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

«المرصد»: القوات الأميركية في ريف دير الزور تسقط مُسيرة تابعة لفصائل موالية لإيران

المشرق العربي دورية مشتركة بقيادة أميركية في ريف القامشلي شمال شرقي سوريا (أرشيفية-رويترز)

«المرصد»: القوات الأميركية في ريف دير الزور تسقط مُسيرة تابعة لفصائل موالية لإيران

أفاد «المرصد السوري لحقوق الإنسان» بأن القوات الأميركية في قاعدة كونيكو للغاز في ريف دير الزور أسقطت طائرة مسيرة تابعة لفصائل موالية لإيران.

«الشرق الأوسط» (بيروت)
المشرق العربي مسيّرة فوق الأراضي السورية (المرصد السوري)

«المرصد»: دمشق تسقط مسيّرة لـ«المقاومة الإسلامية في العراق»

كشف «المرصد السوري لحقوق الإنسان» أن الطائرة المسيّرة «المجهولة» التي تصدّت لها الدفاعات السورية، قبل يومين، تابعة لـ«المقاومة الإسلامية بالعراق».

«الشرق الأوسط» (لندن)
المشرق العربي أجواء الأردن شهدت على مدى الشهرين الماضيين تبادلاً للقصف بين إيران وفصائل عراقية من جهة وإسرائيل من جهة أخرى (رويترز)

الأردن يرفض محاولات «بعض الأطراف» انتهاك مجاله الجوي

نقلت «وكالة الأنباء الأردنية» اليوم (السبت) عن محمد المومني المتحدث باسم الحكومة الأردنية تأكيده رفض بلاده محاولات «بعض الأطراف في الإقليم» انتهاك مجاله الجوي.

«الشرق الأوسط» (عمان)
شؤون إقليمية عناصر من قوات الأمن الإسرائيلية يعملون بجوار سيارة متضررة جراء هجوم بمسيرة على شمال إسرائيل (رويترز)

مسؤولان: إسرائيل تتعرض لهجمات يومية بالمسيّرات من العراق

كشف مسؤولان لـ«وكالة أسوشييتد برس» أن الميليشيات المدعومة من إيران تطلق مسيرات هجومية في اتجاه واحد ضد إسرائيل من داخل العراق.

«الشرق الأوسط» (تل أبيب)
الولايات المتحدة​ خلال عرض طائرة مسيّرة صينية في مونتريال بكندا 13 نوفمبر 2019 (رويترز)

شركة أميركية لصناعة المسيّرات تتهم بكين باستخدام العقوبات لتعزيز الشركات الصينية

اعتبرت شركة أميركية لصناعة الطائرات المسيّرة أن العقوبات التي فرضتها بكين عليها ستعوق إنتاجها لأشهر عدة، وأن هدف بكين هو «تعميق الاعتماد» على الشركات الصينية.

«الشرق الأوسط» (واشنطن)

تنبؤات المستقبل... التاريخ يثبت صعوبة طرحها

مسيرة الإنسان نحو المستقبل... اتجاهات وتوجهات مبهمة
مسيرة الإنسان نحو المستقبل... اتجاهات وتوجهات مبهمة
TT

تنبؤات المستقبل... التاريخ يثبت صعوبة طرحها

مسيرة الإنسان نحو المستقبل... اتجاهات وتوجهات مبهمة
مسيرة الإنسان نحو المستقبل... اتجاهات وتوجهات مبهمة

عام 1974، نشرت مجلة «ساترداي ريفيو - Saturday Review» الأميركية الرصينة، التي كانت في عامها الـ50 آنذاك، عدة إصدارات بمناسبة ذكراها السنوية، تناولت كيف أدى القرن إلى حاضر قاتم من الحرب النووية الحرارية الوشيكة، والطفرة السكانية التي سرعان ما ستتجاوز قدرة الكوكب على إطعام سكانه، ونضوب الطاقة القابلة للاستغلال، وغيرها من التعثرات التي تهدد العالم.

الاكتظاظ السكاني وندرة النفط... تنبؤات ما قبل 50 عاماً

في الختام، قدمت المجلة إصداراً خيالياً غير معتاد مليئاً بالتنبؤات والمقترحات الخيالية والمعقدة أحياناً للعالم، لما بعد نصف قرن من الزمان في المستقبل. وكان أحد إصدارات الذكرى السنوية في عام 1974 مخصصاً بالكامل للطرق التي يمكن للعالم من خلالها استعادة ثقته. وأشرف على إصدار الإصدارات محرر المجلة نورمان كوزينز، وهو نفسه مثقف عام غزير الإنتاج وكان ذات يوم أشهر شخصية متفائلة في البلاد.

كان كوزينز وصف في عام 1979، كتابه الأكثر مبيعاً «تشريح المرض كما يراه المريض» كيف نجح في علاج نفسه، جزئياً، بعد تشخيص حالته بمرض مميت، من خلال التمتع بأفلام كوميدية مجنونة وضحكات عالية.

«مستقبليون» سابقون مشهورون

جمع كوزينز قائمة من كبار الشخصيات المشهورين على مستوى العالم، مثل أندريه ساخاروف، ونيل أرمسترونغ، وجاك كوستو، وإسحاق أسيموف، وكلير بوث لوس (المرأة الوحيدة).

وقد تراجعت بعض المشاكل التي كانوا يأملون أن يتمكن العالم من إيجاد مخرج منها، وخاصة ندرة النفط والاكتظاظ السكاني. وسواء كان ذلك بحكمة أو بغير حكمة، فقد حلت محل هذه المخاوف نقيضاتها الظاهرية الحالية.

وباء السمنة وحطام الوقود الأحفوري

في البلدان الغنية حالياً ظهرت مشكلات أخرى، إذ تتعامل اليوم مع أوبئة السمنة و«حطام» الوقود الأحفوري المفرط في الوفرة.

ومن المفارقة أن قيمة شركة «نوفو نورديسك»، المصنعة لعقاقير إنقاص الوزن أوزيمبيك وويجغفي تأتي فقط بعد قيم شركتي النفط والغاز الكبيرتين في العالم، «أرامكو» السعودية و«إكسون».

واليوم تصاب الدول بالذعر إزاء الانحدار العالمي في معدلات المواليد وتقلص أعداد السكان وشيخوخة السكان. وقد أكون مغروراً بقدر ما أصبت في توقعاتي، ولكنني أدرك أيضاً ما أغفلته توقعاتي المستقبلية.

40 % من البالغين لا يريدون الإنجاب

لقد توقعت أن معدلات المواليد المتقلصة سوف تجتاح العالم بأسره، ولكنني لم أتوقع أن يصبح عدد البالغين الذين سوف يختارون عدم إنجاب الأطفال على الإطلاق كبيراً، ففي بعض البلدان تصل نسبتهم إلى نحو 40 في المائة. لقد توقعت بشكل صحيح أن سياسة الطفل الواحد التي تنتهجها الصين سوف تدفع الأسر الصينية إلى الاستثمار بشكل متزايد في تعليم أطفالها من أجل إعدادهم للسوق العالمية. لم أكن أتوقع أن الملايين من الشباب الصينيين المتعلمين في الجامعات والذين يعانون من الإحباط المهني سوف يفضّلون البقاء عاطلين عن العمل لسنوات بدلاً من العمل في وظائف يعدّونها أدنى من مستواهم، أو أنهم سوف يظلون معتمدين على والديهم، غير متزوجين وليس لديهم أطفال.

ازدياد أجيال من غير المتعلمين

لم أكن أتوقع بالتأكيد أن الرخاء وانخفاض معدلات البطالة في أميركا سوف يثني الشباب عن الذهاب إلى الجامعة، أو أن «غير المتعلمين» سوف يلوّحون بعدم حصولهم على الشهادات الجامعية كفضيلة سياسية ثم يتفاخرون بها وبأنهم يمثلون طليعة النهضة الأميركية العظيمة.

صدمة المستقبل

الأشياء التي فاتتني لم تكن جامحة مثل بعض الرؤى الغريبة التي تخيلها طاقم المجلة في عام 1974.

* نبوءة نيل أرمسترونغ. تنبأ نيل أرمسترونغ (رائد الفضاء الأميركي) بوجود مجموعات كاملة من البشر يعيشون في محيط من مادة الميثان اللزجة تحت سطح كوكب المشتري الذي يمكنهم البقاء عليه. سوف يعملون في وظائفهم اليومية، ويتسوّقون ويحتفلون بينما يطفون في بدلات السباحة، ولكن فقط بعد إجراء عملية جراحية لاستبدال قلوب ورئات المستعمرين بأجهزة أكسجين قابلة للزرع. ومن الغريب أن أرمسترونغ، وهو مهندس طيران، رأى هذا باعتباره رؤية وردية لعام 2024.

* نبوءة أندريه ساخاروف. كما قدم أندريه ساخاروف، والد القنبلة الهيدروجينية السوفياتية والحائز على جائزة نوبل للسلام (1975)، أفكاراً حول كيفية إخراج الناس «من عالم صناعي مكتظ وغير مضياف للحياة البشرية والطبيعة».

كان ساخاروف يعتقد أن عالم عام 2024 سوف ينقسم إلى مناطق صناعية قاتمة وأحزمة خضراء مكتظة بالسكان حيث يقضي الناس معظم وقتهم. لكن سطح الأرض لن يكون كافياً لـ«7 مليارات نسمة في عام 2024» (كان ينقصه مليار). كما توقع ساخاروف مدناً شاسعة في الفضاء ستكون موطناً للمزارع والمصانع. أعتقد أن هذا يبدو وكأنه رؤية طوباوية إذا كانت الحياة البائسة على سطح الأرض أسوأ بكثير.

* نبوءة كلير بوث لوس، المحافظة السياسية ومدمنة عقار «إل إس دي»، والتي كانت كاتبة مسرحية وممثلة في الكونغرس وسفيرة في إيطاليا وزوجة لرجال أقوياء، أن التقدم البطيء للغاية الذي أحرزته النساء تمكن رؤيته في ملامح ماضيهن.

كانت لوس تعتقد أن المساواة للمرأة سوف تأتي، لكنها ستستغرق قرناً أو أكثر. وقد كتبت: «يؤسفني أن أقول إن الصورة التي أراها هناك ليست صورة المرأة الجالسة في الغرفة البيضاوية في البيت الأبيض في عام 2024».

إيمان مستقبلي

في الآونة الأخيرة، كنت أحاول أن أرى المستقبل من خلال قضاء بعض الوقت في مواقع بناء مراكز البيانات التي تنتشر في جميع أنحاء البلاد لالتقاط ملامح الطفرة في الذكاء الاصطناعي.

إن أحد التنبؤات المذهلة التي تحرك الأموال والسياسات اليوم أن العالم سينفق أكثر من تريليون دولار لبناء البنية الأساسية للبيانات (يتوقع سام ألتمان، مؤسس شركة «OpenAI» سبعة تريليونات دولار) للحوسبة من الجيل التالي التي يمكن أن تلغي التنبؤ البشري وتستبدله بنماذج تنبؤية تديرها الآلات.

ورغم أنه لا أحد يعرف إلى أين ستقود كل هذه القوة الحاسوبية، فإن العالم يراهن عليها بشدة مع ذلك. إن هذه الطفرة تجعل خيالي - وهو شيء كنت فخوراً به للغاية - يشعر بالضآلة والإرهاق.

رؤية مفعمة بالأمل لدحر التشاؤم

لقد جاء دافع كوزينز للتنبؤ بالمستقبل أكثر من منطلقات الذكاء العاطفي له والرؤى المفعمة بالأمل له وأمثاله الذين وظّفوا معرفتهم للانفصال عن الماضي، وأقل من منطلقات رؤيته للمستقبل المستنبطة من الحقائق المعروفة في زمنه.

ومن المفارقات، كما أشار كوزينز، أن التنبؤات لا تأخذ في الحسبان التفاؤل الذي يتوقعه الناس في المستقبل.

وأضاف، في حينه، أنه إذا كان لدى عدد كافٍ من الناس إيمان بأن الجنس البشري يتمتع بالقدر الكافي من الذكاء والطاقة للعمل معاً على حل المشاكل العالمية، فإنه استخلص أن «التوقعات المتشائمة للخبراء سوف تفقد قدرتها على الشلل أو الترهيب. لذا فإن أكبر مهمة تواجه البشرية في السنوات الـ50 المقبلة سوف تكون إثبات خطأ الخبراء [المتشائمين]».

* مجلة «فاست كومباني»، خدمات «تريبيون ميديا».