معهد جنوب غرب للأبحاث يثبت نجاح استقلالية المسيّرات في محطة للطاقة النووية
ابتكر معهد جنوب غرب للأبحاث (SwRI) مسيّرة مزودة بنظام تحديد الموقع ورسم الخرائط في آن واحد (SLAM)، وهي قادرة على العمل بشكل مستقل تماماً دون أي معرفة مسبقة بالبيئة المحيطة.
اختبر معهد SwRI قدرات المسيّرة المستقلة خلال مسابقة الروبوتات الأوروبية EnRicH 2021. وخلال المسابقة، كُلفت المسيّرة بالدخول إلى محطة زفينتندورف للطاقة النووية (النمسا) والعثور على مصادر الإشعاع دون مساعدة من طيار بشري.
طور الفريق مسيّرة تستخدم خوارزميات جديدة ورؤية حاسوبية لاستكشاف البيئات المجهولة ورسم خرائط لها. وتُزوَّد المسيّرة بجهاز استشعار LiDAR وكاميرا الزمن الحقيقي للرحلة (TOF) وكواشف إشعاع. وخلال الاختبار، استخدم الفريق معالجات على متن المسيّرة ومعالجات أرضية لتنفيذ SLAM والاستكشاف واتخاذ القرارات والطيار الآلي وتحليل الرؤية الحاسوبية والاستشعار ومهام أخرى.
«عرضنا مسيّرتنا البحثية التي تتيح للنظام رسم خرائط للمساحات الجديدة والتنقل فيها دون مساعدة من مشغل بشري، وقد أثبتت كفاءتها رغم الظروف الصعبة. وقد أثبتت المسيّرة البحثية كفاءتها في البيئات الاصطناعية والطبيعية على حد سواء، مثل الكهوف»
تمكنت المركبة الجوية غير المأهولة التابعة لمعهد SwRI من اكتشاف مصدرين لمادة الكوبالت-60، وهو نظير مشع أُخفي في أماكن مختلفة ضمن المهمة. ولم تكن لدى المشاركين معلومات مسبقة عن الهدف أو عن تحديات الاستطلاع التي وضعتها لجنة التحكيم.
تقع محطة زفينتندورف للطاقة النووية على بعد نحو 32 كم شمال غرب فيينا. وهي المحطة النووية الوحيدة في العالم التي اكتمل بناؤها لكنها لم تُشغَّل قط. بُنيت عام 1978 وحُمِّلت بالوقود، لكن النمسا قررت لاحقاً عدم الثقة في الطاقة النووية، فأُوقف المشروع.
«أظهرت المسيّرة مرونة عالية، إذ عملت ببراعة في بيئات لم تُعرف من قبل. وأثبتت قدرتها على التكيف والتعلم وتنفيذ المهام في الزمن الحقيقي، وهو أمر بالغ الأهمية في سيناريوهات البحث والإنقاذ والمواقف الخطرة الحساسة للوقت»
على عكس تقنيات رسم الخرائط الأخرى التي تتطلب من الروبوت التحرك حول المنطقة لرسمها، تستطيع مسيّرة SwRI عرض الطبوغرافيا المكانية للهياكل الداخلية والمساحات المفتوحة في الزمن الحقيقي، أثناء استكشافها للمنطقة بشكل مستقل.
«تتطلب المسيّرات والروبوتات الأرضية الحديثة عادة جهداً كبيراً من المشغل البشري. ويمكن للاستقلالية التي عرضناها أن تخفف العبء على المشغلين بشكل كبير، إذ تتيح للأنظمة الروبوتية العمل بشكل مستقل والاعتماد على نفسها»
وبحسب قوله، طور المهندسون حزمة برمجية كاملة الاستقلالية يمكن استخدامها مع أجهزة استشعار ومنصات طائرات بدون طيار مختلفة لتنفيذ مهام بالغة الأهمية.
يمكن استخدام مسيّرة SwRI في أداء الأعمال الخطرة على الإنسان، مثل المساعدة في عمليات البحث والإنقاذ الخطرة، وكذلك في تفتيش المنشآت الخطرة في المصانع أو البنى التحتية بعد الكوارث الطبيعية.
تستخدم التقنية الخوارزميات وأدوات النمذجة لعرض الطبوغرافيا المكانية للهياكل الداخلية والمساحات المفتوحة في الزمن الحقيقي. وبدمج البيانات القادمة من أجهزة الاستشعار البصرية الحاسوبية، تقوم التقنية بإعداد مسارات الطيران أثناء استكشاف أماكن جديدة. كما تتوفر طرق إدراك للكشف عن الأشخاص والمركبات والأجسام الأخرى بالاعتماد على الشبكات العصبية الالتفافية (CNN).
في معرض EnRicH 2021، حصل معهد SwRI على جائزة رسم الخرائط بالمسيّرات. وشارك المعهد في اثنتين من الفعاليات الثلاث: البحثية وفعالية البحث والإنقاذ. والهدف من الفعالية منح المطورين فرصة اختبار تقنياتهم في بيئات حقيقية.
استُخدمت حزمة الاستقلالية التابعة لمعهد SwRI في كل شيء، من المركبات الأرضية التجارية والعسكرية المتصلة وذاتية القيادة، إلى المسيّرات الآلية ومعدات الزراعة الذكية. وهي تعتمد على أدوات مفتوحة المصدر، مثل نظام تشغيل الروبوتات (ROS)، وخوارزميات تعلم آلي خاصة بالمعهد، والذكاء الاصطناعي.
لا يُعد معهد SwRI الجهة الوحيدة التي تطور مثل هذه التقنيات. ففي أبريل 2021، أعلنت شركة Exyn Technologies أنها بلغت مستوى الاستقلالية 4A، ما يعني قدرتها على الطيران بحرية في المساحات المعقدة. ولا يتطلب هذا المستوى وجود مشغل بشري يمكنه السيطرة على النظام في أي وقت.
أصبحت مسيّرات Exyn قادرة الآن على استكشاف المساحات المعقدة في طيران حر مع تحديد كامل لمسار الرحلة، وتتحرك بسرعة تصل إلى مترين أو أكثر في الثانية. إضافة إلى ذلك، تُنفَّذ على متن المسيّرة عمليات تجنب العوائق وتتبع المسار. ولا حاجة لربط المسيّرة بموارد حوسبة إضافية. وفي الوقت نفسه، يمكن للجهاز الحصول على بيانات بجودة أعلى وبكميات كبيرة. وفي الظروف المثالية، يمكن لمسيّرات Exyn تغطية 16 مليون متر مكعب في رحلة واحدة، أي ما يعادل تسعة ملاعب كرة قدم.
يُعد معهد SwRI رائداً في مجال العلوم والهندسة، من أعماق البحار إلى الفضاء السحيق. وتطور الشركة حلولاً هندسية متعددة التخصصات تفيد العملاء الحكوميين والتجاريين في جميع أنحاء العالم.
