باحثون يطورون طائرات بدون طيار لتحديد تسربات الغاز

قام باحثون في جامعة دلفت للتكنولوجيا بتطوير أول مجموعة من الطائرات بدون طيار الصغيرة القادرة على الكشف عن تسربات الغاز وتحديد موقعها بشكل مستقل في البيئات الداخلية الضيقة. للعثور على تسرب غاز في مبنى أو موقع صناعي ، يخاطر رجال الإطفاء بحياتهم لأنها يمكن أن تستغرق وقتًا طويلاً للكشف عن المصدر. يمكن أن يكون لهذه الطائرات بدون طيار عواقب كبيرة في هذا المجال.

تصميم الذكاء الاصطناعي للطائرات بدون طيار

كان أكبر عقبة أمام الباحثين هو تصميم الذكاء الاصطناعي المطلوب للمهمة المعقدة. بسبب حجم الطائرات بدون طيار الصغير ، يجب أن تتناسب الأجزاء الحاسوبية والذاكرة بشكل ضيق فيها. اعتمد الباحثون على استراتيجيات الملاحة والبحث الملهمة بالطبيعة.

تم نشر الأبحاث على خادم مقالات ArXiv ، وسيتم تقديمها في مؤتمر الروبوتات IROS لاحقًا في العام.

ما هو مطلوب لتحديد موقع مصدر الغاز بشكل مستقل

مهمة تحديد موقع مصدر الغاز بشكل مستقل معقدة للغاية ، وتتطلب حساسات غاز اصطناعية ليست قادرة على الكشف عن كميات صغيرة من الغاز. كما أنها تواجه صعوبات في الحفاظ على الحساسية للتغيرات السريعة في تركيزات الغاز.

إضافة إلى المهمة الفعلية ، تسبب البيئة أيضًا مشاكل عندما تكون معقدة. لهذه الأسباب ، تطورت الأبحاث التقليدية حول روبوتات فردية تبحث عن مصدر غاز في بيئات صغيرة خالية من العوائق.

غيدو دي كرون هو أستاذ كامل في مختبر المركبات الجوية الصغيرة في جامعة دلفت.

“نحن مقتنعون بأن سرب من الطائرات بدون طيار الصغيرة هو طريق واعد لتحديد موقع مصدر الغاز بشكل مستقل” ، يقول غيدو دي كرون. “يجعل حجم الطائرات بدون طيار الصغيرها آمنًا جدًا للبشر والممتلكات في المبنى ، بينما يسمح لها القدرة على الطيران بالبحث عن المصدر في ثلاثة أبعاد. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح حجمها الصغير لها بالطيران في المناطق الداخلية الضيقة. وأخيرًا ، يسمح لنا وجود سرب من هذه الطائرات بدون طيار بالبحث عن مصدر الغاز بشكل أسرع ، بينما يتجنبون الحد الأقصى المحلي لتركيز الغاز من أجل العثور على المصدر الحقيقي.”

على الرغم من الفوائد التي تتمتع بها هذه الخصائص ، إلا أنها تجعل من الصعب على المهندسين تنفيذ الذكاء الاصطناعي في الطائرات بدون طيار لتحديد موقع مصدر الغاز بشكل مستقل. بسبب القيود حول الاستشعار والتحليل على متن الطائرة ، لا يمكن تطبيق خوارزميات الذكاء الاصطناعي المستخدمة في السيارات ذاتية القيادة. كما أن الطائرات بدون طيار تحتاج إلى تجنب الاصطدام ببعضها البعض أثناء التعاون.

أجرى بارت دويسترهوف البحث في جامعة دلفت.

“في الواقع ، هناك العديد من الأمثلة الناجحة على الملاحة وتحديد موقع مصدر الرائحة في الطبيعة ضمن قيود موارد صارمة” ، يقول دويسترهوف. “فكر في كيفية العثور على الذباب على البانانا في مطبخك في الصيف. يفعلون ذلك عن طريق الجمع بين سلوكيات بسيطة مثل الطيران في اتجاه الرياح أو العرضي على الرياح حسب ما إذا كانوا يشعرون بالرائحة. على الرغم من أننا لم نستطع نسخ هذه السلوكيات بشكل مباشر بسبب عدم وجود حساسات تدفق الهواء على روبوتاتنا ، إلا أننا قد أضفنا سلوكيات بسيطة إلى روبوتاتنا لمواجهة المهمة.”

https://www.youtube.com/watch?v=hj_SBSpK5qg

تعتمد الطائرات بدون طيار الصغيرة على خوارزمية جديدة تسمى “حشرة شم” ، مما يسمح لها بالانتشار قبل الكشف عن أي غاز. هذا يسمح لها بتغطية بيئات كبيرة وتجنب العوائق أو بعضها البعض.

بمجرد أن يشعر أحد الطائرات بدون طيار بالغاز ، يتواصل مع الآخرين ، والتي ستتعاون بعد ذلك مع بعضها البعض للعثور على مصدر الغاز بأسرع ما يمكن. بشكل أكثر تحديدًا ، تقوم الطائرات بدون طيار بالبحث عن أقصى تركيز للغاز باستخدام خوارزمية تسمى “تحسين سرب الجسيمات” ، أو PSO ، حيث تعمل كل طائرة بدون طيار كجسيم.

تم استلهام الخوارزمية من السلوك الاجتماعي وحركة أسراب الطيور ، حيث يتحرك كل طائرة بدون طيار بناءً على موقع أقصى تركيز الغاز الذي يُحس به ، وموقع أقصى تركيز للرعب ، واتجاهه الحالي والزخم. أحد الفوائد التي تتمتع بها PSO هي أنها لا تتطلب قياس تركيز الغاز بدون تدرج تركيز الغاز أو اتجاه الرياح.

“تظهر هذه الأبحاث أن سربًا من الطائرات بدون طيار الصغيرة يمكن أن يؤدي مهام معقدة” ، يقول غيدو. “نأمل أن يشكل هذا العمل مصدر إلهام للباحثين الآخرين في مجال الروبوتات لإعادة التفكير في نوع الذكاء الاصطناعي الذي يلزم للطيران المستقل.”