روبوتات طائرة تتصرف مثل الطيور الطنانة Hummingbirds

ربوتات الطيور الطنانة : يستخدم الروبوت الطائر الطنان Hummingbird robot الذكاء الإصطناعي artificial intelligence AI للذهاب إلى أماكن لا تستطيع الذهاب إليها عما قريب .

ماذا الذي يمكنه أن يطير مثل الطيور و يحوم  كالحشرات؟

إنه ببساطة طائر الطنان اللطيف الذي يعيش في حيك .ولو أن الطائرات بدون طيار كان لديها هذا التحرير والسرد ، فإنها ستكون قادرة على المناورة بشكل أفضل من خلال المباني المنهارة وغيرها من المساحات التي تعمها الفوضى للعثورعلى ضحايا محاصرين.

جامعة بوردو في مقدمة صناعة الروبوتات الطائرة

و قد قام باحثون من جامعة بوردو Purdue University بتصميم و هندسة روبوتات طيران تتصرف مثل الطيور الطنانة ، و التي تم تدريبها بواسطة خوارزميات التعلم الآلي على أساس تقنيات مختلفة يستخدمها الطائر بشكل طبيعي كل يوم.

وهذا يعني أنه بعد التعلم من المحاكاة ،  فإن الروبوت "يعرف" كيفية التحرك من تلقاء نفسه مثل الطائر الطنان ، و ذلك كإدراكه مثلاً متى يتوجب عليه إجراء مناورة الهروب.

و يسمح الذكاء الاصطناعي  إلى جانب الأجنحة المرفرفة المرنة أيضاً للروبوت بتعليم نفسه حيلاً جديدة.

، فعلى سبيل المثال ، وعلى الرغم من عدم قدرة الروبوت على الرؤية حتى الآن ، فإنه يستشعر من خلال لمس الأسطح .  حيث أن كل لمسة تغير تياراً كهربائياً ، و الذي أدرك الباحثون أنه يمكنهم تتبعه .

وقالت شينيان دينغ Xinyan Deng ، وهي أستاذة مشاركة في الهندسة الميكانيكية في بوردو Purdue : "يمكن للروبوت إنشاء خريطة بشكل أساسي دون رؤية محيطه.

كما أنه من الممكن أن يكون ذلك مفيداً في موقف قد يكون فيه الروبوت يبحث عن ضحايا في مكان مظلم - وهذا يعني إضافة مستشعرواحد أقل وذلك عندما نمنح الروبوت القدرة على الرؤية ".

وسيقدم الباحثون أعمالهم عما قريب  في 20 مايو/أيار في مؤتمر IEEE الدولي لعام 2019 حول الروبوتات والأتمتة International Conference on Robotics and Automation في مونتريال.كما يتوفر مقطع فيديو على  YouTube حول هذه التقنية على الرابط التالي :

https://youtu.be/jhl892dHqfA

ولا يمكن جعل الطائرات بدون طيار صغيرة جداً إلى حد نهائي ، و ذلك نظراً للطريقة التي تعمل بها الديناميكا الهوائية التقليدية.  إذ أنها لن تكون قادرة على توليد ما يكفي من الرفع لدعم وزنها .

إلا أن الطيور الطنانة لا تستخدم الديناميكا الهوائية التقليدية – حيث أن أجنحتها مرنة ولينة . وقالت دنغ  : " ببساطة ، إن الفيزياء مختلفة ؛ حيث أن الديناميكا الهوائية غير مستقرة بطبيعتها ، و ذلك مع وجود زوايا عالية و حاسمة من الهجوم و الارتفاع العالي. وهذا يدعم إمكانية تواجد حيوانات طائرة أصغر حجماً ، كما يمكننا  أيضاً أن نقلص من الروبوتات ذات الجناح المرفرف ".

فك تشفير طيران الطائر الطنان Hummingbirds

و لقد حاول الباحثون لسنوات فك تشفير طيران الطائر الطنان  و ذلك بغية أن يتمكن الإنسان الآلي من الطيران في الأماكن التي لا تستطيع الطائرات الكبيرة أن تفعل . وفي عام 2011 ، قامت شركة AeroVironment ، بتكليف من داربا DARPA ، وهي وكالة تابعة لوزارة الدفاع الأمريكية U.S. Department of Defense ، ببناء طائر طنان آلي كان أثقل من الطائر الحقيقي ولكن ليس بنفس سرعته ، و ذلك مع وجود ضوابط طيران تشبه المروحية وإمكانية محدودة للمناورة . و لقد تطلب ذلك من الإنسان أن يكون وراء جهاز التحكم عن بعد في جميع الأوقات.

و قامت مجموعة دينج ومعاونوها بدراسة الطيورالطنانة بأنفسهم ولأشهر صيف متعددة  في مونتانا Montana . حيث وثقوا مناورات طائر الطنان الرئيسية ، مثل الدوران السريع بمقدار 180 درجة ، وترجموها إلى خوارزميات خاصة بالكمبيوتر، و التي من الممكن أن يتعلمها الروبوت عندما يتم توصيله بمحاكاة.

كما سمحت الدراسة الإضافية حول فيزياء الحشرات والطيور الطنانة لباحثي بوردو ببناء روبوتات أصغر من الطيور الطنانة - وحتى بصغر حجم الحشرات -  و ذلك دون المساس بالطريقة التي يطيرون بها. و تقول دنغ Deng أنه كلما كان الحجم أصغر ، كلما زاد تردد خفقان و رفرفة الجناح ، وكان الطيران أكثر كفاءة.

و تمتلك الروبوتات أجسام ثلاثية الأبعاد ، وأجنحة مصنوعة من ألياف الكربون وأغشية مقطوعة بالليزر. و قد صمم الباحثون روبوتاً واحداً  للطير الطنان يزن 12 جراماً – و هوما يعادل في المتوسط وزن طيرطنان بالغ - و روبوتاً آخر بحجم حشرة يزن 1 غرام. ويمكن أن يرفع روبوت الطائر الطنان  مقداراً أكثر من وزنه ، يصل حتى 27 غراماً.

وإن تصميم روبوتاتهم ذات الرفع العالي أتاح للباحثين مساحة أكبر للمناورة  و ذلك من خلال إضافة بطارية وتقنية استشعار في نهاية المطاف ، مثل الكاميرا أوتقنية ال GPS. و يقول الباحثون أنه و في الوقت الحالي ، يحتاج الروبوت إلى ربطه بمصدر للطاقة أثناء تحليقه - و لكن هذا لن يكون لفترة أطول .

تقدم مهم .. الطيران بصمت

و باستطاعة الروبوتات أن تطير بصمت تماماً كما يفعل طائرالطنان الحقيقي ، مما يجعلها أكثر مثالية للعمليات السرية.  و تتميز هذه الروبوتات بثباتها أثناء الاضطرابات و أعمال الشغب ، وهو ما أظهره الباحثون من خلال اختبار الأجنحة المقاسة ديناميكياً في خزان النفط.

ويحتاج الروبوت محركين فقط ، ويمكنه التحكم في كل جناح بشكل مستقل عن الآخر ، وهو ما  تقوم به الحيوانات الطائرة عند تأديتها لمناورات رشيقة للغاية في الطبيعة.

و قد علقت دينغ على ذلك قائلة : " يمتلك الطائر الطنان الفعلي مجموعات متعددة من العضلات للقيام بأدائه و توجيه الضربات ، و لكن يجب أن يكون الروبوت خفيفاً قدرالإمكان ، بحيث يكون لديك أقصى أداء بأقل وزن".

الطنان الآلي سيساعد في تطوير الروبوتات الطائرة

و لن تساعد الطيور الطنانة الآلية في مهمات البحث والإنقاذ فحسب ، بل ستسمح أيضاً لعلماء الأحياء بدراسة الطيور الطنانة بشكل أكثر موثوقية في بيئتهم الطبيعية من خلال حواس الروبوت الحقيقي .

تقول دينغ : " لقد تعلمنا من علم الأحياء بناء الروبوت ، والآن يمكن أن تحدث الاكتشافات البيولوجية بمساعدة إضافية من الروبوتات ".

و تتوفر تقنيات المحاكاة من مصدرعام مفتوح على الموقع التالي : https://github.com/purdue-biorobotics/flappy.

ويجدر التنويه هنا إلى أنه  قد تم دعم المراحل المبكرة من العمل مالياً ، بما في ذلك تجارب الطائر الطنان في مونتانا Montana بالتعاون مع مجموعة بريت توبالسك Bret Tobalske's group في جامعة مونتانا University of Montana ، من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم the National Science Foundation .

و يتماشى هذا العمل مع احتفال جامعة بوردو بقفزاتها العملاقة ، و مع الاعتراف بالتقدم العالمي للجامعة المحرز في الذكاء الاصطناعي ، الخوارزميات والأتمتة كجزء من الذكرى المائة و الخمسون 150 لجامعة بوردو.

وهذا هو أحد الموضوعات الأربعة لمهرجان الاحتفال  بالأفكار على مدار العام ، والذي تم تصميمه لعرض بوردو كمركز فكري يحل قضايا العالم الحقيقي.

المصدر