طائرات بدون طيار عالية السرعة تجوب الغابات دون الحاجة إلى نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)

قدّم باحثون من مختبر أنظمة الميكاترونيات والروبوتات في جامعة هونغ كونغ (MaRS LAB) نظام ملاحة يُمكّن الطائرات المسيّرة عالية السرعة من رصد أجسام بسماكة سنتيمترات أثناء تحليقها السريع. يجمع النظام بين أجهزة استشعار متطورة، ومكونات خفيفة الوزن للطائرات المسيّرة، وإطار مسار طيران جديد لتفادي العوائق آنيًا أثناء التحليق بسرعة في المناطق المزدحمة. إليك ما تحتاج إلى معرفته.

كيف صُممت الطائرات بدون طيار عالية السرعة لمحاكاة طيران الطيور

لا شك أن تكنولوجيا الطائرات المسيرة شهدت تطورات كبيرة خلال السنوات القليلة الماضية. فالطائرات المسيرة اليوم قادرة على قطع مسافات أطول، وحمل أوزان أكبر، ودعم أجهزة استشعار أكثر من سابقاتها. كما أنها أقل تكلفة بكثير في الإنتاج وأكثر توفرًا.

رغم هذه التطورات، لم تُصنع بعد طائرة بدون طيار تُضاهي قدرة الطيور في تحديد مسارات الطيران آنيًا مع مراعاة المتغيرات غير المتوقعة، مثل أغصان الأشجار أو الطيور الأخرى. تستطيع الطائرات بدون طيار قطع مسافات طويلة والهبوط في مواقع دقيقة. ومع ذلك، لا تزال هذه الأجهزة تعتمد على مسارات طيران محددة مسبقًا أو مُدخلات حسية خارجية، مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، للوصول إلى أهدافها.

لماذا تُشكل الملاحة عالية السرعة ذاتية القيادة تحديًا؟

حتى الآن، لم يتمكن الباحثون من تحديد كيفية تحقيق ملاحة ذاتية وآمنة وعالية السرعة للطائرات المسيرة دون الاعتماد على توجيه خارجي أو مسارات مُخططة مسبقًا. وتنبع هذه المشاكل من عدة مشاكل، منها الحاجة إلى إضافة المزيد من أجهزة الاستشعار لتمكين هذه الطائرات من اكتشاف المزيد من العوائق.

مع إضافة المزيد من المستشعرات، يتطلب الأمر قوة حوسبة إضافية لمعالجة بيانات المدخلات الحسية المضافة. كلما زادت قوة الحاسوب والمستشعرات المطلوبة، زاد وزن الطائرة بدون طيار، مما يقلل من قدرتها على الطيران بسرعة والثبات عند السرعات العالية.

ولحسن الحظ، ربما تم التغلب على هذه القيود بفضل فريق من العقول المبدعة من قسم الهندسة الميكانيكية بكلية الهندسة في جامعة هونج كونج.

نظرة عامة على الدراسة: الملاحة الآمنة للطائرات بدون طيار عالية السرعة

نشر العالم يونفان رين وفريق من المهندسين¹ القادم الملاحة عالية السرعة المضمونة السلامة للمركبات الجوية غير المأهولة نُشرت مؤخرًا في مجلة علوم الروبوتات. تُسلّط الدراسة الضوء على تقنية طيران ذاتية القيادة من الجيل التالي، مُصمّمة لتمكين الطائرات بدون طيار والمركبات الجوية الصغيرة (MAVs) من التنقّل في بيئات مُعقّدة بسرعات قصوى دون أيّ مُدخلات حسية خارجية.

ما هي الطائرة الخارقة بدون طيار؟ المواصفات والميزات

طائرة سوبر بدون طيار هي مركبة جوية جوية صغيرة الحجم، صُممت خصيصًا لعرض نظام مسار الطيران الجديد الذي ابتكره المهندس. صُممت هذه الطائرة منذ البداية لتكون خفيفة ورشيقة. تتميز بتصميمها المدمج وقاعدة عجلاتها التي يبلغ طولها 280 ملم، وعناصر حاسوبية دقيقة تمنحها نسبة دفع إلى وزن مذهلة تبلغ +5.0، ووزن إقلاع يبلغ 1.5 كجم. تُمكّن هذه العوامل طائرة سوبر من الطيران بسرعة +20 مترًا في الثانية مع تفادي العوائق.

المصدر – جامعة هونغ كونغ

الحوسبة خفيفة الوزن لتحقيق أداء عالي السرعة

يعتمد جهاز SUPER على حاسوب مصغر قادر على مراقبة وحساب المدخلات الحسية. يوفر هذا اللوح خفيف الوزن للطائرة وقت طيران أطول مع تحسين قدراتها مقارنةً بسابقاتها. بالإضافة إلى ذلك، يدعم حاسوب الطيران نقاط المسار ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وأشكالًا أخرى من الملاحة الخارجية عند الحاجة.

كيف يوجه الليدار وأجهزة الاستشعار الطيران المستقل

تُمكّن مجموعة أجهزة الاستشعار المدمجة المركبة من العمل بأداء عالٍ وفي ظروف مختلفة. تتضمن الوحدة مستشعرًا خفيف الوزن ثلاثي الأبعاد للكشف عن الضوء وتحديد المدى (LIDAR)، يُمكّنها من تحديد الأجسام الرفيعة جدًا، مثل غصن شجرة، من مسافة تزيد عن 3 مترًا. والجدير بالذكر أن مُدخلات LiDAR تُدخل مباشرةً كسحب نقطية على طول المسار. يُوفر هذا النهج أوقات إدخال واستجابة أسرع بكثير لحاسوب مسار الرحلة.

تخطيط مسار الرحلة وتعديلاته في الوقت الفعلي

اتبع المهندسون نهجًا فريدًا في تخطيط الرحلات. على سبيل المثال، يقوم النظام بمسح مسارات طيران الطائرة وتحديثها باستمرار. يُنشئ منسق مسار الطيران الجديد مسارين مختلفين كخيارين للطائرة بدون طيار. المسار الأول هو الأوضح، بينما يحتوي المسار الثاني على متجهات غير معروفة. ومن ثم، يستخدم الحاسوب بيانات الإدخال الفوري لتعديل الأنماط بناءً على الموقف.

اختبار الملاحة عالية السرعة للطائرات بدون طيار في بيئات العالم الحقيقي

أجرى المهندسون عدة اختبارات لضمان عمل طائراتهم المسيرة عالية السرعة كما هو متوقع. وأجروا اختبارات طيران متعددة، حيث اضطرت الطائرة إلى التنقل في تضاريس معقدة. بالإضافة إلى ذلك، استخدم المهندسون ظروف إضاءة مختلفة، بما في ذلك الظلام الدامس، لمعرفة مدى تأثر أداء المستشعر.

من المثير للاهتمام أن الفريق اختار عدة مواقع لمرحلة الاختبار. تراوحت مواقع الاختبار بين داخل المكاتب وخارجها في الغابات الكثيفة. في أحد الاختبارات، أُرسل الجهاز لينطلق بسرعة فائقة عبر غابة ليلاً. ولإنجاز هذه المهمة، كان على الجهاز مسح العوائق وتسجيلها وتجاوزها آنيًا أثناء السير بسرعة عالية.

النتائج الرئيسية لتجارب الطائرات بدون طيار عالية السرعة

حققت الطائرة بدون طيار عالية السرعة رحلات ذاتية في عدة سيناريوهات. وتمكنت من تحقيق سرعات تزيد عن 20 مترًا في الثانية مع التنقل في بيئات معقدة في آن واحد. ورغم أن النظام لم يكن مثاليًا، إلا أنه سجّل انخفاضًا في معدلات فشل الطيران بمقدار 35 ضعفًا باستخدام الطريقة الجديدة. بالإضافة إلى ذلك، استغرق إعداد مسار الطيران نصف الوقت، وحلّق الجهاز أسرع من الطائرات بدون طيار التقليدية في سيناريوهات الاختبار نفسها.

فوائد تقنية الطائرات بدون طيار المتقدمة عالية السرعة

للطائرات المسيرة عالية السرعة، القادرة على التحليق ذاتيًا عبر الأجواء الكثيفة، فوائد عديدة. أولًا، يُمكن استخدامها في التطبيقات التي تُعدّ فيها خفة الحركة والملاحة الآمنة أمرًا بالغ الأهمية لنجاح المهام. تستطيع هذه الأجهزة اتخاذ قرارات سريعة تُمكّنها من تحديد أفضل طريقة لتفادي جسم مُقترب والبقاء على المسار الصحيح.

تبسيط برمجة الطائرات بدون طيار باستخدام الذكاء على متن الطائرة

لطالما كان تحديد مسار طيران آمن للطائرات المسيرة مشكلةً. ومع تزايد حركة الملاحة الجوية وتعقيد مساراتها، سيتطلب إنشاء مسارات طيران جهدًا أكبر. يمكن للأنظمة ذاتية التشغيل التي طُرحت في الدراسة أن تُسهم في تقليل هذه الأوقات، إذ ستكون الطائرة قادرة على تعديل مسارها عند الحاجة وفي الوقت الفعلي.

التطبيقات العملية والجدول الزمني للطائرات بدون طيار عالية السرعة

هناك قائمة طويلة من التطبيقات للمركبات الجوية المصغرة ذاتية القيادة والرشيقة. ستفتح هذه الأجهزة آفاقًا جديدة من الراحة والاستجابة. بدءًا من فرق الطوارئ التي تستخدم هذه الأجهزة للعثور على الناجين، ووصولًا إلى مواقع التجارة الإلكترونية التي تتولى توصيل طرودكم، هناك استخدامات عديدة لهذه الأجهزة المتطورة.

من الممكن استخدام تقنية الطائرات بدون طيار عالية السرعة هذه خلال العام المقبل أو أقل. تسعى العديد من الدول جاهدةً لتصبح لاعبًا عالميًا في سوق الطائرات بدون طيار. ومن المؤكد أن هذه التقنية ستُقابل بحفاوة بالغة، حيث يسعى المهندسون إلى جعل الطائرات بدون طيار أكثر ذكاءً ووعيًا. ومن المتوقع أن نرى تكاملًا عسكريًا خلال العامين المقبلين، مع طرح إصدارات تجارية في السوق خلال السنوات الخمس المقبلة.

الطائرات بدون طيار ذاتية التشغيل في مهام البحث والإنقاذ

من أهم استخدامات هذه المركبات ذاتية القيادة المساعدة في مهام البحث والإنقاذ. ستتمكن هذه الأجهزة من استكشاف حطام الكوارث تلقائيًا وتحديد مواقع الناجين. كما يمكنها طلب الإمدادات وغيرها من المساعدات الضرورية، والتي يمكن توصيلها أيضًا عبر طائرة بدون طيار إلى موقع الناجي ريثما يصل الإنقاذ. في نهاية المطاف، يمكن تطوير هذا المفهوم ليشمل طائرات بدون طيار قادرة على نقل الناجين إلى بر الأمان مباشرةً.

كيف يمكن للطائرات بدون طيار عالية السرعة أن تُحدث ثورة في مجال توصيل الطلبات عبر الطائرات بدون طيار

لطالما روّجت شركات مثل أمازون لفكرة التوصيل بالطائرات المسيّرة. إلا أن هذه الفكرة أثبتت أنها أصعب بكثير مما كان يُعتقد سابقًا. من شأن هذا التطور الأخير أن يُسهم في دفع هذه التقنية قدمًا، إذ ستتمكن هذه الطائرات من تعديل مسار طيرانها لتحسين أدائها. وبالتالي، قد يصبح التوصيل في اليوم التالي هو القاعدة.

استخدام الطائرات بدون طيار لمراقبة البنية التحتية

إن الحفاظ على الجسور والطرق وغيرها من البنى التحتية الحيوية في حالة جيدة يُعدّ مهمةً جسيمةً تتطلب إشرافًا مستمرًا. ويمكن أن يُسهم استخدام الطائرات المُسيّرة ذاتية التشغيل في تقليل القوى العاملة اللازمة، مع تحسين قدرات المُكلّفين بمراقبة هذه العناصر الأساسية. وفي المستقبل، ستُجري الطائرات المُسيّرة مسحًا للبنى التحتية الرئيسية وتُبلغ المُفتشين بالمخاطر المُحتملة قبل أن تُصبح مشكلةً حقيقية.

مراقبة البيئة باستخدام الطائرات بدون طيار ذاتية التحكم

من المجالات الأخرى التي يُمكن أن تُحدث فيها الطائرات المُسيّرة ذاتية القيادة فرقًا كبيرًا، مجال الرصد البيئي. يُمكن إعداد هذه الأنظمة لتشغيل المسارات تلقائيًا وتسجيل أي تغيرات في البيئة. يُوفر هذا النهج مستوى جديدًا من الوعي البيئي، وقد يُساعد العلماء أيضًا على مراقبة صحة الكوكب.

أسراب الطائرات بدون طيار للاستكشاف وجمع البيانات

يرى الكثيرون أن أسراب الطائرات بدون طيار ذاتية التشغيل من أفضل الطرق لاكتشاف ورسم خرائط مناطق جديدة. هذا النهج يُجنّب المستكشفين المخاطر، ويوفر بيانات آنية للباحثين لمراجعتها وتحديد أفضل مسار عمل تالي. وقد أثبتت الطائرات بدون طيار ذاتية التشغيل بالفعل أهميتها في مجال رسم الخرائط، حيث تُستخدم لتتبع المواقع التي يصعب الوصول إليها، مثل قاع المحيط.

باحثون في مجال الطائرات بدون طيار عالية السرعة

كان يونفان رين المؤلف الرئيسي لورقة بحثية حول الطائرات بدون طيار عالية السرعة. وقد حظي بدعم البروفيسور فو تشانغ وفريق باحثين من قسم الهندسة الميكانيكية بكلية الهندسة بجامعة هونغ كونغ.

أهداف التطوير المستقبلية للطائرات بدون طيار عالية السرعة

السباق جارٍ لتحسين مدى وسرعة وقوة معالجة مركبة SUPER. سيسعى الفريق الآن إلى تطويرها إلى أقصى حدّ ممكن، بهدف جعلها أخف وزنًا وأكثر مرونة، مع فترات طيران أطول، وقادرة على حمل حمولات أثقل. كما يسعى المهندسون إلى تصغير حجم المركبة الفضائية بشكل أكبر، مما يُمكّن من استخدامها في سيناريوهات أكثر.

الاستثمار في قطاع الطائرات بدون طيار

سوق الطائرات بدون طيار قطاع سريع النمو، ويواجه منافسة شرسة من جميع أنحاء العالم. والجدير بالذكر أن شركة DJI الصينية تستحوذ على حصة الأسد من سوق الطائرات بدون طيار. ومع ذلك، تتمتع العديد من الشركات بالقدرة على إحداث نقلة نوعية في هذا المجال بمنتجاتها ونماذج أعمالها الجديدة. إليكم شركة واحدة في وضع مثالي لتحقيق النجاح.

ehang 

Ehang (EH ) دخلت شركة "إمباور" مجال الطائرات بدون طيار عام ٢٠١٤ لجعل الطائرات بدون طيار لنقل الركاب حقيقة واقعة. ولا تزال الشركة تلعب دورًا محوريًا في تحويل الطائرات بدون طيار من مجرد أدوات إلى وسيلة نقل موثوقة. ولتحقيق ذلك، حققت الشركة العديد من الإنجازات، بما في ذلك إطلاق أول مركبة جوية ذاتية القيادة (AAV) في العالم تحمل أشخاصًا.

في عام ٢٠١٨، وقّعت شركة إيهانغ العديد من الشراكات واتفاقيات التطوير رفيعة المستوى. ومن الجدير بالذكر أن إحدى هذه الاتفاقيات تضمنت العمل مع مدينة ليون الفرنسية على بروتوكول للتاكسي الجوي. كما سعت شراكة أخرى مع مجموعة FACC النمساوية لتكنولوجيا الطيران والفضاء إلى تحسين قدرات طائرات الركاب المسيّرة وسلامتها.

تحافظ شركة إيهانغ على ريادتها في سوق الطائرات بدون طيار بفضل نموذج أعمالها الفريد ونهجها الصديق للبيئة في مجال الطيران الذاتي. وتستثمر الشركة باستمرار في التقنيات الجديدة والناشئة، وتعمل حاليًا بشكل مباشر على تحسين تقنية بطاريات الحالة الصلبة. كل هذه العوامل تجعل من إيهانغ منافسًا قويًا في سوق الطائرات بدون طيار التنافسي.

أحدث أخبار وتطورات سهم إيهانغ (EH)

لماذا تُقرّب الطائرات بدون طيار عالية السرعة تقنية أسراب الطيور من الواقع؟

قد تُحدث الطائرات المسيرة عالية السرعة نقلة نوعية في جميع المجالات. فقد أثبتت الطائرات المسيرة من منظور الشخص الأول أن طائرة صغيرة ودقيقة، محملة بالمتفجرات، قادرة على استهداف أهداف بملايين الدولارات. والآن، ستتمتع هذه الأجهزة بالقدرة على التنقل في بيئات معقدة لتحقيق أهدافها بأقل قدر من التخطيط. ونأمل أن يكون هدفها إسقاط مقلاة الهواء الجديدة، وليس إلقاء القنابل.

تعرف على مشاريع رائعة أخرى اضغط هنا.

الدراسات المشار إليها:

^{1. يونفان رن وآخرون., ملاحة عالية السرعة مضمونة السلامة للمركبات الجوية غير المأهولة.علوم. إنسان آلي.10,ايدو6187(2025).دوى:10.1126/scirobotics.ado6187}