במעבדת הרובוטיקה של המכון הפוליטכני של ווסטר (WPI) הם בודקים רחפנים קטנים המבוססים על איתור אקו רחפנים דמויי עטלף אלה נועדו לפעול במקומות בהם הראייה נכשלת: בחושך, עשן סמיך או סערות. כלי הטיס בגודל כף יד אלה מכוונים אל... משימות חיפוש והצלה בתרחישים שהם כיום מסובכים מאוד עבור מודלים עסקיים.
הצוות, בראשות ניטין סנקט, פרופסור משנה להנדסת רובוטיקה ב-WPI, מתחיל ממציאות נפוצה מאוד במצבי חירום: אסונות ניתקו את אספקת החשמל ופעולות רבות מתבצעות בלילה. זו הסיבה שהם שאבו השראה מהטבע כדי ליצור פלטפורמות שטסות עם "אוזניים" במקום להסתמך על מצלמות, מחוזקות באלגוריתמי ניווט ובקרה בעלי צריכת אנרגיה נמוכה.
כיצד פועלת אקולוקציה במיקרו-רחפנים אלה?
האב טיפוס משתמש ב- חיישן קולי זה פשוט, דומה לזה של ברזים אוטומטיים, פולט פולסים ומודד את ההד כדי להסיק מרחקים ולמנוע התנגשויות. עיקרון זה, הקשור לזה שבו משתמשים עטלפים, מאפשר לו לזהות מכשולים שקופים או עם ניגודיות נמוכה, שבה המצלמות יכשלו.
בהדגמות מעבדה, הרחפן שוגר תחילה בתאורת סביבה ולאחר מכן בתאורה חלשה. אור אדום עמוםכמו גם ערפל מלאכותי ושלג. כאשר התקרבה לקיר פרספקס, המערכת בלמה שוב ושוב ונעה לאחור, מה שהוכיח שההד האקוסטי היה מספיק לתמרון בטוח.
אחד המכשולים היה ה רעש המדחףאשר זיהמה את קריאות האולטרסאונד. כדי למתן מצב זה, החוקרים תכננו מארזים מודפסים בתלת-ממד אשר מקטינים את ההפרעות ומכוונים את קרן הקול, ובכך משפרים את יחס אות לרעש בטיסה.
הצוות משלים את ההיבט הפיזי עם בינה מלאכותית לסנן ולסווג הדים בזמן אמת. מודלים אלה עוזרים להבחין בין השתקפויות רלוונטיות לבין רעש ואזעקות שווא, גורם מפתח אם רוצים להתרחב למשימות מורכבות יותר מבלי להגדיל את צריכת האנרגיה.
מאבות טיפוס ועד נחילים אוטונומיים
מעבר לטיסה בסיסית, חוקרים מבקשים לעבור מ... שליטה ידנית לפריסת כוחות משותפת. הרעיון הוא שכמה רחפנים מחלקים את השטח, לומדים ממה שהאחרים רואים (או שומעים), ומקבלים החלטות מקומיות לגבי היכן להמשיך בחיפוש, כאשר האדם משמש כמפקח אסטרטגי.
בכיוון זה, ריאן וויליאמס, פרופסור חבר בווירג'יניה טק, עבד על תכנות רחפנים שמתאמים את מסלוליהם עם צוותי חילוץ. הקבוצה שלו השתמשה ב... נתונים היסטוריים מאלפי מקרים של נעדרים כדי לדמות כיצד אדם שהולך לאיבוד ביער נע וכך לתעדף את אזורי החיפוש הסבירים ביותר.
בעזרת מודלים אלה, המערכת ממקמת רחפנים באזורים עם סבירות גבוהה יותר ומתאימה את דפוס החיפוש בהתבסס על מידע חדש. השילוב של תכנון מסלולים וחיישנים "אקוסטיים" פותחים את הדלת לפתרונות שעובדים גם ללא GPS אמין או ראייה ברורה.
המטרה הסופית, מודים הצוותים, היא שאוטונומיה תפסיק להיות סמלית בלבד. כיום, פריסת רחפנים אוטונומיים באמת הוא נדיר בפעולות חילוץ; האתגר טמון בהוכחת בטיחות, חוסן ומעקב אחר החלטות לשימושו המבצעי.
יישומים והיקף תפעולי
בשנים האחרונות סיפקו דוגמאות לשימוש ברחפנים בפעולות חילוץ: שיטפונות בפקיסטןמקרה בקליפורניה לאחר יומיים של מעקב אחר מפל, או מיקום נתיב בטוח עבור שלושה כורים לכודים בקנדה. אלו היו מערכות קונבנציונליות, אך הגישה של WPI שואפת למלא פערים במקומות בהם הראייה נכשלת וה... תזמון זה הכל.
אם הטכנולוגיות הללו יתפתחו, שירותי חירום ב אירופה וספרד הם יכולים להוכיח את עצמם כשימושיים בתרחישים הכוללים עשן, אבק, שלג או עיצובים מורכבים, כגון מבני תעשייה, מנהרות או מבנים רעועים. המפתח, מדגישים החוקרים, הוא לשמור על עלויות נמוכות ויעילות אנרגטית כדי לאפשר פריסה של יחידות רבות בו זמנית.
כדי להקל על האימוץ, אב הטיפוס של WPI מסתמך על רכיבים של כיתה תחביב ועיצובים קומפקטיים שמורידים את העלות הכוללת. ככל שהחומרה תהיה זולה יותר, כך יהיה קל יותר להכניס את "עטלפי" הסיליקון הללו לקטלוגים של הגנה אזרחית.
מה שנותר לפתור
הטבע מציב רף גבוה. עטלף מסוגל הדים מפלים על ידי בחירת מה שהוא שומע וזיהוי עצמים דקים כשערה ממרחק של כמה מטרים. רחפנים עדיין רחוקים מהרגישות והסלקטיביות הללו, הן מבחינת החומרה והן מבחינת העיבוד.
פרויקט WPI, אשר יש לו מענק מהקרן הלאומית למדענעשית התקדמות צעד אחר צעד: שיפור המארזים, חידוד מסנני האות, אופטימיזציה של צריכת החשמל וחיזוק הניווט. למרות זאת, נותרו אתגרים, כגון רעש ההנעה, האנרגיה הזמינה בפורמטים קטנים כאלה, ואימות בסביבות אמיתיות עם תנאים משתנים.
במקביל, המערכת האקולוגית האקדמית בוחנת כיצד לשלב למידה של נתוני חיפוש אמיתיים ולתאם עם צוותים אנושיים בשטח. ההתכנסות בין חיישנים אקוסטיים לראייה במידת האפשר ומודלים של תנועה יוכלו להאיץ את הקפיצה מהוכחת היתכנות לפריסה.
התמונה שצוירה מההתקדמות הזו ברורה: מיקרו-רחפנים עם "אוזניים"רחפנים אלה, שהם זולים ויעילים, יוכלו לכסות את משמרת הלילה לחיפוש והצלה ולפעול בנחילים שבהם הראות מוגבלת. נותרה עבודה טכנית ורגולטורית, אך הנתיב שהתווה WPI ווירג'יניה טק פותח דרך ריאליסטית לפעולה בטוחה בחושך, עשן או סופות.
