أسراب الطائرات المسيّرة السباقية المستقلة قادرة على اجتياز الغابات بسرعة 40 كم/ساعة
يبدو أنه من المحتوم أن تتفوق قدرات الطائرات المسيّرة المستقلة عاجلاً أم آجلاً حتى على أفضل الطيارين البشر. عادةً ما تحدث الأمور التي تبدو محتومة في الروبوتات لاحقاً لا مبكراً، إلا أن تقنية الطائرات المسيّرة تبدو استثناءً.
خلال السنوات القليلة الماضية، شهدنا تقدماً مذهلاً حتى فيما يخص الاستقلالية المعقدة، وإيصالها إلى أيدي المستهلكين بسعر معقول. وتتصدر الآن أبحاث الطائرات المسيّرة تلك الطائرات المزودة بأجهزة استشعار وحوسبة مدمجة بسيطة نسبياً، في المواقف التي تتطلب مناورات سريعة وعدوانية للغاية.
في مقال نُشر في Science Robotics، قدّم مهندسون من مجموعة الروبوتات والإدراك التابعة لدافيد سكاراموتزا في جامعة زيورخ (UZH) مع شركائهم من إنتل طائرة مسيّرة مستقلة صغيرة قادرة على الطيران بعدوانية في ظروف معقدة بسرعة تصل إلى 40 كم/ساعة.
«الرباعيات المروحية شديدة المناورة. فعلى عكس معظم الآلات الأخرى، يمكنها التحرك في ظروف بالغة التعقيد وبسرعات عالية. حتى الآن، لم يتمكن سوى الطيارين البشر المحترفين من الاستفادة الكاملة من إمكاناتها. فالتشغيل المستقل باستخدام أجهزة استشعار وحوسبة مدمجة يقتصر على السرعات المنخفضة. وتعمد الأساليب الحديثة عادةً إلى تقسيم مشكلة الملاحة إلى مهام فرعية: الاستشعار ورسم الخرائط والتخطيط. ورغم نجاح هذا النهج بدرجة كبيرة عند السرعات المنخفضة، فإن هذا الفصل الذي يقوم عليه قد يكون إشكالياً للملاحة عالية السرعة في بيئة مزدحمة»، جاء في الورقة البحثية.
تكمن الحيلة هنا في أن الطائرة المسيّرة تربط مباشرة بين مدخلات مستشعر الكاميرا المجسمة Intel RealSense 435 والمسارات الخالية من الاصطدام. يتضمن تجنب العوائق التقليدي جمع بيانات المستشعرات، ثم إنشاء خريطة استناداً إلى تلك البيانات، ثم وضع خطة استناداً إلى هذه الخريطة. ويعمل هذا النهج بشكل ممتاز إذا لم تكن معنياً بإنجاز كل شيء بسرعة، لكنه بالنسبة لطائرة مسيّرة محدودة الموارد المدمجة وتتحرك بسرعة عالية، يستغرق وقتاً طويلاً جداً.
يتمثل نهج جامعة زيورخ في الانتقال مباشرة من مدخلات المستشعر إلى إخراج المسار بدلاً من ذلك، وهو أسرع بكثير ويتيح زيادة سرعة الطائرة المسيّرة بشكل ملحوظ. وقد دُرّبت الشبكة الالتفافية التي تنفّذ هذا الربط بين المستشعر والمسار بالكامل على المحاكاة، وهو خيار أرخص وأبسط، وإن كان أقل إثارة من السماح للطائرات الحقيقية بالاصطدام بالعوائق مراراً وتكراراً حتى تكتشف الأمر بنفسها.
الطيار «الخبير» المحاكى للطائرة المسيّرة، الذي يملك سحابة نقاط ثلاثية الأبعاد وتقديراً مثالياً للحالة وحوسبة غير مقيدة بمتطلبات الزمن الحقيقي، يدرّب سياسته الشاملة الخاصة به، وهو أمر غير قابل للتحقيق في الحياة الواقعية بطبيعة الحال. لكن النظام المحاكى الذي سيعمل بالقيود الحقيقية يُدرَّب ببساطة داخل المحاكاة ليطابق الخبير بأكبر قدر ممكن من الدقة. وهكذا تتحقق كفاءة بمستوى الخبير بطريقة يمكن استبعادها من المحاكاة ونقلها إلى الطائرة المسيّرة الحقيقية دون أي تكييف أو تعديل.
الجزء المهم الآخر هو الانتقال من المحاكاة إلى الواقع، وقد يكون ذلك إشكالياً لأن المحاكاة لا تحاكي دائماً كل ما يحدث في العالم بدقة، مما قد يُفسد عمل الروبوت. لكن هذا الأسلوب أثبت متانة كبيرة أمام تشوش الصورة وضوضاء المستشعر وأجزاء أخرى من الإدراك. وقد تحركت الطائرة المسيّرة بنجاح في ظروف حقيقية، شملت مناطق مغطاة بالثلوج، وسكك قطارات خرجت عن مسارها، وأطلالاً، ونباتات كثيفة، ومباني منهارة.
«بينما يحتاج البشر إلى سنوات من التدريب، يستطيع الذكاء الاصطناعي، باستخدام محاكيات عالية الأداء، بلوغ قدرات ملاحية مماثلة بسرعة أكبر بكثير، وفي معظم الأحيان بين عشية وضحاها»
وهذا لا يعني أن الأداء هنا بلا عيوب، إذ لا يزال النظام يواجه صعوبات في ظروف الإضاءة المنخفضة جداً (لأن الكاميرات ببساطة لا ترى)، وكذلك في مشكلات رؤية مشابهة مثل الغبار والضباب والوهج والشفافية أو القدرة العاكسة للسطح. كما لم يشمل التدريب العوائق الديناميكية، رغم أن الباحثين يرون أن تحرك الأجسام لا ينبغي أن يشكل مشكلة حتى الآن، إذا كانت سرعتها النسبية للطائرة المسيّرة ضئيلة.
يمكن التخفيف من كثير من هذه المشكلات محتملاً باستخدام كاميرات الأحداث بدلاً من الكاميرات التقليدية، إذ ستكون المستشعرات الأسرع، خاصة تلك المضبوطة على رصد الحركة، مثالية للطائرات المسيّرة عالية السرعة. وذكر الباحثون أن نظامهم (حتى الآن) لا يتفوق في الأداء على الطيارين البشر المحترفين في هذه الظروف المعقدة.
يُظهر تحليل عملهم أن البشر يمتلكون فهماً واسعاً ومفصلاً جداً لمحيطهم، ويستطيعون التخطيط لمهام وتنفيذها تمتد إلى مستقبل بعيد (أما نهج الطائرة المسيّرة فيشمل ثانية واحدة فقط في المستقبل). وما زالت هاتان القدرتان غائبتين عن الأنظمة المستقلة الحديثة. ويرى العلماء أن عملهم خطوة نحو طيران مستقل أسرع، وهو ممكن عبر التنبؤ المباشر بمسارات خالية من الاصطدام استناداً إلى مدخلات حسية متعددة الأبعاد (وصاخبة).
ومع ذلك، فهذه إحدى الأشياء التي من المرجح أن تظهر قريباً، أي تمكين الطائرة المسيّرة من التعلم والتحسن بناءً على التجربة الحقيقية. وبالاقتران مع أجهزة استشعار أقوى وقدرة حاسوبية تتزايد باستمرار، فإن توسيع نطاق الطيران حتى 40 كم/ساعة في الظروف المعقدة يبدو ليس ممكناً فحسب، بل محتوماً أيضاً.
