طائرة من دون طيار... «أبدية» التحليق

تصميم عبقري لآلة «تمتص» طاقتها من كابلات الكهرباء

طائرة من دون طيار... «أبدية» التحليق
TT

طائرة من دون طيار... «أبدية» التحليق

طائرة من دون طيار... «أبدية» التحليق

طوّر مهندسون من جامعة جنوب الدنمارك تقنية بارعة، تمكّن طائرة من دون طيار من الطيران عملياً إلى الأبد، دون الحاجة إلى العودة إلى الأرض على الإطلاق.

آلية إرساء واستشعار

بفضل آلية الإرساء وأجهزة الاستشعار الخاصة بها ونظام الذكاء الاصطناعي، تستطيع الطائرة من دون طيار التعرف على خط الكهرباء في كل مرة تحتاج فيها إلى إعادة شحن بطارياتها، والاقتراب من كابلات الجهد العالي، والتشبث به من الأسفل، وامتصاص الكهرباء مثل نوع من أنواع الطائرات.

«مصاصة دماء» كهربائية

وأوضح فريق التطوير عبر البريد الإلكتروني: «ستكون الطائرات من دون طيار قادرة على العيش بشكل أساسي على الشبكة والعمل بشكل مستقل تماماً لفترات طويلة من الوقت دون الحاجة إلى التفاعل البشري».

نشأ مفهوم استخدام خطوط الكهرباء لشحن الطائرات من دون طيار في عام 2017، عندما كان عماد عبيد، الأستاذ بجامعة جنوب الدنمارك (SDU)، يستكشف تطبيقات الطائرات من دون طيار. ووجد أن فحص خطوط الكهرباء بواسطتها كان مجالاً مثيراً للاهتمام.

طائرات لفحص خطوط الكهرباء

وبحسب مطوري الطائرات من دون طيار، أشار عبيد إلى أن عملية التفتيش الحالية، التي تعتمد على طائرات الهليكوبتر والأفراد الأرضيين، كانت مكلفة وغير فعالة. لذا؛ فكّر الباحث في هذا النوع من الطائرات من دون طيار كبديل طبيعي لجهود الصيانة الباهظة الثمن.

كانت هناك مشكلة واحدة فقط: عمر بطارية الطائرات من دون طيار محدود للغاية - بحد أقصى 40 دقيقة، مع انخفاض عمر معظم النماذج الصناعية عند نحو 30 دقيقة من وقت التشغيل.

وكانت خطة عبيد تتطلب تواجد طاقم بشري بشكل دائم بالقرب من الطائرة من دون طيار؛ ما يتعارض مع غرض استخدام هذه الآلات الصغيرة المستقلة. لذا؛ ولتحقيق الاستقلالية الكاملة، كانت الطائرات من دون طيار في حاجة إلى الشحن بسهولة دون تدخل بشري. وتبيّن أن الإجابة الواضحة كانت أمام عبيد مباشرة: خطوط الكهرباء نفسها.

تصميم «عبقري»

إن ضمان قدرة الطائرة من دون طيار على العثور على خط الكهرباء والإمساك به وامتصاص الكهرباء منه بشكل آمن سيكون بمثابة مشكلة تصميم صعبة يجب حلها.

كانت القضية الأولى التي تناولها الباحثون هي كيفية جعل الطائرات من دون طيار تتفاعل مع خط الكهرباء. يوضح الباحثون: «بشكل افتراضي، ليس المقصود من الطائرات من دون طيار التفاعل (بدنياً) مع أي شيء آخر غير الهواء أثناء الطيران والأرض أثناء الهبوط... لذلك؛ عندما اختبرنا بعض المناورات المبكرة للاتصال بخط الكهرباء بالطائرة من دون طيار، كانت تتصرف أحياناً بطرق غير متوقعة».

أثناء الاختبارات، وقف طيار سلامة ماهر بجانبها الطائرة من دون طيار ليتمكن من السيطرة عليها؛ إذ قد يؤدي أي خطأ إلى أضرار جسيمة، وحتى حرائق غابات إذا اشتعلت النيران في الطائرة من دون طيار فوق الغابة.

وبعد الكثير من الاختبارات، قام العلماء ببرمجة الطائرة من دون طيار للاقتراب من خط الكهرباء من الأسفل؛ مما يقلل من خطر الاصطدام. ومن هناك، كان عليهم أن يتوصلوا إلى كيفية تأمين الطائرة من دون طيار بأمان إلى خط الكهرباء.

مقابض للإمساك

جهّز الباحثون الطائرة من دون طيار بمقابض، وهي في الأساس عبارة عن مشبك معزول يمسك خط الطاقة دون توصيل الكهرباء إلى الطائرة من دون طيار نفسها. لا تتطلب آلية الإمساك تشغيل المحركات. يتعرف برنامج الطائرة من دون طيار عندما يكون المقبض في المكان المناسب ويقوم بتنشيط آلية كهرومغناطيسية تلتصق ببعضها بعضاً؛ ما يؤدي إلى ربط النظام بشكل آمن.

يعد هذا التصميم من دون محرك مهماً؛ لأن المصممين لم يرغبوا في إضافة المزيد من الوزن أو نقاط فشل إضافية للنظام.

وعندما تمتلئ بطاريات الطائرة من دون طيار، تقطع الدائرة التيار، ويتوقف المغناطيس عن العمل، ويفتح المقبض لتحرير الطائرة من دون طيار للطيران مرة أخرى.

أقوى التحديات

وكان التحدي الأخير في التصميم هو كيفية استخدام كهرباء خط الكهرباء لشحن الطائرة من دون طيار دون تحويلها كرةً ناريةً من المعدن والبلاستيك. لا يمكن للطائرات من دون طيار أن تصعد ببساطة إلى خط الكهرباء وتسرق الكهرباء منه.

تحمل خطوط نقل الطاقة النموذجية في أي مكان من 1000 فولت إلى 800000 فولت. تحتاج الإلكترونيات الاستهلاكية، بما في ذلك الطائرات من دون طيار، إلى محولات مخصصة لتحويل الكهرباء فرق جهد كهربائياً يمكن لبطارياتها التعامل معه (نحو 9 فولت).

لم يكن حمل المحول خياراً متاحاً؛ إذ يمكن أن يصل وزن المحولات ذات الجهد العالي إلى مئات الأطنان. وبدلاً من ذلك، قرر الباحثون استخدام اقتران حثّي. فجميع خطوط الكهرباء ذات الجهد العالي تتسرب منها الطاقة على شكل مجال مغناطيسي حول الكابل.

ويوضح الفريق البحثي: «يتم الشحن بطريقة حثية، وبالتالي يعتمد فقط على التيار، وليس الجهد، لخط الطاقة. يؤدي هذا إلى توليد تيار في مجمع الطاقة الخاص بالطائرة من دون طيار، وهو ملف معدني يعمل إلى حد كبير مثل الشاحن اللاسلكي لهاتفك. ثم يتم استخدام التيار لشحن بطارية الطائرة من دون طيار. اعتماداً على جهد الكابل، ستحتاج الطائرة من دون طيار التي يبلغ وزنها 9.4 رطل إلى قضاء ما بين 30 دقيقة إلى ست ساعات على خط الكهرباء.

اختبارات وتجارب

وأخيراً، وُضعت الطائرة من دون طيار في حيز العمل بعد سبع سنوات من التطوير. ونجح الباحثون في تحقيق كل شيء. وعندما تكتشف الطائرة من دون طيار أن بطاريتها التي تبلغ سعة شحنتها 7000 ملي أمبير - ساعة تقترب من أدنى مستوى لها، فإنها تنتقل إلى وضع «البحث والالتقاط». إذ تنشط الكاميرة فيها، وتحدد أقرب خط كهرباء، وتناور تحت الكابل وتصعد ببطء. يتم تعشيق دليل الكابل ويبدأ في التحرك لإجراء اتصال. عندما يتصل الدليل بالكابل، فإنه يوجّه الطائرة من دون طيار لأعلى بطريقة تجعل المقبض المفتوح يتماشى تماماً مع كابل خط الطاقة.

أثناء صعوده، يُغلق المقبض مع إغلاق جانبي المشبك فوق كابل التوتر العالي. بعد التوصيل بخط الطاقة، يتم تنشيط دائرة التحكم المغناطيسية لإغلاق المشبك بأمان. عند هذه النقطة يبدأ «مصاص الدماء الكهربائي» لدينا في امتصاص الطاقة باستخدام الشاحن الاستقرائي الذي اخترعه.

أجرى الفريق اختبارات للنظام في مطار HCA في الدنمارك، دلّت على أن النظام يعمل وفعال. أجرت الطائرة من دون طيار خمس جلسات إعادة شحن دون أي تدخل بشري؛ ما سمح لها بالتحليق لمدة ساعتين دون انقطاع، وهي قفزة كبيرة من فترة الـ30 دقيقة التقليدية النموذجية.

ومن الناحية النظرية، ستكون الطائرة من دون طيار قادرة على الطيران إلى أجل غير مسمى. والخطوة التالية، بحسب الفريق الهندسي، ستكون تحسين النظام ومتانته لاختباره في الظروف الجوية السيئة.

يقول الفريق: «سيكون من الصعب مقاومة النظام للعوامل الجوية وجعله مقاوماً للجهد العالي جداً». لكي تعمل الطائرة من دون طيار حقاً على الشبكة، يجب أن تكون متينة وموثوقة للغاية؛ لأنها لا يمكن أن تشكّل خطراً على السلامة العامة. يجب أيضاً اتخاذ التدابير اللازمة لتجنب التشويش والاختطاف.

سلامة الطائرات

وأوضح الباحثون أن الخطوات التالية ستتضمن الكثير من الأعمال الهندسية والاختبارات للتحقق من وظائف النظام وسلامته. فرصة كبيرة قبل أن نرى طائرات مصاصي الدماء تحلّق في السماء، يجب حل مسائل أخرى، مثل من سيدفع ثمن الطاقة التي يتم امتصاصها من الخطوط.

ويعتقد الباحثون أن شركات المرافق ستستخدم في نهاية المطاف هذا النوع من الطائرات من دون طيار لخفض التكاليف الضخمة لمراقبة وصيانة خطوط الكهرباء.

على الرغم من أن الطائرة من دون طيار ستظل مشروعاً بحثياً ومشروعاً تجارياً، فليس من الصعب أن نرى كيف يمكن لعشاق الطائرات من دون طيار العادي أو أي صناعة في المستقبل تجهيز طائراتهم من دون طيار بها.

ويقول الفريق: «هناك ما يقرب من 25 مليون ميل من خطوط الكهرباء في جميع أنحاء العالم، وهو ما يكفي للدوران حول كوكب الأرض 1000 مرة، معظمها من التيار المتناوب». ويمكن لأي نوع من الطائرات من دون طيار استخدام كل هذه الخطوط لإعادة الشحن؛ ما يوفر جميع أنواع الشبكات التي تعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع التي يمكنها تغيير الطريقة التي تراقب بها الصناعات بأكملها عملياتها، وتنظّمها وتحسّنها. وهذا يعني توفير الأموال وإنقاذ الأرواح في كثير من الحالات، مثل عمليات الطوارئ. وكما يقول المخترعون، فإن التطبيقات والفوائد التي يمكن استخلاصها من هذه التكنولوجيا «شاسعة مثل شبكة خطوط الطاقة العالمية نفسها».

* مجلة «فاست كومباني» - خدمات «تريبيون ميديا»


مقالات ذات صلة

إردوغان: تركيا وإسبانيا تعملان على إنتاج مشترك لسفينة عسكرية برمائية جديدة

أوروبا رئيس الوزراء الإسباني بيدرو سانشيز والرئيس التركي رجب طيب إردوغان يحضران مؤتمراً صحافياً في مدريد 13 يونيو 2024 (رويترز)

إردوغان: تركيا وإسبانيا تعملان على إنتاج مشترك لسفينة عسكرية برمائية جديدة

قال الرئيس التركي رجب طيب إردوغان، الخميس، إن تركيا وإسبانيا بدأتا العمل على إنتاج مشترك لسفينة عسكرية برمائية جديدة.

«الشرق الأوسط» (مدريد)
المشرق العربي على الرغم من حجمها الصغير تُسبب الطائرة الانتحارية دماراً واسعاً وتقتل مدنيين وعسكريين (الشرق الأوسط)

خطر المسيّرات الانتحارية شمال سوريا يهدد بنزوح المزارعين

تفرض المسيّرات الانتحارية في شمال غربي سوريا خياراً صعباً على المدنيين المزارعين تحديداً، إما النزوح للحفاظ على أرواحهم وإما البقاء تحت خطر القصف.

شؤون إقليمية تصاعد الدخان جراء الغارات الإسرائيلية على جنوب لبنان (رويترز)

الجيش الإسرائيلي يعترض طائرتين مسيّرتين انطلقتا من لبنان

أعلن الجيش الإسرائيلي، اليوم (الأربعاء)، اعتراض منظومة القبة الحديدية للدفاع الجوي طائرتين مسيّرتين انطلقتا من لبنان.

«الشرق الأوسط» (تل أبيب)
المشرق العربي مقاتلات إسرائيلية تحلق على علو منخفض شمال إسرائيل (إ.ب.أ)

إسرائيل تدخل المسيرات المفخخة إلى معركة جنوب لبنان

أعلن الجيش الإسرائيلي، الثلاثاء، عن تنفيذ عملية اغتيال جديدة لمسؤول في «حزب الله» يتولى قيادة وحدة صاروخية في منطقة ساحل جنوب لبنان.

«الشرق الأوسط» (بيروت)
أوروبا صورة نشرها حاكم بيلغورود لعمال إنقاذ يفحصون حطام مبنى سكني دمره هجوم أوكراني في بلغورود أمس (إ.ب.أ)

روسيا: إسقاط 16 صاروخاً و31 مُسيرة أطلقتها أوكرانيا

قالت وزارة الدفاع الروسية اليوم الاثنين إن أنظمة الدفاع الجوي دمرت 16 صاروخاً و31 طائرة مُسيرة أطلقتها أوكرانيا على الأراضي الروسية أثناء الليل.

«الشرق الأوسط» (موسكو)

قاعدة بيانات مطورة لأدوات الذكاء الاصطناعي لأبحاث العلوم الاجتماعية

قاعدة بيانات مطورة لأدوات الذكاء الاصطناعي لأبحاث العلوم الاجتماعية
TT

قاعدة بيانات مطورة لأدوات الذكاء الاصطناعي لأبحاث العلوم الاجتماعية

قاعدة بيانات مطورة لأدوات الذكاء الاصطناعي لأبحاث العلوم الاجتماعية

يمكن لأدوات الذكاء الاصطناعي تلخيص نتائج الأبحاث بسرعة وبطريقة سهلة للقارئ، من خلال المساعدة في كتابة المُدونات وإنشاء الرسوم البيانية وإنتاج شرائح العرض التقديمي وحتى الصور.

غالباً ما يُستخدم الذكاء الاصطناعي بوصفه وسيلة لتلخيص البيانات، وتحسين الكتابة، لكن أدوات الذكاء الاصطناعي تُمثل أيضاً طريقة قوية وفعالة لتحليل كميات كبيرة من النص للبحث عن الأنماط. وإضافة إلى ذلك، يمكن لأدوات الذكاء الاصطناعي أن تساعد في تطوير النتاجات العلمية التي يمكن التشارك بها على نطاق واسع.

قاعدة بيانات للذكاء الاصطناعي

ومن هذا المنطلق، قمنا، بوصفنا باحثين في العلوم الاجتماعية(*)، بتطوير قاعدة بيانات جديدة لأدوات الذكاء الاصطناعي في هذا المجال. وفي هذه القاعدة قمنا بتجميع معلومات حول كل أداة، وتوثيق ما إذا كانت مفيدة لمراجعة الأدبيات، أو جمع البيانات وتحليلها، أو نشر الأبحاث. وقدمنا ​​أيضاً معلومات حول التكاليف وعمليات تسجيل الدخول وملحقات المكونات الإضافية المتاحة لكل أداة.

لعلماء النفس والاجتماع والاتصالات

عندما سُئل العديد من علماء الاجتماع عن تصوراتهم للذكاء الاصطناعي، أعربوا عن الحذر أو التخوف. وفي عينة من أعضاء هيئة التدريس والطلاب من أكثر من 600 مؤسسة، أفاد 22 في المائة فقط من أعضاء هيئة التدريس بالجامعة بأنهم يستخدمون أدوات الذكاء الاصطناعي بانتظام.

ولذلك، ولأن عمل هذه الأدوات، بدءاً من تمشيط النصوص المطولة أو البيانات المستندة إلى النصوص، وصولاً إلى كتابة مراجعات الأدبيات ومشاركة النتائج، فإننا نعتقد أن الذكاء الاصطناعي يمكن أن يساعد الباحثين في العلوم الاجتماعية - مثل الباحثين في علم النفس وعلم الاجتماع والاتصالات - إضافة إلى الآخرين في تحقيق أقصى استفادة من بياناتهم، وتقديمها إلى جمهور أوسع.

تحليل النص بالذكاء الاصطناعي

غالباً ما يتضمن البحث النوعي التدقيق في النصوص أو اللغة المكتوبة لتحديد الموضوعات والأنماط. وفي حين أن هذا النوع من الأبحاث قوي، إلا أنه يتطلب أيضاً عمالة كثيفة.

إن قوة منصات الذكاء الاصطناعي في التدقيق بمجموعات البيانات الكبيرة لا توفر وقت الباحثين فقط، بل يمكن أن تساعدهم أيضاً في تحليل البيانات التي لم يكن من الممكن تحليلها مسبقاً بسبب حجم مجموعة البيانات.

وعلى وجه التحديد، يمكن للذكاء الاصطناعي أن يساعد علماء الاجتماع من خلال تحديد الموضوعات المحتملة أو الموضوعات المشتركة في البيانات النصية الكبيرة التي يمكن للعلماء استجوابها باستخدام أساليب البحث النوعي.

وعلى سبيل المثال، يمكن للذكاء الاصطناعي تحليل 15 مليون منشور على وسائل التواصل الاجتماعي لتحديد الموضوعات المتعلقة بكيفية تعامل الأشخاص مع «كوفيد-19».

صياغة أسئلة الدراسات الاستقصائية

يمكن لهذه الموضوعات بعد ذلك أن تمنح الباحثين نظرة ثاقبة للاتجاهات الأكبر في البيانات، ما يسمح لنا بتحسين المعايير لإجراء تحليل نوعي أكثر تعمقاً. ويمكن أيضاً استخدام أدوات الذكاء الاصطناعي لتكييف اللغة، واختيار العلماء للكلمات في تصميمات البحث.

وعلى وجه الخصوص، يمكن للذكاء الاصطناعي أن يقلل من التحيز من خلال تحسين صياغة الأسئلة في الدراسات الاستقصائية، أو تحسين الكلمات الرئيسية المستخدمة في جمع بيانات وسائل التواصل الاجتماعي.

تحديد الفجوات

وفي المعرفة، هناك مهمة رئيسية أخرى في البحث، وهي مسح مجال ما بحثاً عن الأعمال السابقة لتحديد الفجوات في المعرفة.

وتعتمد تطبيقات الذكاء الاصطناعي على أنظمة يمكنها تركيب النص، وهذا يجعل مراجعات الأدبيات - قسم الورقة البحثية الذي يلخص أبحاثاً أخرى حول الموضوع نفسه - وعمليات الكتابة أكثر كفاءة. كما تظهر الأبحاث أن ردود الفعل البشرية على الذكاء الاصطناعي، مثل تقديم أمثلة للمنطق البسيط، يمكن أن تحسن بشكل كبير قدرة الأدوات على أداء التفكير المعقد.

الحذر من المصادر المزيفة

ومع أخذ ذلك في الاعتبار، يمكننا مراجعة تعليماتنا للذكاء الاصطناعي باستمرار، وتحسين قدرته على استخلاص الأدبيات ذات الصلة. ومع ذلك، يجب على علماء الاجتماع أن يكونوا حذرين من المصادر المزيفة، وهو ما يُشكل مصدر قلق كبيراً فيما يتعلق بالذكاء الاصطناعي التوليدي.

ومن الضروري التحقق من أي مصادر توفرها أدوات الذكاء الاصطناعي، للتأكد من أنها تأتي من المجلات الرصينة التي يراجعها النظراء من العلماء.

التشارك بنتائج الأبحاث

يمكن لأدوات الذكاء الاصطناعي تلخيص نتائج الأبحاث بسرعة وبطريقة سهلة للقارئ من خلال المساعدة في كتابة المدونات وإنشاء الرسوم البيانية وإنتاج شرائح العرض التقديمي وحتى الصور.

تحتوي قاعدة بياناتنا على أدوات الذكاء الاصطناعي التي يمكنها أيضاً مساعدة العلماء في عرض نتائجهم على وسائل التواصل الاجتماعي. وإحدى الأدوات التي تستحق تسليط الضوء عليها هي «بلوغ تويت» (BlogTweet). تتيح أداة الذكاء الاصطناعي المجانية هذه للمستخدمين نسخ ولصق النص من مقال مثل هذا لإنشاء سلاسل تغريدات وبدء المحادثات.

راقب تكلفة أدوات الذكاء الاصطناعي

ثلثا الأدوات الموجودة في قاعدة البيانات تكلف أموالاً. في حين كان هدفنا الأساسي هو تحديد الأدوات الأكثر فائدة لعلماء الاجتماع، فقد سعينا أيضاً إلى تحديد الأدوات مفتوحة المصدر، وقمنا بتنظيم قائمة تضم 85 أداة مجانية، يُمكنها دعم جهود مراجعة الأدبيات والكتابة وجمع البيانات والتحليل والتصور.

وفي تحليلنا لتكلفة أدوات الذكاء الاصطناعي، وجدنا أيضاً أن العديد منها يوفر وصولاً «مجانياً» إلى الأدوات، وهذا يعني أنه يمكنك استكشاف نسخة مجانية من المنتج. وتتوافر إصدارات أكثر تقدماً من بعض الأدوات من خلال شراء الرموز المميزة أو خطط الاشتراك.

وبالنسبة لبعض الأدوات، يمكن أن تكون التكاليف مخفية إلى حد ما، أو غير متوقعة. على سبيل المثال، قد تكون للأداة، التي تبدو مفتوحة المصدر ظاهرياً، حدود للمعدل، وقد يجد المستخدمون أن عدد الأسئلة المجانية التي يمكنهم طرحها على الذكاء الاصطناعي، محدود.

مستقبل قاعدة البيانات

منذ إصدار قاعدة بيانات تطبيقات الذكاء الاصطناعي لأبحاث العلوم الاجتماعية Artificial Intelligence Applications for Social Science Research Database، في 5 أكتوبر (تشرين الأول) 2023، تم تنزيلها أكثر من 400 مرة في 49 دولة.

وجدنا في قاعدة البيانات 131 أداة للذكاء الاصطناعي مفيدة لمراجعة الأدبيات أو الملخصات أو الكتابة. وهناك ما يصل إلى 146 أداة من أدوات الذكاء الاصطناعي مفيدة لجمع البيانات أو تحليلها، و108 أدوات مفيدة لنشر الأبحاث.

إننا نواصل تحديث قاعدة البيانات، ونأمل أن تساعد المجتمعات الأكاديمية في استكشاف الذكاء الاصطناعي وإنشاء محادثات جديدة. وكلما زاد استخدام علماء الاجتماع لقاعدة البيانات، تمكنوا من العمل نحو التوصل إلى توافق في الآراء حول اعتماد الأساليب الأخلاقية لاستخدام الذكاء الاصطناعي في البحث والتحليل.

(*) ميغان ستابس-ريتشاردسون أستاذة أبحاث مساعدة في مركز أبحاث العلوم الاجتماعية بجامعة «ولاية ميسيسيبي». ديفون برينر أستاذ التربية، ولورين إثيريدج باحثة مشاركة في علم الاجتماع في الجامعة. مجلة «فاست كومباني»، خدمات «تريبيون ميديا».

راجع قاعدة بيانات تطبيقات الذكاء الاصطناعي لأبحاث العلوم الاجتماعية على الرابط الالكتروني:

https://scholarsjunction.msstate.edu/ssrc-publications/6/

حقائق

400 مرة في 49 دولة

تم تنزيل «قاعدة بيانات تطبيقات الذكاء الاصطناعي لأبحاث العلوم الاجتماعية» منذ طرحها في أكتوبر (تشرين الأول) 2023

حقائق

15 مليوناً

منشور على وسائل التواصل الاجتماعي يمكن للذكاء الاصطناعي تحليلها لتحديد الموضوعات المتعلقة بكيفية تعامل الأشخاص مع «كوفيد-19»