طائرات «ميكرو درون» بحمولات تفوق أوزانها 40 مرة

تصمَّم على شكل دبور بأشواك للإمساك بالمواد المشحونة

طائرات «ميكرو درون» بحمولات تفوق أوزانها 40 مرة
TT

طائرات «ميكرو درون» بحمولات تفوق أوزانها 40 مرة

طائرات «ميكرو درون» بحمولات تفوق أوزانها 40 مرة

الطائرات الميكروية ذاتية القيادة (الميكرو - درون Micro – drones) هي عبارة عن أدوات صغيرة سريعة وذكية. ولأنّها ليست من أقوى الآلات المتوفرة فإنها بالكاد تستطيع حمل فأر صغير محدود التأثير. ولكنّ علماء من جامعة ستانفورد الأميركية ومدرسة لوزان الاتحادية للفنون التطبيقية في سويسرا طوّروا، حديثاً، طائرات ميكرو - درون مصمَّمة مع رافعات مدمجة قادرة على رفع حمولة أثقل من وزن هذه الطائرة بأربعين مرّة، وعلى أداء مهام بسيطة كفتح باب المنزل.

«دبّور» طائر
اعتمد هذا التصميم على مكوّن أساسي هو استخدام مواد لاصقة قابلة للتبديل تثبّت بقاعدة الدرون: أشواك صغيرة للإمساك بإحكام بالمواد الصلبة كالجصّ والسجاد والحصى، إلى جانب مادّة السيليكون المخدّدة (المستوحاة من قدم زواحف البرص) للالتصاق بالزجاج بإحكام. تتثبّت الأشواك الصغيرة ومادة السيليكون المخدّدة بالأسطح باتجاه واحد فقط، ما يعني أنّها يمكن أن تفلت بسهولة. ولكنّ استخدام هذه المواد بالشكل الصحيح يمكّن طائرات ميكرو - درون من حمل وزن يصل إلى أربعة كيلوغرامات.
وقد استوحى الخبراء تصميم الدرون من حشرة الدبور. ويكشف ماثيو استرادا، الباحث في مختبر المحاكاة الحيوية والتلاعب الذكي في جامعة ستانفورد، وأحد الباحثين المشاركين في الدراسة، أن تصميم الميكرو - درون مستوحى من الطبيعية. ورأى فريق البحث أن تلك الحشرات الطائرة الصغيرة هي النظير الأقرب لطائرات الميكرو - درون، ودرس الباحثون كيف تستطيع الدبور تحديداً تحريك فريسة أثقل منها بكثير.
خلال مقابلة مع موقع «ذا فيرج»، قال استرادا: «غالباً ما تسعى حشرة الدبور إلى التقاط فريسة كبيرة ونقلها إلى مخبئها. ولكنّ في حال كانت هذه الحشرات تفتقر إلى القوة العضلية اللازمة للطيران بحمولتها، فإنها ستضطر إلى سحبها عن الأرض بعد إمساكها بإحكام بمخالبها ثمّ تحريكها رويداً رويداً». لهذا السبب، عمل الفريق على تجهيز طائرات ميكرو - درون أطلق عليها اسم «فلاي كرو تاغز FlyCroTugs» برافعات تعمل بأسلوب حشرة الدبور نفسه.
ولكن كيف يستفيد المستهلك من آلة كهذه؟ حسناً، يمكنها أن تفتح باب المنزل، على الرغم من اعتراف استرادا بأن فريقه واجه صعوبة في أثناء تجربة هذه المهمة. فقد اضطرّ العلماء إلى تصميم عقافات تناسب مقبض الباب، فضلاً عن أنّ توجيه الدرون بالشكل المناسب لهذه الغاية تطلّب منهم بضع دقائق من المناورة الدقيقة. وأضاف استرادا: «إن ضبط بعض الأمور في الطائرة بالشكل المطلوب كان صعباً حقاً».
هذه الآلة لا تزال مجرّد إثبات على فعالية تقنية ما، ولكنّ الفكرة الرئيسية منها هي إمكانية تطوير طائرات ميكرو - درون لا تطير فوق الأسطح فحسب، بل يمكنها أيضاً التلاعب بهذه الأسطح بشكل مفيد. فقد نرى في المستقبل مثلاً، مجموعات من طائرات الميكرو - درون الرخيصة والتي تستعمل مرة واحدة يعمل بعضها مع بعض لتنظيف الردم أمام روبوتات أكبر حجماً تعمل في بيئة تعرّضت لكارثة طبيعية.
يقول استرادا: «إذا نظرتم عامّة إلى معظم الأشياء الصغيرة الطائرة، فسترون أنها تتفاعل مع محيطها عبر استخدام هذه الآليات طوال الوقت: أي أنّها تحطّ، تثبّت، وتسحب الأشياء وحدها». واليوم، تتعلّم طائرات الميكرو - درون هذه الآليات نفسها.


مقالات ذات صلة

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

علوم النموذج تم تطويره باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

أنتجت مجموعة من العلماء هيكلاً يشبه إلى حد كبير الجنين البشري، وذلك في المختبر، دون استخدام حيوانات منوية أو بويضات.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم الهياكل الشبيهة بالأجنة البشرية تم إنشاؤها في المختبر باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء يطورون «نماذج أجنة بشرية» في المختبر

قال فريق من الباحثين في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة إنهم ابتكروا أول هياكل صناعية في العالم شبيهة بالأجنة البشرية باستخدام الخلايا الجذعية.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

تمكنت مجموعة من العلماء من جمع وتحليل الحمض النووي البشري من الهواء في غرفة مزدحمة ومن آثار الأقدام على رمال الشواطئ ومياه المحيطات والأنهار.

«الشرق الأوسط» (نيويورك)
علوم صورة لنموذج يمثل إنسان «نياندرتال» معروضاً في «المتحف الوطني لعصور ما قبل التاريخ» بفرنسا (أ.ف.ب)

دراسة: شكل أنف البشر حالياً تأثر بجينات إنسان «نياندرتال»

أظهرت دراسة جديدة أن شكل أنف الإنسان الحديث قد يكون تأثر جزئياً بالجينات الموروثة من إنسان «نياندرتال».

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

توصلت دراسة جديدة إلى نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات على كوكب الأرض مشيرة إلى أن نظرية «تبلور العقيق المعدني» الشهيرة تعتبر تفسيراً بعيد الاحتمال للغاية.

«الشرق الأوسط» (لندن)

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني
TT

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

صمم نظام ذكاء اصطناعي جديد توربين رياح لأول مرة في التاريخ، وفقاً لمطوره.

نظام ذكاء هندسي ثوري

وأعلنت شركة «EvoPhase» البريطانية أن الذكاء الاصطناعي الخاص بها تخلى عن جميع القواعد الراسخة في هندسة مثل هذه الأجهزة. وبناءً على اختباراتها، فإن اختراعها أكثر كفاءة بسبع مرات من التصميمات الحالية.

تتكون «شفرة برمنغهام» The Birmingham Blade -كما تسمي الشركة التوربين- من ست أذرع موازية للأرض متصلة بمحور عمودي مركزي. وتحتوي كل ذراع على شفرة رأسية، وسطح به موجتان تغيران زاوية هجومهما عبر ارتفاعها وطولها.

لعمل مع سرعات رياح منخفضة

يتم تحسين توربينات الرياح التقليدية لسرعات رياح تبلغ نحو 33 قدماً في الثانية. في المقابل، تم تصميم «الشفرة» لسرعات الرياح المتوسطة المنخفضة النموذجية للمناطق الحضرية مثل برمنغهام، والتي تبلغ نحو 12 قدماً في الثانية. هذا يزيد قليلاً عن ثمانية أميال (13كلم تقريباً) في الساعة.

وتم تحسين التصميم للعمل بين المباني الشاهقة التي تنتج أنماط اضطراب تؤثر على فاعلية تصميمات التوربينات الحضرية الأخرى. وإذا ثبت أن هذا صحيح، فقد يفتح التصميم الباب أمام إنتاج كهرباء غير محدود في المباني المكتبية والسكنية بتكلفة تكاد تكون معدومة.

يقول ليونارد نيكوسان، كبير مسؤولي التكنولوجيا في الشركة، في بيان صحافي: «كان استخدام الذكاء الاصطناعي ضرورياً للتحرر من التحيزات طويلة الأمد التي أثرت على تصميمات التوربينات خلال القرن الماضي. سمح لنا الذكاء الاصطناعي باستكشاف إمكانيات التصميم خارج نطاق التجارب البشرية التقليدية».

وفقاً لنيكوسان، تمكن المصممون من «توليد واختبار وتحسين أكثر من 2000 تصميم لتوربينات الرياح في غضون أسابيع قليلة، ما أدى إلى تسريع عملية التطوير لدينا بشكل كبير وتحقيق ما كان يستغرق سنوات وملايين الجنيهات من خلال الطرق التقليدية».

سحر «التصميم التطوري»

«التصميم التطوري الموجه بالذكاء الاصطناعي» هو منهجية تقوم على نفس فكرة الانتقاء الطبيعي. تبدأ العملية بتوليد آلاف المتغيرات التصميمية التي يتم تقييمها وفقاً لوظيفة «البقاء للأفضل»، والتي تحدد مدى نجاح كل متغير في تلبية أهداف المشروع. ويختار الذكاء الاصطناعي أفضل البدائل لاستخدامها أساساً لتكرارات جديدة، وإعادة الجمع بين الميزات وتنويعها لتطوير إصدارات محسنة.

تتكرر هذه الخطوات حتى يصل الذكاء الاصطناعي إلى حل يحقق تحسين جميع العلامات المهمة مثل الكفاءة الديناميكية الهوائية، والاستقرار الهيكلي، والوزن، أو الاكتناز.

تقول الشركة إن عمليتها تتجنب التحيزات البشرية الموجودة في الهندسة التقليدية. بطبيعتها، تكون الهندسة التقليدية محدودة بالأفكار والمعرفة السابقة.

من ناحية أخرى، يستكشف الذكاء الاصطناعي مجموعة واسعة من الاحتمالات دون القيود في العقل البشري. عندما تجمع بين جيل الذكاء الاصطناعي والتكرار التطوري، يمكن أن يؤدي هذا إلى نتائج مبتكرة تتحدى غالباً الفطرة السليمة ولكنها لا تزال تعمل.

إن نهج التصميم التطوري هذا ليس جديداً تماماً، إذ استخدمت صناعة الطيران والفضاء برامج بهذه القدرات لسنوات. ومثلاً استخدمت شركة «إيرباص»، بالتعاون مع شركة «أوتوديسك»، عملية مماثلة لتصميم حاجز مقصورة خفيف الوزن للغاية لطائراتها من طراز A320وظهرت النتيجة مستوحاة من هياكل العظام الطبيعية، ما أدى إلى انخفاض الوزن بنسبة 45 في المائة مقارنة بالهياكل المماثلة المصممة بالطرق التقليدية.

كما طبقت شركة «جنرال إلكتريك» الخوارزميات التطورية في إعادة تصميم حامل محرك نفاث جديد، مما أدى إلى انخفاض وزن القطعة بنسبة 80 في المائة. وتستخدم وكالة «ناسا» أيضاً هذه التقنية منذ سنوات، ففي عام 2006 استخدمت الوكالة خوارزمية تطورية لتصميم «هوائي متطور».

نجاح توربين «برمنغهام بليد»

لقد طبق فريق المصممين بقيادة الدكتور كيت ويندوز - يول من جامعة برمنغهام هذه العملية التطورية لحل مشكلة تكافح العديد من تصميمات التوربينات لمعالجتها: كيفية العمل بكفاءة في البيئات الحضرية، حيث تكون الرياح أبطأ وأكثر اضطراباً بسبب المباني.

ويقول نيكوسان: «كنا بحاجة إلى توربين يمكنه التقاط سرعات الرياح المنخفضة نسبياً في برمنغهام مع إدارة الاضطرابات الناجمة عن المباني المحيطة. وكان لا بد أن يكون التصميم أيضاً مضغوطاً وخفيف الوزن ليناسب التركيبات على الأسطح».

* مجلة «فاست كومباني» خدمات «تريبيون ميديا»