Saturday, 18 July 2015
22 September 2020
کوچک اما باهوش

«حشره‌های جاسوس»

2010 June 29

فرهاد / واحد ترجمه / رادیو کوچه

مثل یک پروانه در هوا شناور است‌، مانند یک زنبور به جاسوسی می‌پردازد – روبات‌های ناظر و تجسس‌گر به اندازه‌ای کوچک و باهوش هستند که بتوانند حریفان خود را در طبیعت گول بزنند.

فایل صوتی را از اینجا بشنوید

 

فایل را از این جا دانلود کنید

در پنج سال گذشته تیم «دل‌فلای» از دانشگاه تکنولوژی دلفت، روبات‌های مینیاتوری حشره مانندی طراحی کردند که می‌توانند همه جا پرواز کند و تمام فیلم‌ها را به صورت زنده به پایگاه کنترل کننده خود می‌ فرستد . هدف این تیم تحقیقاتی این است که کارکرد ایرودینامیکی این حشره را به حداکثر برسانند تا روبات حشره‌ای بتواند با سرعت و دقت و مانور بیشتری پرواز کند و هم‌چنین لوازم نیاز آن را تا جایی که امکان دارد مینیاتوریزه و کوچک کنند

این روبات حشره جاسوس دو سال پیش یک فرصت به دست آورد تا عملکرد خود را به نمایش بگذارد و این اتفاق در زمانی رخ داد که ساختمان دانشگاه معماری در آتش سوخت. 14 طبقه از این ساختمان به گونه‌ای سوخت که دیگر قابل تعمیر نبود‌، گرچه بسیاری از کتاب‌های ارزش‌مند و مجموعه‌ای از وسایل و اثاثه آن از سوختن نجات پیدا کردند‌. در واقع این فیلم‌های ویدئویی روبات حشره بود که نشان می‌داد آیا نجات دادن کتاب‌ها و وسایل دانشگاه به خطری که دارد می‌ارزد یا نه و این‌که چگونه می‌توان در وسط آن همه آتش از مسیرهای امن برای این کار استفاده کرد‌. یک هفته بعد از آتش سوزی رهبر تیم به اسم بارت رمز روبات شماره دو به اسم دل فلای 2 را به پرواز درآورد‌. این روبات یک وسیله 17 گرمی با بال‌هایی به طول 28 سانتی‌متری بود که در تمام طول ساختمان به پرواز درآمد‌.

مسابقه اکنون بر سر توسعه هواپیماهای بدون سرنشین کوچک‌تر ، سریع‌تر‌، بی‌صداتر و هوشمندتر است.

در هر طبقه بارت آن را متوقف می‌کرد تا بتواند خرابی‌های هر طبقه را از درون پنجره‌های شکسته آن طبقه مشاهده کند‌. وقتی که دل فلای به طبقه هشتم رسید‌، یک کلاغ از سقف ناگهان شیرجه زد و به آن حمله کرد و فیلم‌های میلاری که روی بال‌های آن بود را از هم شکافت و روبات حشره‌ای به سمت پایین و روی زمین سقوط کرد‌. در ابتدا «رمز» به خاطر حمله کلاغ شکه شد‌، اما بلافاصله متوجه شد که کلاغ در واقع مهر تصویب نهایی این روبات را به آن‌ها داده است‌، چرا که کلاغ آن را به عنوان یک حشره واقعی درنظر گرفته بود‌. رمز در این‌باره می‌گوید‌: «این اتفاق کاملن برانگیزاننده بود‌، از این جهت که ببینیم طبیعت فکر می‌کند این روبات بخشی از طبیعت است‌.»

تیم دل فلای در تمام دنیا تنها تیمی است که در حال کار کردن برای تهیه روبات‌های حشره‌ای کوچک و مینیاتوری با وسیله‌های هوایی بدون سرنشین ( یو ای وی ) هستند‌. در بین حشراتی که این تیم تولید می‌کند می‌توان به حشرات مشابه سازی شده‌ای اشاره کرد که مانند هواپیما پرواز می‌کنند و حشراتی که مانند هلی‌کوپتر هستند‌. آن‌ها ساخته شدند تا مکان‌های خطرناکی را که انسان‌ها نمی‌توانند به آن‌جا بروند‌، بازرسی کنند‌. مانند ساختمان‌های سوخته‌، معادن فرو ریخته و نشت کردن مواد شیمیایی‌. این حشرات جاسوس اطلاعات با ارزشی را از این‌گونه مکان‌های خطرناک برای ما فراهم می‌کنند.

اما هنوز برای طراحی این وسیله پرنده چالش‌های بزرگی وجود دارد‌. تیم دل فلای تا کنون پیشرفت جزیی برای هدفشان داشتند‌. هدف آن‌ها این است که یک پرنده تمام اتوماتیک بسازند که خودش بتواند داخل ساختمان‌های ناشناس را بررسی و جستجو کند‌. استفاده کردن از دو دوربین مینیاتوری که یکی از آن‌ها پرنده را به جلو هدایت می‌کند و دیگری رو به پایین است‌، موجب می‌شود دل فلای 2 به موانع برخورد نکند‌. این کار از این طریق انجام می‌شود که دوربین‌ها مقدار فاصله تا موانع را نشان می‌دهند و هم‌چنین خصوصیات زمین را دنبال می‌کنند‌. اما با این حال هنوز به هدایت انسانی با کنترل از راه دور نیازمند است.

دوربین‌ها هم‌چنین کمک می‌کنند تا هنگام دور زدن این پرنده تعادل خود را از دست ندهد‌، بدون این‌که نیاز باشد از ژیروسکوپ استفاده کند‌. پابگته کنترل کننده تمامی تصاویر را به نمایش در می‌آورد‌. «ریک ریچسینگ» یکی از طراحان دل فلای می‌گوید‌: «ما تلاش داریم تا قطعات اضافی دیگری به این پرنده اضافه نکنیم، چون منجر به افزایش وزن و افزایش مصرف انرژی این پرنده شده و موجب پیچیده‌تر شدن سیستم می‌شود.

هر چه کوچک‌تر، بهتر

کوچک‌تر از دل فلای 2‌، میکرو دل فلای است که فقط 3 گرم وزن دارد که شامل یک دوربین و طول بالی به اندازه 10 سانتی‌متر است. هر چه‌قدر این وسیله پرنده کوچک‌تر شود‌، به حداکثر رساندن کارایی آن سخت‌تر و بحرانی‌تر و ساختن آن مشکل‌تر می‌شود‌. شکل دادن جریان هوا در اطراف بال‌ها هم به عنوان یک چالش باقی مانده است‌. در حرکت بال و پر زدن دل فلای‌، بال‌ها هنگام بالا آمدن به هم برخورد می‌کنند و سپس به سمت پایین از هم جدا می‌شوند‌. این کار که تقلیدی از شیوه پرواز حشرات است‌، شکل دادن آن در عمل بسیار مشکل است‌. تا این‌جای کار میکرو دل فلای می‌تواند به سمت جلو حرکت کند‌، اما برخلاف دل فلای 2 درجا پرواز کردن و یا ثابت بودن روی هوا و پرواز به سمت عقب نیاز به فرماندهی دارد‌. ریچسینگ در این‌باره می‌گوید: «امیدواریم امسال بتوانیم مشکل فرماندهی این سیستم برای حرکت به عقب و همین‌طور پرواز در حالت ثابت را حل کنیم.»

حشرات تمام اتوماتیکی که خودشان به تنهایی قادر به پرواز باشند می‌توانند تا سال 2018 گسترش یابند و به بهره‌برداری برسند.

اما شکارچیانی که دل فلای را به عنوان یک مزاحم می‌بینند، احتمالن از پرنده ساخته شده توسط تیم تحقیقاتی دانشگاه مریلند آمریکا کم‌تر خشمکین و تحریک شوند‌. مدل سازی این ربات پرنده پس از زمانی نهایی شد که در یک آزمایش طراحان دانه درخت افرا را روی یکی از بال‌های آن الصاق کردند و گذاشتند تا در هوا شروع به چرخیدن کند‌، در حالی که هیچ پرنده برای خوردن آن اقدام نکرد. پس از آن محققان این دانشگاه برای الهام گرفتن از طبیعت به آن نگاه کردند و به همین خاطر متوجه شدند‌، تلاشی که برای تولید این یو ای وی کردند و آن را بر اساس مدل هلیکوپتر طراحی کردند ، موجب شده طراحی آنان زیادی پیچیده  شده موثر نباشد.

«اوان آر اورلیچ» فارغ‌التحصیل رشته هوا‌فضا و یکی از هم‌کاران مخترع روبات پرنده نیز می‌گوید: «چیز منحصر به فردی که در مورد دانه‌های درخت افرا وجود دارد این است که هیچ قسمتی از جسم آن‌ها مخصوص پرواز نیست ولی آن‌ها به راحتی در هوا پرواز می‌کنند‌. در حالی که سایر حشرات در طبیعت مکانیزم خیلی خیلی پیچیده‌ای دارند که هنوز ما کاملن از آن سر در نیاوردیم.»

لئوناردو داوینچی که در سال 1500 میلادی بال پرنده خود را طراحی کرده بود‌، می‌توانست با دیدن میکرو خفاش پرنده‌ای که در عکس می‌بینید به هیجان در بیاید‌. اولین هواپیمایى که در آن بال‌ها حول محورى نوسان می‌کنند ولى دوران نمی‌کنند با نام «ارنیتوپتر» که به اندازه یک دست است در جهان ساخته شده که همین میکرو خفاشی است که در عکس می‌بینید‌. اگر همه چیز در طول تست‌های پروازی خوب پیش برود‌، ممکن است این وسیله پرنده کوچک تنها منهدم کننده بمب باشد که ما به آن احتیاج داریم.

سیستم مبارزه یک پیاده نظام شامل لباس‌، اسلحه‌، تجهیزات و یک یو ای وی یا همان روبات پرنده مینیاتوری است که به آن «اودین» گفته می‌شود که بر اساس افسانه‌های اسکاندیناوی اودین نام خدای خدایان بوده است (در عکس بالایی این پرنده را می‌بینید که در حالت ثابت و بدون حرکت در هوا پرواز می‌کند). ایستادن در هوا یک چالش مهم برای دل فلای کوچک است. (عکس دل فلای در بالا سمت چپ زیر عکس اصلی قرار دارد) . اما این‌گونه ثابت ماندن در هوا برای «روبوسید» که شبیه دانه درخت افرا ساخته شده مشکلی نیست. ( که عکس آن را در بالا سمت راست می‌بینید ). اما علی‌رغم محدودیت‌هایی که دارند هنوز هم برای جاسوسی کردن مفید هستند

پروفسور «روبرت میچلسون» که مهندس تحقیقات عمده است و به صورت افتخاری در موسسه تکنولوژیکی جرجیا فعالیت می‌کند، معتقد است‌: «این حشرات کامپیوتری موانع قابل توجهی دارند‌.» پروفسور روبرت نتایج تحقیقات «برنامه‌های ممز» را برای آژانس تحقیقاتی دارپا وابسته به وزارت دفاع به نمایش درآورد‌. مشکل کلیدی این بود باید نسل هر حشره‌ای که قرار بود مورد استفاده قرار گیرد با تجهیزات الکترونیکی متناسب می‌شد تا مطمئن شویم همیشه تعدادی از آن‌ها هنگام نیاز در دسترس هستند‌. پروفسور روبرت میچلسون می‌گوید‌: «تصویر بزرگی که ما در ذهنمان داریم ساخت حشرات تمام روباتیک است.»

اولریچ و هم‌کارانش در مرحله اول به مطالعه نحوه پرواز دانه درخت افرا پرداختند‌. آن‌ها از دوربین‌هایی با سرعت بالا استفاده کردند و از پرواز دانه افرا در هوا فیلم گرفتند‌، تا بتوانند نمونه مصنوعی بسازند که درست مثل نمونه واقعی است و همان خصوصیات ایرودینامیکی را دارد‌. پس از ساخت این پرنده‌، یک دم به همراه یک ملخ کوچک به آن اضافه کردند تا این پرنده بتواند در هوا به راحتی بچرخد‌. در واقع با وجود این دم و ملخ نصب شده روی آن وسلیه پرنده می‌تواند هم ثابت روی هوا قرار بگیرد و هم کار ارتفاع گرفتن و کاهش ارتفاع و فرود را بر طبق دستوارتی که به آن داده می‌شود‌، انجام دهد‌. در نهایت هم برای این‌که پرنده بتواند افقی حرکت کند‌، یک محور زاویه‌دار با قابلیت تنظیم را روی بال آن نصب کردند.

حرکت این پرنده به سمت زمین بستگی به این مسئله دارد که زاویه اهرمی که روی بال آن نصب شده در چه وضعیتی باشد. این حرکت یا به صورت سقوط مستقیم به سمت پایین و یا به صورت چرخش مارپیچی است . در عین حال قطر و مدار حرکت چرخشی این پرنده به وسیله زاویه روی بال آن قابل کنترل است و هم‌چنین اجازه می‌دهد تا این پرنده در هر مسیری بتواند حرکت کند‌. مهندس اورلیچ این‌گونه توضیح می‌دهد‌: « اگر بخواهم که روبات پرنده به صورت مستقیم حرکت کند‌، من زوایه مناسب را به بال‌های آن می‌دهم. در این حالت وسیله پرنده یک قوس تشکیل می‌دهد و بدین صورت می‌تواند تقریبن به شکل مستقیم در مسیرهای کوتاه حرکت کند. اما برای این‌که این روبات پرنده که به شکل دانه درخت افرا ساخته شده بتواند در مسیر طولانی‌تری به شکل مستقیم پرواز کند‌، مسیر آن باید لحظه به لحظه بازنشانی شود تا حرکت قوس‌دار آن تصحیح شود.»

هم‌چنان‌که پرنده‌های بدون سرنشین کوچک‌تری در دسترس قرار می‌گیرند‌، نیروهای ارتش بیشتر تمایل پیدا می‌کنند که از این پرنده‌ها در محیط‌های شهری و داخل خانه‌ها استفاده کنند.

مهندس اورلیچ این روبوسید یا همان روبات پرنده که مانند دانه درخت افرا است را در اندازه‌های مختلفی ساخته است‌ که کوچک‌ترین آن 9.5 سانتی‌متر طول و 8.5 گرم وزن دارد که نیمی از وزن آن به خاطر باطری لیتیومی است که انرژی پرنده را تامین می‌کند‌. با وجودی که حتا این روبات‌های پرنده را می‌توان کوچک‌تر از این نیز ساخت‌، اما وزن باطری‌های مینیاتوری یک چالش فزاینده برای این کار محسوب می‌شود‌. چالش دیگر همین روبوسید ( روبات پرنده‌ای که شکل دانه افرا ساخته شده‌)، فیلم‌برداری آن است که باید هم‌زمان با حرکت دایمی چرخشی آن باشد. برای این کار نیاز به دوربین‌هایی است که بتوانند با نسبت و سرعت چرخش پرنده خود را هماهنگ کنند.

جهت این‌که بتوانیم توسعه این‌گونه هواپیماهای کنترل از راه دور را به سمت هر چه کوچک‌تر شدن پیش ببریم‌، هیچ‌کسی بهتر از پروفسور «روبرت وود» استاد دانشگاه هاروارد را نمی‌توانیم پیدا کنیم که به دنبال کوچک‌ترین انواع این پرنده‌هاست‌. وی سرپرستی یک تیم تحقیقاتی را در آزمایشگاه میکرو روبات‌ها در دانشگاه به عهده دارد‌. هدف این تیم طراحی یک هواپیمای روباتیک مینیاتوری تمام اتوماتیک است‌. آن روبات بر اساس آرایش و شکل حشرات دو بال مدل سازی شده است‌. در واقع این پرنده روباتیک از روی مگس معمولی و مگس میوه مدل‌سازی شده است‌. مدل فعلی 60 میلی‌گرم وزن دارد و هم‌چنین یک جفت بال به طول 15 میلی‌متر دارد که از فیبر کربن ساخته شده است که 120 بار در ثانیه این دو بال به هم برخورد می‌کنند‌. در ماه مارس 2007 ، این پرنده برای اولین‌بار پرواز کرد .‌

این پروژه هنوز مسیر طولانی برای پیمودن دارد‌. جهت دست‌یابی به هواپیمای بدون سرنشین تمام اتوماتیک‌، باید آن را مجهز به دستگاه‌های کنترل مسیر کرد‌. هم‌چنین نیاز به منبع انرژی سبک و قابل حمل و حس‌گرایی است که بتواند ثبات آن را حفظ کند و در هدایت آن موثر باشد‌. اضافه کردن یک باطری با اندازه مناسب به سادگی وزن چنین پرنده‌ای را دو برابر می‌کند‌. با این حال پروفسور وود پیش‌بینی می‌کند که حشرات روباتیک تمام اوتوماتیک تا سال 2018 آماده اعزام به ماموریت خواهند شد‌. اما تا آن موقع حشرات در دور و اطراف ما تنها به وز وز کردن مشغولند و فقط مزاحم سالاد میوه ما می‌شوند‌، اما به گفت‌وگوهای خصوصی ما کاری ندارند.

توانایی ارتش

بهترین یو ای وی یا همان هواپیماهای بدون سرنشین شناخته شده که توسط ارتش به کار برده می‌شوند‌، مانند نوعی از آن که به شکارچی معروف است می‌تواند صدها کیلومتر پرواز کند‌. این پرنده می‌تواند اطلاعاتی از موقعیت دشمن و نیروهای متخاصم برای ارتش گردآوری کند و می‌تواند اهداف مورد نظر را موشک باران کند‌. اما برای نیروهای پیاده نظام کار زیادی نمی‌تواند انجام دهد.

اما کمک رسانی به نیروهای پیاده نظام دقیقن همان چیزی است که پرنده کنترل از راه دور با نام وسپ 3 انجام می‌دهد‌. این پرنده به طور خاص 430 گرم وزن و 72 سانتی‌متر طول بال‌های آن است. با این حال این پرنده نه چندان کوچک‌، کوچک‌ترین نوعی است که توسط ارتش مورد استفاده قرار می‌گیرد . این هواپیما به یک دوربین رنگی مخصوص روز و یک دوربین مادون قرمز مخصوص دید در شب مجهز است‌. دوربین‌های این هواپیما به نیروهای زمینی کمک می‌کند تا بتوانند اتفاقاتی که در جلوی آن‌ها می‌افتد را ببینند‌. «استیون گیتلین» که سمت معاونت بازاریابی استراتژیک و ارتباطات شرکت ایرو وایرومنت (‌سازنده هواپیمای وسپ 3‌) را دارد می‌گوید‌: «این هواپیمای جاسوسی شخصی هر گروه نیروی زمینی محسوب می‌شود.»

شکل باریک و الکترو موتور بی‌صدای آن موجب می‌شود تا دیده بانی و جاسوسی آن به شدت بی‌صدا باشد‌. اما صدای مدلی که با گاز کار می‌کند بیشتر است و موجب می‌شود به دشمن هشدا دهد و حضور آن‌ها برای دشمن آشکار شود‌. دکتر «گابریل توررز» رهبر تیم وسپ 3 در شرکت ایرو وایرومنت می‌گوید‌: «این‌که بتوانیم همه چیز را ببینیم بدون این‌که حضور ما دیده شود و صدای ما شنیده شود از هر چیز دیگری مهم‌تر و با ارزش‌تر است‌.»

وسپ 3 به چهار قطعه تقسیم می‌شود و می‌توان آن را در یک جعبه جا داد و هم‌چنین به آسانی می‌توان آن‌ها را دوباره به هم وصل کرد‌. شرکت ایرو وایرومنت یک پرنده بزرگ‌تر ساخته که نام آن راون یا شکارچی سیاه است‌. این پرنده 1.4 متر طول بال و 1.9 کیلوگرم وزن دارد‌. این پرنده پرکارترین پرنده جهان است و 7000 عدد از این نوع توسط ارتش آمریکا مورد استفاده قرار می‌گیرد و سایر ارتش‌های جهان نیز از این نوع استفاده می‌کنند‌.

دستگاه کنترل از راه دور هر دو نوع پرنده یعنی وسپ 3 و شکارچی سیاه به یک شکل است‌. هر دو یک جوی استیک یا دسته فرمان دارند که برای تغییر مسیر پرنده به کار می‌رود و یک صفحه 18 سانتی‌متری دارد که تصاویر ویدئویی دوربین هواپیما را به نمایش می‌گذارد‌. هم‌چنین می‌توان مسیر حرکت این پرنده را با دستگاه جی پی اس دوباره برنامه‌ریزی کرد‌. این هواپیما طوری طراحی شده است که با کم‌ترین آموزش بتوان آن را به پرواز درآورد‌. دکتر «تورر» رهبر تیم طراحی هواپیما می‌گوید‌: «این هواپیما تمامی کارهای سخت را انجام می‌دهد و اپراتور می‌تواند هواپیما را به هر سمتی که می‌خواهد هدایت کند‌، بدون این‌که نگران سرعت باد باشد یا این‌که نگران از حرکت ایستادن و یا دور زدن آن در هوا باشد.»

مصارف ابداعی از هواپیما

هر چه تعداد و تنوع این هواپیماهای بدون سرنشین بیشتر می‌شود‌، نیروهای نظامی راه‌های متنوع بیشتری برای استفاده از آن پیدا می‌کنند‌. پروانه‌های هواپیمای شکارچی سیاه که در پشت بال‌های آن قرار دارد موجب شده تا این پرنده از مدل وسپ 3 پر سر و صداتر باشد‌. اما در صورتی که در ارتفاع مناسب قرار بگیرد می‌تواند به شکل ناشناس باقی بماند‌. با این حال گاهی اوقات اپراتور مجبور می‌شود شکارچی سیاه را در ارتفاع پایین در شب‌ها پرواز دهد تا بتواند به سمت دشمن شلیک کند و از این طریق موقعیت دشمن نیز برای سربازان آشکار می‌شود‌. «گیتلین» معاون شرکت ایرو وایرومنت نیز می‌گوید‌: «وقتی چنین ظرفیتی را در اختیار انسان قرار می‌دهیم‌، آن‌ها به شکل باورنکردنی جهت استفاده از هواپیما خلاق می‌شوند‌. البته هیچ کدام از یو ای وی‌های مینیاتوری در دسترس مسلح نیستند‌. با این وجود شرکت ایرو وایرومنت یکی از آن‌ها را تهیه کرده که معروف به نوع ضامن‌دار آن است‌. این هواپیما هم اندازه وسپ 3 است که علت آن این است که به عنوان موشک از آن استفاده می‌شود‌. وقتی اپراتور یک هدف را نشانه می‌رود این سوئیچ یا ضامن مسیر خود را به سمت هدف تغییر داده و به سمت آن پرواز می‌کند و هنگام  برخورد به هدف منفجر می‌شود.

یو ای وی‌های مینیاتوری که در حال حاضر توسط ارتش مورد استفاده قرار می‌گیرند برای بررسی و جستجوهای داخلی زیادی بزرگ هستند‌. اما به محض این‌که مدل‌های کوچک‌تر آماده استفاده شوند‌، ارتش مایل به به کار بردن آن‌ها در عملیات نظامی است‌. بن کریستی متصدی موزه هوایی که بخش از موزه مربوط به نیروی ویژه تکاوران دریایی آمریکا در ایالت ویرجینیا است می‌گوید‌: «برخی از خطرناک‌ترین ماموریت‌های نظامی مربوط به موقعیت‌های مسطح شهری و منازل مسکونی است‌. این نوع عملیات در شهر مورد علاقه پدافندها است که می‌توانند محل دقیق آدم بدها رو ببینند بدون این‌که مجبور باشند از در اصلی یا ورودی محل اختفای آن‌ها رد بشوند … این نوع یو ای وی‌های مینیاتوری که در آینده در دسترس قرار می گیرند برای چنین عملیات‌های شهری می‌توانند خیلی مفید باشند.»

منبع: مجله‌ی دیسکاوری

نویسنده: دنیل وایز

«نوشته فوق می تواند نظر نویسنده باشد و الزامن نظر رادیو کوچه نیست»

|

TAGS: , , , , , , , ,