آشنایی با گستره کاربرد ربات های پرنده
به زودی نه تنها در عرصه نظامی بلکه در عملیات های امدادی و کمک رسانی به مردم نیز از حشرات کوچک رباتیک که MAV نامیده می شوند، استفاده خواهد شد.
وزارت دفاع ایالات متحده تاکنون بیش از سی میلیون دلار برای طراحی و ساخت این ربات های کوچک هزینه کرده است. از آنجا که استفاده از این ربات های کوچک، بهترین راه حفاظت نیروها از خطرات موجود در عملیات های شناسایی است، سازمان پروژه های تحقیقات دفاع پیشرفت ایالات متحده (DARPA) از چندین گروه تحقیقاتی برای ساخت ربات هایی که طول، عرض و ارتفاع شان کمتر از 20 سانتی متر باشد، حمایت مالی به عمل آورده است.
در واقع این ربات های پرنده، کوچک ترین هواپیماهای بدون سرنشین هستند که تاکنون ساخته شده اند.
این ربات های کوچک پرنده به تقلید از حرکات پرواز و نحوه بال زدن برخی از حشرات (از جمله سنجاقک، زنبور عسل و مگس) طراحی شده اند. به طور مثال پرواز مگس نکات بسیار زیادی از علم هوانوردی را به بشر یاد می دهد که بسیاری از آنها را نمی توان با بررسی بال های ثابت هواپیماها یاد گرفت زیرا اصول و قواعد پرواز حشرات و حرکت بال های آنها، از اصول و قواعد موجود برای پرواز با بال های ثابت هواپیما متفاوت است.
«مایکل دکینسون» استاد زیست شناسی دانشگاه برکلی کالیفرنیا در این زمینه می گوید: «می توان به سادگی ثابت که زنبور عسل هرگز پرواز نمی کند چرا که اگر تئوری بال های ثابت را در مورد بال های حشرات هم به کار بریم می توان محاسب کرد که پرواز این حشرات غیرممکن است، بنابراین به طور حتم باید از دئوری دیگری درباره اثبات چگونگی پرواز این حشرات استفاده کرد.» پروفسور دکینسون یکی از اعضای گروه مربوط به برنامه MFI یا حشرات پرنده میکرومکانیکی است. وظیفه دکینسون و همکارانش در این پروژه، ساخت ربات های کوچک پرنده یی است که از اصول پرواز حشرات در طراحی آنها استفاده شده است.
این پروژه با همکاری سازمان طرح های تحقیقاتی دفاع پیشرفته در حال انجام است.
حشره رباتیکی که اعضای برنامه تحقیقاتی MFI (پرنده میکرومکانیکی) آن را طراحی کرده اند و به زودی ساخت آن به اتمام می رسد، تنها 15 تا 25 میلی متر عرض خواهد داشت که حتی از اندازه های مورد نظر سازمان برنامه های تحقیقاتی هم کوچک تر است و در آن از بال های ثابت استفاده نشده است.
شاید جالب باشد که بدانید هواپیما نیروی لازم برای بلند شدن از زمین به دلیل وجود جریان هوای سریع تر در بالای بال ها نسبت به قسمت پایین آنها تولید می کند. این سیستم در هواپیماها به «آیرودینامیک دائمی» معروف است. ولی بدون شک هیچ زنبور یا سنجاقکی از چنین سیستمی برای پرواز استفاده نمی کند زیرا بال های آنها همواره در حرکت است. به گفته «جان وانگ» فیزیکدان کالج مهندسی کورنل امریکا، برعکس پرواز هواپیماهای با بال ثابت، حشرات در میان انبوهی از حلقه های جریان هوا که با حرکت دادن بال هایشان تولید کرده اند، پرواز می کنند. جریان هوای موجود در این حلقه ها در جهت مخالف جریان هوای اصلی حرکت می کند و در اصل همین حلقه های جریان هوا هستند که به حشرات قدرت پرواز می دهند. دکینسون همچنین معتقد است که درک مکانیسم پرواز حشرات و بهره گیری از آن در ساخت حشرات رباتیک بسیار مفید بوده است.
در حال حاضر دو پروژه بزرگ «ربات های پرنده» تحت حمایت مالی آژانس تحقیقات دفاع پیشرفته در حال انجام است و مراحل پایانی ساخت را می گذراند. یکی از این پروژه ها برنامه گروه پروفسور دکینسون است و طرح دیگر را پروفسور «رابرت میشلسن» هدایت می کند. یعنی دقیقاً زمانی که دکینسون در حال ساخت حشرات میکرومکانیکی در دانشگاه کالیفرنیا بود، رابرت میشلسن هم در مجتمع فناوری «جورجیا» مشغول فعالیت روی پروژه انتومتر بود.
حشرات رباتی
در اواسط سال 2000 میلادی اداره ثبت اختراعات فنی ایالات متحده (IEEE) ربات الکترومکانیکی چند منظوره رابرت میشلسن را با نام «انتومتر» و به نام موسسه فنی جورجیا به ثبت رساند. این ربات پرنده به منظور فعالیت در محیط های نظامی و همچنین کمک رسانی و با الهام از نوع باز و بسته کردن بال پرندگان طراحی شده بود. ربات الکترومکانیکی انتومتر از یک واکنش شیمیایی نیرو می گیرد.
به این شکل که یک سوخت در داخل بدنه آن ریخته شده و به وسیله آن یک واکنش شیمیایی رخ داده و گازی آزاد می شود.
فشار حاصل از این گاز به پیستون داخل بدنه که به بال ها متصل است نیرو وارد کرده و باعث به حرکت درآمدن بال ها می شود. ضمن اینکه قسمتی از گاز هم از راه دریچه موجود در بال ها خارج می شود. در حال حاضر این ربات پرنده با توجه به تغییراتی که در آن ایجاد شده کمتر از 20 سانتی متر پهنای بال دارد. در وسیله یی با این ابعاد هر قسمت باید وظیفه خاصی انجام دهد. به طور نمونه یک آنتن رادیویی که به این وسیله وصل است در عین حال که عامل ایجاد تعادل در هنگام پرواز آن است، کار مخابراتی و دریافت پیام را هم انجام می دهد یا پاهای این ربات که علاوه بر تعادل، وسیله یی برای ذخیره سوخت هم هست.
سازمان تحقیقات دفاع پیشرفته تاکنون بیش از سی میلیون دلار برای ساخت حشرات رباتی، سرمایه گذاری کرده است. محققان برای ساخت این ربات ها آزمایش های بسیاری برای شناخت نوع پرواز حشرات انجام دادند. به طول مثال حسگرهای برای اندازه گیری نیروی بال ها به آنها متصل شده است. محرک فیزوالکتریک که باعث به حرکت درآوردن بال ها خواهد شد، با انرژی خورشید فعال می شود.این ربات های پرنده اکنون مراحل پایانی آزمایش های خود را طی می کنند و توانسته اند بیش از 90 درصد از نیرویی را که برای پرواز نیاز دارند به وسیله عملکرد بال های خود به دست آورند.
گام بعدی در کامل تر ساختن این ربات اضافه کردن بخش کنترل پرواز و ارتباط برای کنترل از راه دور آن بود. بدون شک با توجه به حمایت هایی که سازمان تحقیقات دفاع پیشرفته از این سرح به عمل آورده است، اولین استفاده از این ربات ها در عملیات های جاسوسی خواهد بود. از این حشرات رباتی می توان در مأموریت های شناسایی استفاده کرد که به وسیله سربازان کنترل می شوند. از این ربات ها فقط برای تصویربرداری از تحرکات نیروهای دشمن استفاده نمی شود بلکه می توان روی تانک، نفربر یا هر وسیله نظامی دیگری یک برچسب الکترونیکی نصب کرد تا نیروهای خودی به راحتی آنها را هدف بگیرند.
پیشرفت های حاصل شده در میکروتکنولوژی، به خصوص در زمینه سیستم های میکروالکترومکانیکی باعث قدرتمندتر شدن این ربات ها شده است. به طور مثال میکروسیستم هایی مانند دوربین های ccd-array، حسگرهای کوچک مادون قرمز و نیز ردبپای کوچک با ظرافت خاصی به سادگی در ساختار این ربات ها جای گرفته اند. ضمن اینکه این ربات ها باید برای عملکرد عالی، دارای دامنه پروازی معادل 10 کیلومتر باشند و محدودیتی برای پرواز در شب نداشته باشند و حداقل یک ساعت در آسمان پرواز کنند. ضمن اینکه سرعت ایده آل برای آنها 70 تا 100 کیلومتر در ساعت است. این پرنده های کوچک رباتی به وسیله ایستگاه های زمینی که به آنتن های مخصوصی برای هدایت آنها مجهز هستند، کنترل می شوند.
فعالیت این ربات ها تنها در عرصه نظامی نیست بلکه قرار است نسل جدید کاوشگران فضا نیر باشند. در واقع سازمان فضایی ناسا به قدرت و توانایی های آنها پی برده است و به منظور استفاده از آنها به عنوان کاوشگر در مریخ از مؤسسه تحقیقاتی جورجیا، حمایت مالی به عمل آورده است. حشرات رباتی مزیت های بسیار زیادی برای استفاده در امور فضایی برای ناسا خواهند داشت. البته انتومترها برای استفاده در مریخ باید در اندازه یی بزرگ تر ساخته شوند و پهنای بال آنها هم حداقل یک متر باشد تا بتوانند در اتمسفر مریخ به پرواز درآیند.
این حشرات رباتی پس از وقوع بلایای طبیعی مانند سیل، زلزله و ... نیز کاربردی فوق العاده خواهند داشت. به این دلیل که به کمک اندازه کوچک خود به راحتی بر فراز مناطق آسیب دیده به پرواز در می آیند و می توانند به مکان هایی که هیچ چیزی نمی تواند در آن نفوذ کند، رفته و به جست و جوی افراد آسیب دیده بپردازند.
از دیگر کاربردهای مهم این ربات های پرنده کنترل ترافیک در شهرهای پر جمعیت است. ضمن اینکه در گشت زنی های مرزی و عملیات های مهم پلیسی بسیار قابل اعتماد هستند.
ظهور این ربات های پرنده موجب کاهش حضور انسان ها در محیط های پرخطر شده و مأموریت های خطرناک به ویژه امدادرسانی در مناطق تخریب شده بر عهده این میکروربات ها خواهد بود.