باحثون في MIT يقدّمون SANDO، مخطِّط مسارات للطائرات المسيّرة بضمان رسمي لتفادي الاصطدام

وصف باحثون في MIT مخطِّطًا لمسارات الطائرات بدون طيار يُسمّى SANDO، وهو اختصار لعبارة Safe AutoNomous trajectory planning for Dynamic unknOwn environments (التخطيط الآمن والمستقل للمسارات في البيئات الديناميكية المجهولة). ووفقًا لموقع MIT News، الذي أعلن عن العمل في 7 أكتوبر، يرسم النظام طريقًا عبر محيط لم يسبق للطائرة المسيّرة أن رسمت خريطته، حتى عندما تتحرك الأجسام فيه بطرق لا يستطيع أحد التنبؤ بها، وقد أثبت الفريق رياضيًا أن المسارات الناتجة تتجنب الاصطدامات. ونُشرت الورقة البحثية في مجلة IEEE Transactions on Robotics. ويشير الباحثون إلى استخدامات مثل رحلات البحث والإنقاذ داخل المباني المنهارة، أو استكشاف شبكات الأنفاق المخفية في المناجم، أو توصيل الطرود في الأحياء المزدحمة.

تحوّل المخطِّطات من هذا النوع بيانات الكاميرا وأجهزة الاستشعار في الطائرة إلى مسار نحو هدفها. ويقول MIT إن معظم المخطِّطات الحالية إما تفترض أن العوائق في المساحة المجهولة تبقى ثابتة، وإما تتفادى العوائق المتحركة دون أي وعد رسمي بعدم وقوع اصطدام؛ أما الأنظمة الواسعة الاستخدام التي تقدّم مثل هذه الضمانات فتحتاج عمومًا إلى مشهد ثابت أو إلى عوائق معروفة مسبقًا. وبحسب الباحثين، فإن التحقق من كل اصطدام محتمل في مشهد متغير سيكون أبطأ من أن يصلح للاستخدام العملي. ويلخّص المؤلف الرئيسي كوتا كوندو الأمر على هذا النحو في إعلان MIT: «في بيئة ديناميكية مجهولة، ليس لديك كثير من الافتراضات التي يمكنك الاعتماد عليها».

يبني SANDO أولًا ممرّ أمان، وهو سلسلة من المناطق المتصلة ثلاثية الأبعاد (3D) الخالية من العوائق التي يمكن للطائرة المسيّرة أن تطير عبرها. وعلى خلاف الممرات السابقة، يتغير هذا الممر مع الزمن. وتكتشف وحدة مخصّصة العوائق المتحركة وتجمّعها وتتتبعها لتقدير الوجهة التي تتجه إليها. ولأن مسارها المستقبلي الدقيق غير معروف، يأخذ المخطِّط السرعة القصوى لكل عائق، ويحسب المسافة التي يمكن أن يبلغها خلال زمن معيّن، ويحيطه بكرة تغطي كل نقطة يمكن أن يصل إليها؛ ثم يُشكَّل الممر حول تلك الكرات. ويحدّد مخطِّط قائم على خريطة حرارية المناطق المزدحمة «الساخنة» لتوجيه الطائرة المسيّرة بعيدًا عنها. وداخل الممر، يبحث SANDO عن أسرع طريق إلى الهدف ويواصل تعديل كلٍّ من الممر والمسار أثناء الطيران. وقد بسّط الفريق عملية التحسين الأساسية كي يتمكن الحاسوب المدمج على متن الطائرة من إعادة التخطيط بسرعة.

في عمليات المحاكاة، وفقًا لما أفاد به الباحثون، بلغ SANDO هدفه أسرع من عدة أنظمة من أحدث ما توصلت إليه التقنية، ولم يسجّل أي اصطدام في أيٍّ من البيئات التي اختُبر فيها. وفي 12 رحلة تجريبية بطائرة بدون طيار حقيقية، وبالعمل على حاسوب الطائرة وأجهزة استشعارها الخاصة، تجنّب جميع العوائق المتحركة. ويقول كوندو: «كان الجزء الأصعب في تطوير SANDO هو الرياضيات». وقد كتب كوندو، الذي أنهى مؤخرًا درجة الدكتوراه في هندسة الطيران والفضاء في MIT، الورقة مع خيسوس تورديسياس، الأستاذ المساعد حاليًا في جامعة كومياس البابوية في مدريد، وثلاثة من طلاب الدراسات العليا في MIT هم خوان راشد وليلي صن وييشوان جيا. أما المؤلف الأقدم فهو جوناثان ب. هاو، الذي يعمل في مختبر أنظمة المعلومات والقرار (LIDS) وفي مختبر التحكم في الطيران والفضاء التابعين لـMIT. وقد موّلت وكالة العلوم والتكنولوجيا الدفاعية في سنغافورة العمل جزئيًا.

لخّص في قاو من جامعة تشجيانغ في الصين، وهو أستاذ مشارك لم يكن له دور في المشروع، المشكلة التي يستهدفها المخطِّط بقوله: «المسار الذي يكون آمنًا عند تخطيطه قد يصبح غير آمن مع تغيّر البيئة». وينسب الفضل إلى ممرات الطيران المتغيرة مع الزمن في SANDO، وتحسين المسارات بقيود صارمة، والاختبارات على العتاد الفعلي، في تقديم نهج عملي للبيئات الديناميكية المعقدة. وكخطوات تالية، يقول الباحثون إنهم قد يجعلون SANDO أقل تطلبًا من حيث الحوسبة، ويقرنونه بنماذج التعلم الآلي كي يتمكن المستخدمون من إعطاء الروبوت تعليمات بلغة بسيطة. كما يورد MIT News رابطًا إلى شيفرة SANDO بجانب الورقة البحثية.