باحثون يطورون طائرات بدون طيار لتحديد مواقع تسرب الغاز

طور باحثون في جامعة دلفت للتكنولوجيا أول سرب على الإطلاق من الطائرات الصغيرة بدون طيار القادرة على اكتشاف وتحديد مواقع تسرب الغاز في البيئات المغلقة الضيقة. للعثور على تسرب غاز في مبنى أو موقع صناعي ، يخاطر رجال الإطفاء بحياتهم لأنه قد يستغرق وقتًا طويلاً للكشف عن المصدر. يمكن أن يكون لهذه الطائرات الجديدة بدون طيار آثار كبيرة في هذا المجال.

تصميم الذكاء الاصطناعي للطائرات بدون طيار

كانت أكبر عقبة للباحثين هي تصميم الذكاء الاصطناعي (AI) اللازم للمهمة المعقدة. نظرًا لصغر حجم الطائرات بدون طيار ، فإن الأجزاء الحاسوبية والذاكرة اللازمة لتلائمها بإحكام. اعتمد الباحثون على استراتيجيات التنقل والبحث المستوحاة من الحيوية. 

• بحث تم نشره على خادم مقالات ArXiv ، وسيتم تقديمه في مؤتمر الروبوتات IROS في وقت لاحق من العام.

ما هو مطلوب لتوطين مصدر الغاز المستقل

إن مهمة توطين مصدر الغاز المستقل معقدة للغاية ، وتتطلب مستشعرات غاز صناعية غير قادرة على اكتشاف كميات صغيرة من الغاز. كما أنهم يكافحون للبقاء حساسين للتغيرات السريعة في تركيزات الغاز. 

إلى جانب المهمة الفعلية ، تسبب البيئة أيضًا مشاكل عندما تكون معقدة. لهذه الأسباب ، تطور البحث التقليدي حول الروبوتات الفردية التي تبحث عن مصدر غاز في بيئات صغيرة خالية من العوائق. 

جويدو دي كرون أستاذ في مختبر Micro Air Vehicle في TU Delft. 

يقول جيدو دي كرون: "نحن مقتنعون بأن أسراب الطائرات الصغيرة بدون طيار هي وسيلة واعدة لتوطين مصدر الغاز المستقل". "الحجم الصغير للطائرات بدون طيار يجعلها آمنة جدًا لأي إنسان وممتلكات لا تزال في المبنى ، في حين أن قدرتها على الطيران ستسمح لها في النهاية بالبحث عن المصدر في ثلاثة أبعاد. علاوة على ذلك ، فإن صغر حجمها يسمح لها بالطيران في مناطق داخلية ضيقة. أخيرًا ، فإن وجود سرب من هذه الطائرات بدون طيار يسمح لها بتحديد مصدر الغاز بشكل أسرع ، مع الهروب من الحد الأقصى المحلي لتركيز الغاز من أجل العثور على المصدر الحقيقي ".

على الرغم من فوائد هذه الخصائص ، إلا أنها تجعل من الصعب على المهندسين تطبيق الذكاء الاصطناعي في الطائرات بدون طيار لتوطين مصدر الغاز المستقل. بسبب القيود المتعلقة بالاستشعار والمعالجة على متن الطائرة ، فإن خوارزميات الذكاء الاصطناعي المستخدمة في المركبات ذاتية القيادة غير قابلة للتطبيق. لأنها تعمل في أسراب ، تحتاج الطائرات بدون طيار أيضًا إلى تجنب الاصطدام مع بعضها البعض أثناء التعاون.

أجرى Bart Duisterhof البحث في TU Delft. 

يقول دويسترهوف: "في الواقع ، توجد في الطبيعة أمثلة كثيرة على الملاحة الناجحة وتوطين مصدر الرائحة ضمن قيود صارمة على الموارد". "فكر فقط في كيفية قيام الفاكهة بأدمغتها الصغيرة التي تضم حوالي 100,000 خلية عصبية بتحديد موقع الموز في مطبخك في الصيف. يفعلون ذلك عن طريق الجمع بأناقة بين السلوكيات البسيطة مثل الطيران عكس اتجاه الريح أو بشكل متعامد مع الريح اعتمادًا على ما إذا كانوا يشعرون بالرائحة. على الرغم من أننا لم نتمكن من نسخ هذه السلوكيات بشكل مباشر بسبب عدم وجود مستشعرات تدفق الهواء في الروبوتات الخاصة بنا ، فقد قمنا بغرس الروبوتات لدينا بسلوكيات بسيطة مماثلة للتعامل مع المهمة ".

تعتمد الطائرات الصغيرة بدون طيار على خوارزمية "خطأ" جديدة تسمى "Sniffy Bug" ، والتي تمكن الطائرات بدون طيار من الانتشار قبل أن تكتشف أي غاز. هذا يسمح لهم بتغطية بيئات كبيرة وتجنب العقبات أو بعضها البعض. 

بمجرد أن تستشعر إحدى الطائرات بدون طيار الغاز ، فإنها تتواصل مع الآخرين ، والتي ستتعاون مع بعضها البعض للعثور على مصدر الغاز في أسرع وقت ممكن. وبشكل 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. 

كانت الخوارزمية مستوحاة من السلوك الاجتماعي وحركة قطعان الطيور ، حيث تتحرك كل طائرة بدون طيار بناءً على أعلى موقع لتركيز الغاز ، وأعلى موقع للسرب ، واتجاه حركته الحالية وقصورها الذاتي. تتمثل إحدى مزايا PSO في أنه لا يتطلب سوى قياس تركيز الغاز بدون تدرج تركيز الغاز أو اتجاه الرياح.

يقول جيدو: "يُظهر هذا البحث أن أسراب الطائرات الصغيرة بدون طيار يمكن أن تؤدي مهامًا معقدة للغاية. ونأمل أن يشكل هذا العمل مصدر إلهام لباحثي الروبوتات الآخرين لإعادة التفكير في نوع الذكاء الاصطناعي الضروري للطيران المستقل."