طائرة بدون طيار تحدد مصادر المواد الكيميائية الضارة في الهواء بعد الحوادث الخطرة تهدف إلى حماية البيئة

يمكن أن يكون للروبوتات التي يمكنها التعرف على روائح معينة وتتبعها تلقائيًا مجموعة كبيرة من التطبيقات القيمة، على سبيل المثال، يمكنهم المساعدة في تحديد مصادر المواد الكيميائية الضارة في الهواء بعد الحوادث الخطرة في محطات الطاقة أو الانفجارات أو الكوارث الأخرى.

ومع ذلك ، فإن تطوير روبوتات يمكنها التعرف على الروائح وتتبعها بشكل موثوق به ، قد أثبت حتى الآن أنه يمثل تحديًا، في الواقع ، يستلزم ذلك عادةً التكامل الفعال لأجهزة استشعار الروائح عالية الأداء، وخوارزميات التعلم العميق الحديثة ، والمنصات الآلية الموثوقة ، ومخططي الحركة.

طور باحثون في جامعة أوساكا ، وشركة سوفت بنك ، ومعهد طوكيو للتكنولوجيا مؤخرًا طائرة صغيرة بدون طيار يمكن استخدامها لتتبع الأعمدة الكيميائية أثناء عمليات البحث والإنقاذ أو المهام التي تهدف إلى حماية البيئة، م تقديم هذه الطائرة بدون طيار في ورقة نُشرت في IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ، وهي تستند إلى تقنية تصور تدفق الهواء المعروفة باسم قياس سرعة صورة الجسيمات.

قال Shunsuke Shigaki ، أحد الباحثين الذين أجروا الدراسة ، لـ TechXplore: “البحث عن توطين مصدر الروائح ثلاثي الأبعاد باستخدام طائرة بدون طيار لا يزال في مرحلته التطورية “،”في دراساتنا السابقة ، قمنا بتركيب واحد أو اثنين من مستشعرات الرائحة على طائرة بدون طيار ، والتي تحركت على نطاق واسع في اتجاهات الارتفاع والرياح المتقاطعة للعثور على مصدر الرائحة. وجدنا أن هذه الطريقة غير فعالة للغاية ، وبالنظر إلى وقت الرحلة القصير للطائرة بدون طيار ، كان من الضروري تحسين أداء تتبع الرائحة ثلاثي الأبعاد بشكل كبير “.

تعتمد الطائرة بدون طيار بحجم راحة اليد التي أنشأها Shigaki وزملاؤه على قياس سرعة صورة الجسيمات ، وهي تقنية بصرية لقياس مجال السرعة لمنطقة بأكملها في تدفق الهواء في وقت واحد. استخدم الباحثون هذه التقنية تحديدًا لتحديد الاتجاه الذي تأتي منه المواد الكيميائية.

لمراقبة المواد الكيميائية في الهواء بأبعاد ثلاثية ، قام الفريق بدمج مستشعرات الرائحة على الأسطح العلوية والأمامية للطائرة بدون طيار. لاستيعاب ترتيب المستشعر الفريد هذا ، طوروا خوارزميات ثلاثية الأبعاد للصب المفاجئ مستوحاة من الآليات البيولوجية التي يمكن من خلالها للعثة الطائرة تتبع الأعمدة الكيميائية.

قال شيجاكي: “تكمن قوة مجموعتنا البحثية في أننا جيدون في تقنية تصور تدفق الهواء”، “بالتركيز على التغييرات في تدفق الهواء التي تنتجها طائرة بدون طيار، لاحظنا أن مآخذ الطائرات بدون طيار لها رائحة مختلفة اعتمادًا على ارتفاع مصدر الرائحة، لذلك ، قمنا بتصميم ترتيب لمستشعر الرائحة وخوارزمية يمكنها تتبع الرائحة باستمرار بغض النظر عن الاتجاه انها تاتي من.”

قام الباحثون بتقييم الطائرة بدون طيار المقترحة لتتبع عمود كيميائي في سلسلة من تجارب تصور وتوطين تدفق الهواء.

بشكل ملحوظ ، وجدوا أن الخوارزمية التي طوروها تفوقت على الخوارزميات التقليدية لتتبع العمود الكيميائي ، وتتبع الروائح بشكل فعال حتى في السيناريوهات التي يتغير فيها اتجاه الرياح باستمرار.

في المستقبل ، يمكن لطائرة بدون طيار بحجم راحة اليد وخوارزمية تتبع العمود الكيميائي التي طورها Shigaki وزملاؤه أن تمهد الطريق لإنشاء أنظمة روبوتية ذات أداء أفضل لاكتشاف الروائح وتحديد مصادرها. في دراساتهم التالية ، يخطط الباحثون أيضًا لتحسين تصميمهم للتأكد من أن نظام تتبع العمود الكيميائي يؤدي أيضًا أداءً جيدًا في البيئات غير المؤكدة والمزدحمة وغير المعينة.

وأوضح شيجاكي أن “انتشار الرائحة معقد للغاية ، ولكن توليفتنا المقترحة لترتيب المستشعرات والخوارزمية تمكننا من توطين مصدر الرائحة بكفاءة عالية”. “نأمل أن يكون اقتراحنا هو التقنية الأساسية لشم الطائرات بدون طيار. نود الآن المساهمة في السلامة والأمن من خلال تطوير نظام يمكنه البحث عن المواد الكيميائية أو المتفجرات الخطرة بسرعة باستخدام طائرات بدون طيار متعددة للبحث عن مصادر متعددة للروائح .”