سبیل های گربه مانند به هواپیماهای بدون سرنشین کوچک کمک می کنند در تاریکی پرواز کنند

پهپادهای فوق فشرده با وزن کمتر از یک چوب کره، به اندازه مدل های بزرگتر ظرفیت محاسباتی یا توانی ندارند و این قدرت حسگرهای آنها را محدود می کند. این بدان معناست که اگر ساختمانی پر از دود شود یا فاجعه در شب اتفاق بیفتد، دوربین‌های پهپاد و لیدار از کار می‌افتند.

حتی یک شیشه شفاف می تواند مانعی باشد که پهپاد ممکن است آن را تشخیص ندهد. اکنون، یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه صنعتی دلفت در هلند - با الهام از سبیل حیوانات شب‌زی - یک حسگر سبک وزن و لمسی برای پهپادها ایجاد کرده‌اند تا حتی زمانی که آن‌ها قادر به «دیدن» نیستند، حرکت کنند. برخی از حیوانات شب‌زی، مانند موش‌ها و تا حدودی گربه‌ها، می‌توانند محیط اطراف خود را فقط با استفاده از احساسات محیط اطراف خود بر روی سبیل‌های خود کاوش کنند و آنها را قادر می‌سازد بدون دید حرکت کنند.

تیم تحقیقاتی به این فکر افتاد که آیا پهپادها نیز می توانند همین کار را انجام دهند. در دنیای توسعه هواپیماهای بدون سرنشین، ناوبری لمسی یک مفهوم جدید است که با چالش های خاص خود همراه است. سالوا هامازا، استاد دانشگاه صنعتی دلفت، در بیانیه‌ای مطبوعاتی توضیح داد: «برای اینکه حس لامسه روی هواپیماهای بدون سرنشین کار کند، باید سبک وزن، تأخیر کم و کم قدرت باشد».

خوشبختانه، طبیعت قبلا برخی از این نوآوری ها را انجام داده است. «سبیل‌هایی» که Hamaza و تیمش برای این پهپاد ساخته‌اند از سیم‌های ظریف ساخته شده از نیکل-تیتانیوم تشکیل شده‌اند که قطر هر کدام 0.4 میلی‌متر است که ضخامت آن در حدود چهار ورق کاغذ است. با این حال، آنتن ها از خود پهپاد بلندتر بودند. محققان به یک پهپاد به اندازه کف دست، دو سبیل، هر کدام نزدیک به 8 اینچ با سه حسگر فشار کوچک در پایه وصل کردند. اینها می‌توانند خمش سیم‌ها را ارزیابی کنند، که پهپاد فاصله و موقعیت آن را در رابطه با موانع نزدیک تخمین می‌زند.

تمام محاسبات لازم برای این ناوبری توسط یک میکروکنترلر روی پهپاد بدون تکیه بر رایانه خارجی پردازش می شود. شاید خیلی پیچیده به نظر نرسد، اما حتی تعیین زاویه نصب سیم ها نیز یک چالش بود. حیواناتی که از طریق سبیل حرکت می کنند معمولا پرواز نمی کنند. داشتن یک برآمدگی طولانی، حتی اگر بسیار سبک و ظریف باشد، می تواند پهپاد را ناپایدار کند.

هنگام حرکت در امتداد دیوار، محققان متوجه شدند که مقاومت سبیل می تواند باعث چرخش و سقوط پهپاد شود. محققان در مجموع 72 پرواز را با هم مقایسه کردند و شش زاویه مختلف را در سه سرعت مختلف آزمایش کردند. زمانی که سبیل ها در 30 درجه، 45 درجه و 60 درجه نصب شده بودند، پهپاد بدون حادثه مهم پرواز کرد. از این میان، زاویه 45 درجه اتخاذ شد زیرا منجر به کمترین انحراف در جهت پهپاد شد.

آنها همچنین این واقعیت را در نظر گرفتند که زاویه 60 درجه باعث کاهش دامنه سنجش رو به جلو می شود. محققان همچنین در پردازش اطلاعات دریافت شده توسط سبیل ها با موانع متعددی روبرو شدند. یکی تمایز بین سیگنال های تماس واقعی و اختلالات ناشی از خود پهپاد، مانند ارتعاشات پروانه ها بود. حتی هنگام فیلتر کردن این نویز، حدود 38 درصد از شناسایی‌های پهپاد مثبت کاذب بودند. به نظر می‌رسید که این موضوع دریفت باشد، پدیده‌ای که در آن خوانش حسگرها به تدریج در طول زمان تغییر می‌کند.

بنابراین، تیم تحقیقاتی یک الگوریتم اصلاحی ایجاد کرد که به طور مداوم روند رانش ها را در طول زمان تخمین می زند - بر اساس خوانش حسگر زمانی که پهپاد با چیزی تماس نمی گیرد - در حین پرواز. بر اساس گزارش ها، هنگام ترکیب با فیلتر، موارد مثبت کاذب به 0 درصد کاهش یافت. این آزمایشات عمدتا در محیطی با سه دیواره شفاف که در یک ردیف چیده شده بودند انجام شد. هر زمان که حسگر لمسی سطح دیوار را لمس می کرد، پهپاد به موازات دیوار پرواز می کرد و فاصله 60 تا 100 میلی متری از سطح را تا رسیدن به لبه حفظ می کرد.

این پهپاد حتی قادر بود زمانی که دیوار با آن زاویه داشت حرکت کند، کاری که یک پهپاد با حسگرهای لیزری قادر به انجام آن نیست. با این حال، در یک موقعیت دنیای واقعی - مانند آوار یک فاجعه - موانع به این ترتیب منظم نیستند. حتی در اتاق معمولی شما، پهپادی که دیوار را دنبال می کند به راحتی می تواند در گوشه ای گیر کند یا از موانع کناری چشم پوشی کند. بنابراین، محققان یک روش اکتشافی را رمزگذاری کردند که حرکت در مناطق ناشناخته را با تخمین احتمالی شکل دیوارها در اولویت قرار می دهد.

با استفاده از این روش، این پهپاد در 90 درصد آزمایش‌ها با موفقیت یک خروجی به عرض 2.5 فوت در یک اتاق کوچک با دیوارهای شیشه‌ای پیدا کرد. و با توجه به اینکه این سیستم لمسی تنها از بخش کوچکی از حافظه 192 کیلوبایتی پهپاد استفاده می کند، به صورت مجازی و تحت اللفظی جا برای بهبود وجود دارد. چائو شان یه، دانشجوی دکترا در دانشگاه صنعتی دلفت، در بیانیه مطبوعاتی اضافه کرد: «ما می‌خواستیم نشان دهیم که لمس به قیمت اندازه یا قدرت محاسباتی انجام نمی‌شود.

کل خط لوله ادراک لمسی ما تنها با 34 کیلوبایت حافظه اجرا می شود و به یک پهپاد کوچک اجازه می دهد محیط خود را در زمان واقعی حس کرده و به آن پاسخ دهد. این داستان در اصل در WIRED Japan ظاهر شد و از ژاپنی ترجمه شده است.