پهپاد الهام گرفته از پرندگان با حس لامسه روی شاخه فرود می آید + فیلم

محققان پهپادی با حس لامسه ساخته اند که با الهام از پرندگان، شاخه درختی را پیدا کرده و با موفقیت بیش از 99 درصد روی آن فرود می آید.

گزارش کردن سرویس هوافضای تکناکمحققان دانشگاه صنعتی دلفت هلند این پهپاد را ساخته اند که با الهام از پرندگان شاخه های درخت را با حسگرهای لمسی پیدا کرده و با سه انگشت منعطف روی آن می نشیند و حتی می تواند خطای قابل توجه سیستم بینایی در تشخیص محل شاخه را اصلاح کند.

پهپادها به طور گسترده در زمینه های مختلف از عملیات نظامی گرفته تا تحقیقات زیست محیطی مورد استفاده قرار گرفته اند. با وجود پیشرفت تکنولوژی پرواز، فرود ایمن هنوز یکی از چالش های اصلی آنهاست. این مشکل در محیط هایی مانند جنگل که شاخه ها و برگ ها دید دوربین را محدود می کنند، ترکیب می شود.

محققان قبلاً برای حل مشکل فرود هواپیماهای بدون سرنشین از طبیعت الهام گرفته اند. پهپادهایی با فناوری شبیه به پنجه گربه برای فرود بر روی سطوح یخی ساخته شده اند. نمونه ها همچنین هنگام فرود با الهام از غشای بال سنجاب پرنده سرعت خود را کاهش می دهند. با این حال، نشستن روی شاخه درخت همچنان دشوار است.

بیشتر بخوانید: ساخت پهپاد رهگیر Zorelit v5 با سرعت بیش از 400 کیلومتر

حس لامسه جایگزین خطای دوربین پهپاد می شود

یک راه ساده برای پهپادهای فعال در جنگل شناور شدن در هوا است. این روش برای برخی از ماموریت ها مناسب است اما انرژی زیادی مصرف می کند و نویز دائمی دارد. این دو مشکل به ویژه هنگام مطالعه حیات وحش اهمیت دارند. برای مشاهده حیوانات، محققان به پهپادی نیاز دارند که بتواند برای مدت طولانی در محیط بماند و صدای کمتری مانند دوربین مخفی تولید کند.

برخی از پهپادهای موجود با گیره های پنجه مانند می توانند شاخه را بگیرند، اما یافتن محل دقیق شاخه مشکل دیگری است. پهپادها معمولا از دوربین برای فرود استفاده می کنند. برگ ها، شاخه ها و پوشش جنگلی انبوه می توانند اطلاعات بصری را مبهم کنند.

برای حل این مشکل، محققان دانشگاه صنعتی دلفت از نحوه فرود پرندگان الهام گرفتند. پرندگان می توانند شاخه را با پاهای خود احساس کنند و سپس موقعیت مناسب را برای نشستن پیدا کنند. این پهپاد جدید علاوه بر دوربین، از حسگرهای لمسی نیز برای یافتن شاخه ها استفاده می کند.

سه انگشت و نه حسگر برای یافتن شاخه ها

نمونه اولیه این پهپاد دارای سه انگشت منعطف با حس لامسه است. هر انگشت مانند انگشت انسان از سه مفصل تشکیل شده است. این ساختار به انگشتان اجازه می دهد تا دور شاخه بپیچند و سطح تماس بیشتری با آن ایجاد کنند.

پهپاد ابتدا محل تقریبی شاخه را با دوربین تخمین می زند. سپس انگشتان خود را به سمت موقعیت تخمین زده حرکت می دهد. در این مرحله سیستم به اطلاعات دوربین کاملا اعتماد ندارد و با لمس محیط به جستجوی شاخه ادامه می دهد.

هر انگشت دارای سه حسگر لمسی بر روی سطح نرم سیلیکونی خود است و در مجموع 9 حسگر در اختیار پهپاد قرار گرفته است. هنگامی که یکی از این حسگرها شاخه را لمس می کند، سیگنال الکتریکی به پهپاد ارسال می شود. با فعال بودن تشخیص حسگر، سیستم می تواند تخمین دقیق تری از مکان، اندازه و جهت شاخه بدست آورد.

آنتون بردنبک، یکی از نویسندگان این پروژه، اظهار داشت که هر حسگر فقط وجود یک جسم را در نقطه تماس گزارش می کند. پهپاد با دانستن شکل انگشتان خود می تواند از این اطلاعات ساده برای بازسازی مکان و جهت شاخه استفاده کند. در نتیجه، سیستم با تماس های متوالی تصویر دقیق تری از هدف ایجاد می کند.

بیشتر بخوانید: رونمایی از پهپاد Gamera با برد 16000 کیلومتر + فیلم

بیش از 99 درصد موفقیت در آزمون ها

پس از یافتن شاخه، پهپاد نحوه گرفتن آن را تنظیم می کند. انگشتان دور شاخه می پیچند و سپس در موقعیت خود قفل می شوند. فنرهای مخصوص داخل انگشتان باعث می شود که پهباد پس از گرفتن شاخه انرژی اضافی برای حفظ موقعیت خود مصرف نکند.

نتایج آزمایشات نشان داد که این روش از پایایی بالایی برخوردار است. این پهپاد در بیش از 99 درصد آزمایش ها با موفقیت بر روی شاخه فرود آمد. عملکرد سیستم حتی زمانی که دوربین با یک خطای بزرگ محل انشعاب را تشخیص داد قابل توجه بود.

در یکی از مهم ترین تست ها تخمین اولیه دوربین از محل انشعاب تا 60 سانتی متر خطا داشت. این پهپاد با استفاده از حسگرهای لمسی توانست این خطا را تصحیح کند، شاخه را پیدا کرده و فرود ایمن داشته باشد.

محققان قصد ندارند دوربین را به طور کامل از سیستم فرود پهپاد حذف کنند. هدف آنها ترکیب اطلاعات بصری و لمسی است تا پهپاد همچنان بتواند در شرایطی که دوربین اطلاعات کافی یا دقیقی ارائه نمی دهد، محل فرود را پیدا کند.

چنین روشی می تواند به ویژه برای پهپادهایی که برای مدت طولانی در محیط های طبیعی فعالیت می کنند بسیار مهم باشد. پهپاد پس از نشستن روی شاخه، دیگر مجبور نیست موتورهای خود را روشن نگه دارد تا پایدار بماند. در نتیجه مصرف انرژی و نویز کاهش می یابد و مشاهده حیات وحش بدون ایجاد مزاحمت امکان پذیر است.

این تحقیق با راهنمایی سالوا حماز، دانشیار دانشگاه صنعتی دلفت انجام شد. مقاله مربوط به این سیستم به تازگی در مجله علمی منتشر شده است npj رباتیک از مجموعه طبیعت منتشر شده است.