فروشگاه کانواس (بوم مدل کسبوکار) آرباکو

چکیده:

وقتی در یک ساختمان بزرگ یا یک مکان صنعتی نشتی گاز ایجاد می‌شود، لازم است که آتش‌نشانان با ابزارآلات و تجهیزات حسگر گاز به آنجا بروند. یافتن نشتی گاز ممکن است میزان قابل‌توجهی زمان ببرد و زندگی آتش‌نشانان را در معرض خطر قرار دهد. محققان اکنون اولین گروه پهپادی کوچک (و بسیار ایمن) را که می‌تواند به طور خودکار، محل منبع گاز را در فضای شلوغ و به‌هم‌ریخته ردیابی و تعیین نماید، ابداع کرده‌اند.

موضوع اصلی:

وقتی در یک ساختمان یا مکانی صنعتی نشتی گاز گزارش می‌شود، آتش‌نشانان معمولاً باید با تجهیزات حسگر گاز به آنجا بروند. پیداکردن محل نشتی گاز زمان زیادی می‌برد و ممکن است زندگی آن ها در معرض خطر قرار رهد. محققان دانشگاه تکنولوژی دلف در هلند، دانشگاه بارسلونا، و دانشگاه هاروارد اولین گروه پهپادی کوچک را ابداع کرده‌اند که می‌تواند به طور خودکار محل نشتی گاز را در فضای به‌هم‌ریخته سربسته پیدا کند.

چالش اصلی که محققان باید به حل آن می‌پرداختند، برای این کار پیچیده، طراحی هوش مصنوعی بود که با محدودیت حافظه و محاسبات دقیق پهپادهای کوچک همراه شده بود. محققان با استراتژی‌های تحقیقاتی و ناوبری زیست - الهام (با الهام از زیست‌شناسی) این چالش را حل نمودند. این مقاله علمی در سرور مقاله ArXiv ، در معرض عموم قرار گرفته و کمی بعد در همین سال در کنفرانس رباتیک IROS ارائه خواهد شد. این اثر، گام مهمی در مسیر هوش ربات‌های کوچک برمی‌دارد و موجب می‌شود تا بدون هیچ‌گونه خطری برای زندگی افراد در شرایط واقعی، نشتی گاز با بازدهی بیشتری یافت شود.

محل یابی خودکار منبع گاز

محل یابی خودکار منبع گاز، کار پیچیده‌ای به نظر می‌رسد. از یک نظر، در ردیابی مقادیر کم گاز و حساس ماندن به تغییرات سریع غلظت و تراکم گاز، حسگرهای گاز مصنوعی معمولاً نسبت به بینی و شامه حیوانات، قابلیت کمتری دارند. بعلاوه، محیطی که در آن گاز پراکنده می‌شود، می‌تواند پیچیده باشد. در نتیجه، بسیاری از تحقیقات دراین‌رابطه روی ربات‌های واحد متمرکز شده‌اند، ربات‌هایی که در محیط‌های نسبتاً کوچک و بدون مانع که یافتن منبع گاز آسان‌تر است، به دنبال منبع گاز می‌باشند.

گروه‌های پهپادی کوچک:

استاد تمام آزمایشگاه وسایل نقلیه ریز هوایی دانشگاه تکنولوژی دلف ( Micro Air Vehicle laboratory of TU Delft)، گویدو د کرون (Guido de Croon)، می‌گوید: "ما مجاب می‌شویم که گروه‌های پهپادی کوچک، مسیر نویدبخشی را در محل یابی خودکار منبع گاز طی می‌کنند. اندازه کوچک این پهپادها موجب می‌شود که برای هر فرد و ملکی که در حال ساخت است، بسیار ایمن عمل کند، در حالیه که قابلیت پرواز پهپادها به آن ها این اجازه را می‌دهد که منبع را در نهایت در سه بعد، جستجو نمایند. بعلاوه، اندازه کوچک پهپادها سبب می‌شود که آن ها به هر ناحیه‌ای بتوانند پرواز نمایند. سرانجام، داشتن گروه‌های پهپادی کوچک، به آن ها این امکان را می‌دهد که با وجود فرار حداکثر گاز از محل نشت در طی یافتن منبع صحیح، منبع گاز را سریع‌تر بیایند.

بهر حال این خصوصیات، واردکردن پهپادها را به دنیای کاری و درک آن ها را با وجود هوش مصنوعی لازم برای محل یابی منبع گاز، سخت می‌کند. به‌استثناء نوعی از الگوریتم‌های هوش مصنوعی که ماشین‌های خودران را خودکفا می‌کند، پردازش و حس کردن کلیه تجهیزات بر روی انواع وسایل نقلیه، بی‌نهایت محدود می‌گردد. بعلاوه، کار و انجام عملیات با این گروه‌های پهپادی، خودش چالش‌برانگیز است، چون پهپادها باید به‌خاطر همکاری با هم و جلوگیری از برخورد از همدیگر مطلع باشند.

هوش مصنوعی زیست - الهام (الهام گرفته از محیط‌زیست)

بارت دیوسترهف (Bart Duisterhof) که روی پایان‌نامه کارشناسی ارشدش در دانشگاه تکنولوژی دلف تحقیق کرده بود، می‌گوید: "واقعاً در طبیعت مثال‌های فراوانی از محل یابی منبع بو و راهبری موفق با وجود محدودیت‌های منبع، وجود دارند. مثلاً فقط به این موضوع فکر کنید که چگونه کرم‌های میوه با مغزهای کوچک 100.000 نرونی خودشان، بدون هیچ‌گونه نقص و خطایی موزها را در آشپزخانه‌تان در تابستان پیدا می‌کنند. آن ها این کار را به طور شاهکارانه با ترکیب رفتارهای ساده‌ای مانند پرواز بر روی باد یا عمود بر باد، بسته به احساس بو و رایحه‌ها، انجام می‌دهند. اگرچه ما به‌خاطر عدم وجود حسگرهای جریان هوای نصب شده بر روی ربات‌هایمان، مستقیماً نمی‌توانیم این رفتارها را تقلید کنیم، ولی ربات‌هایی با رفتارهای ساده و مشابه را کم‌کم وارد کارکرده‌ایم تا از پس این کار برآییم"

به‌ویژه، این پهپادهای کوچک، الگوریتم جدید"باگ bug " را برای راهبری خودشان اجرا می‌کنند که اصطلاحاً "Sniffy Bug(حشره بو کشیده) " نامیده می‌شود. تا زمانی که هیچ پهپادی، بوی گازی را حس نکند، تا حد ممکن بدون برخورد با موانع و با یکدیگر در محیط پراکنده می‌شوند. اما به‌محض اینکه یکی از پهپادها، بوی گازی را در موقعیتش احساس نماید، با بقیه پهپادها ارتباط برقرار می‌کند. از این نقطه به بعد، پهپادها با یکدیگر همکاری می‌کنند تا جایی که ممکن است هر چه زودتر منبع گاز را بیایند. مخصوصاً، گروه پهپادی با الگوریتمی بنام PSO(بهینه‌سازی انبوه ذره) که هر پهپادی که یک "ذره" تلقی می‌شود، به جستجوی تراکم حداکثری گاز می‌پردازد. این الگوریتم اساساً بعد از رفتار اجتماعی و حرکت دسته‌جمعی پرندگان، مدل‌سازی شده است. هر پهپادی بر اساس بالاترین محل تراکم گاز تصور شده خودش، بالاترین محل گروه پهپادی، و اینرسی در جهت حرکت معمولش، در حال حرکت است. به‌عنوان یک استراتژی تحقیقاتی، PSO این مزیت را دارد که فقط به اندازه‌گیری تراکم گاز نیاز دارد و به جهت باد یا شیب تغییرات تراکم گاز هیچ احتیاجی ندارد. مضافاً اینکه، سبب می‌شود تا گروه پهپادی، در محیط‌های پیچیده، حداکثر تراکم گاز موضعی را نادیده بگیرد.

مسیری برای کاربردهای دنیای واقعی

گویدو Guido می‌گوید: "این تحقیق نشان می‌دهد که گروه‌های پهپادی کوچک می‌توانند کارهای خیلی پیچیده‌ای را انجام دهند. ما امیدواریم که این کار در دیگر محققان رباتیک این الهام را به وجود آورد تا دوباره برای نوعی از هوش مصنوعی که برای جنگ خودکار لازم است، به فکری وادار شوند."

توسعه این نوع تکنولوژی برای یک محصول کامل هنوز به کار بیشتری نیاز دارد. برای نمونه، کار فعلی هنوز حرکت در سه بعد را برای یافتن محل منبع گاز در ارتفاعات را در نظر ندارد. بعلاوه، قبل از اینکه پهپادها برای یک موقعیت اورژانسی واقعی آمادگی لازم را پیدا کنند، باید نیرومندی و قدرت راهبری، بهبود داده شود.

به‌هرحال، این کار بسیار نویدبخش است. الگوریتم‌های توسعه‌یافته نه‌تنها برای ردیابی نشتی گاز در ساختمان‌ها سودمند باشد، بلکه برای مأموریت‌های علمی مانند ردیابی متان در سیاره مریخ یا کاربردهای اقتصادی از جمله ردیابی بیماری‌ها یا آفات در گلخانه‌ها، نیز مفید می‌باشد.

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط دانشگاه تکنولوژی دلف ( Delft University of Technology) تهیه شدند.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

ژورنال مرجع:

بی پی دیوستروف (B.P. Duisterhof)، اس. لی. جی. بورگویز (S. Li, J. Burgués)، وی. جی. ردی (V.J. Reddi)، جی. سی. اچ. ای. د کرون (G.C.H.E. de Croo). حشره بو کشیده: یک گروه کاملاً خودکار کوادکوپترهای نانو گاز یاب در محیط‌های بسته شلوغ و به‌هم‌ریخته.(Sniffy Bug: A Fully Autonomous Swarm of Gas-Seeking Nano Quadcopters in Cluttered Environments) که در کنفرانس بین‌المللی IEEE/RSJ درباره سیستم‌ها و هوش مصنوعی. مورد قبول واقع شده است.2021. (IROS 2021)