MIT) خطوة كبيرة نحو هذا الهدف. تم وصف روبوتهم المجنح المصغر في المجلة تقدم العلومأسرع وأكثر براعة من جميع سابقاتها – تكاد تكون قابلة للمقارنة بالحشرات الحقيقية.

يقول مهندس الطيران هوانج فو فان من جامعة نيفادا في رينو إن المنتج الجديد هو “خطوة كبيرة إلى الأمام في أداء الروبوتات الصغيرة”. ويضيف: “هذا العمل يقربنا من إنشاء روبوتات طائرة مستقلة حقًا بحجم حشرة يمكنها أداء مهام العالم الحقيقي”.

الصعوبات الهندسية

على الرغم من أن الطائرات بدون طيار وغيرها من الأجهزة أصبحت أكثر تطورا في السنوات الأخيرة، فقد ثبت أن تقليصها إلى حجم الحشرة أمر بالغ الصعوبة.

يوضح يوفينغ “كيفن” تشين، وهو مهندس فيزيائي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومؤلف مشارك في الدراسة: “يجب بناء كل شيء من الصفر”.

في المقاييس الصغيرة، تفقد المحركات كفاءتها، وحتى الاضطرابات الخفيفة تؤدي إلى إجهاد الأجنحة والمفصلات المجهرية، التي تصبح رقيقة وهشة لتوفير الوزن. وفي حين يمكن للحشرات الحقيقية أن تصطدم بزجاج النوافذ دون أن تلحق الضرر وتتحمل هبوب الرياح القوية، فإن الروبوتات الصغيرة الطائرة أقل متانة بكثير وغالبا ما تفشل بسرعة – فالمواد الاصطناعية ببساطة لا يمكن أن تضاهي قوة أجزاء جسم الحشرات.

في المشروع السابق وتمكن فريق تشين من التغلب على العديد من القيود في الأجهزة، وصنع روبوتًا طائرًا مستقرًا يزن 750 ملليجرامًا، قادرًا على البقاء في الهواء لمدة تصل إلى 1000 ثانية في المرة الواحدة. ظلت المشكلة التي لم يتم حلها هي إنشاء “دماغ” إلكتروني فعال. لكي يتمكن الروبوت الصغير من التسريع والدوران والشقلبة في الهواء بنجاح، يجب أن يتكيف باستمرار مع أدنى التغيرات في تدفق الهواء والاحتكاك. وهذا يتطلب وحدة تحكم فعالة للغاية قادرة على إدارة الرحلة في ظل ظروف عدم اليقين.

الشبكة العصبية تتنبأ بالرحلة

وقد تم تحقيق ذلك من قبل المؤلف المشارك جوناثان هاو، عالم الفيزياء الفلكية ومهندس الطيران في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الذي طور ما يسمى أنبوب MPC. وأوضح مبدأ كيفية عمل هذا التحكم: إذا كان الشخص يحاول الانتقال من النقطة أ إلى النقطة ب، فيمكنه إنشاء طريق مباشر واحد. ولكن إذا انحرف عن المسار، فكيف تعرف أن الطريق الأصلي لا يزال آمنًا؟ تعمل تقنية MPC الأنبوبية على حل هذه المشكلة عن طريق إنشاء منطقة عازلة على شكل أنبوب حول المسار الرئيسي للروبوت، مما يضمن عدم دخوله في منطقة خطيرة.

وأضاف هاو أن “الصلصة السرية” الحقيقية لوحدة التحكم كانت استخدامها لشبكة عصبية، وهي خوارزمية تحاكي الجهاز العصبي المركزي لذباب الفاكهة الحقيقي. تسمح هذه البرمجة لوحدة التحكم بالتخطيط السريع للمسارات المثالية، مما يسمح للروبوت بالدوران بقوة في الهواء “بطريقة لا تتحطم”.

ونتيجة لذلك، فإن جهازًا يبلغ طوله 4 سنتيمترات فقط ويزن أقل من مشبك الورق، يطير أسرع بخمس مرات تقريبًا ويتسارع بمعدل ضعف سرعة الروبوتات الدقيقة الموجودة. ويمكنه أيضًا أداء منعطفات حادة، وتحمل هبوب رياح تصل سرعتها إلى 160 سم/ثانية، وربما الأكثر إثارة للإعجاب، يمكنه أداء 10 شقلبات متتالية في 11 ثانية. ووفقًا لفان، يُظهر الروبوت “السرعة وخفة الحركة والاستقرار التي لم يسبق لها مثيل إلا في الحشرات الحقيقية”.

ما هو التالي

وبطبيعة الحال، لا تزال هناك قيود خطيرة. العيب الأكثر أهمية هو السلك. من المستحيل رفض ذلك – في مثل هذه الآلة المصغرة لا يوجد مكان لوضع بطارية ذات سعة كافية.

يظل الربط عقبة طويلة المدى، لكن تشين وهو يأملان أيضًا في تطوير كاميرات وأجهزة استشعار أخرى صغيرة بما يكفي لتناسب متن الروبوت. وهذا قد يجعله مفيدًا في عمليات البحث والإنقاذ. يقول تشين: “إذا وقع زلزال، فيمكننا إرسال هذه الروبوتات الصغيرة إلى الشقوق والأنقاض”.

ويُنظر أيضًا إلى الروبوتات الطائرة بحجم الحشرات كأدوات للتلقيح المساعد، لكن هذا لن يحدث إلا في المستقبل البعيد جدًا. يعترف هاو بأن الهبوط على زهرة حساسة أمر مستحيل: “نود حقًا أن نفعل ذلك – فقط نطير للأعلى، وإذا جاز التعبير، ننقض عليها بلطف. لكن هذا لا يزال خارج نطاق قدراتنا”.

روبوت صغير يطير باستخدام المغناطيسية: فيديو

تم إنشاء طائر آلي يمكنه الإقلاع (فيديو)

اشترك واقرأ “العلم” في برقية