به گزارش خبرگزاری صدا و سیما ، این دستگاههای کوچک، که اغلب اندازهای در حد کف دست یا حتی کوچکتر دارند، در ابتدا بیشتر یک مفهوم علمی-تخیلی بودند، اما امروزه به لطف پیشرفتهای شگفت انگیز در زمینه علم مواد، میکروالکترونیک و به ویژه هوش مصنوعی.به سرعت در حال تبدیل شدن به واقعیتی کاربردی و انقالبی هستند. هسته اصلی این تحول را بدون شک میتوان هوش مصنوعی دانست؛ عاملی که این پرندههای کوچک را از اشیایی ساده و کنترلشده از راه دور به موجوداتی خودمختار.سازگارپذیر و هوشمند تبدیل کرده است.
چالشهای فیزیکی و دینامیکی پرواز در مقیاس کوچک بسیار پیچیده است؛ در این ابعاد، هوا، و عوامل محیطی مانند بادهای جزئی و turbulence میتواند به راحتی مسیر پرواز را مختل کند. یک کنترلر انسانی از راه دور به سختی میتواند با این تغییرات سریع و نامحسوس کنار بیاید، و این دقیقا ً جایی است که هوش مصنوعی وارد صحنه میشود.
الگوریتمهای یادگیری ماشین و به ویژه یادگیری تقویتی عمیق (Deep Reinforcement Learning) به ریزپرندهها این توانایی را میدهند که چگونه پرواز کردن را خودشان یاد بگیرند.
محققان با شبیه سازیهای کامپیوتری پیشرفته. میلیونها ساعت پرواز مجازی را در محیطهای مختلف شبیهسازی میکنند و به ریزپرنده اجازه میدهند تا از طریق آزمون و خطا، یک «سیاست پرواز» (policy) بهینه را برای خودش استخراج کند. این سیاست، که در نهایت در قالب یک شبکه عصبی کوچک و بهینهشده بر روی تراشهی onboard ریزپرنده بارگذاری میشود، به آن توانایی میدهد تا در کسری از ثانیه به تغییرات محیطینشان دهد، تعادل خود را حفظ کند، از موانع اجتناب کند و به صورت کامل ً مستقل به سمت هدف ناوبری کند.
علاوه بر کنترل پرواز، هوش مصنوعی بینایی کامپیوتر (Computer Vision) را نیز برای ریزپرندهها به ارمغان میآورد. دوربینهای کوچک و سبکوزن که روی این دستگاهها نصب میشوند، با کمک الگوریتمهای پردازش تصویر، به ریزپرنده توانایی «دیدن» و «درک کردن» محیط اطرافش را میدهند. این امر پایه و اساس ناوبری مستقل (Autonomous Navigation) است. یک ریزپرنده هوشمند میتواند نقشهای از یک محیط ناشناخته در لحظه ایجاد کند (SLAM:Simultaneous Localization and Mapping) مکان خود را در آن نقشهکند، و مسیری بهینه برای رسیدن به یک نقطه خاص پیدا کند.
این قابلیت، آنها را برای مأموریتهایی در فضاهای بسته و پیچیده، مانند داخل ساختمانهای فرو ریخته، لولههای صنعتی یا جنگلهای انبوه، ایدهآل میسازد.
یکی دیگر از حوزههای کلیدی، بهینه سازی مصرف انرژی است. باتریهای ریزپرندهها بسیار کوچک و ظرفیت آنها محدود است. هوش مصنوعی میتواند با تحلیل الگوهای پرواز و شرایط محیطی، مسیرهایی را پیشنهاد دهد که کمترین میزان انرژی را مصرف کنند یا حتی به ریزپرنده یاد بدهد که چگونه از جریانهای هوایی مالیم برای سر خوردن و ذخیره انرژی استفاده کند، که این امر به طور چشمگیری بردو مدت زمان پرواز آنها را افزایش میدهد. حال، با در نظر گرفتن این تواناییها، کاربردهای ریزپرندههای هوشمند تقریبا ً نامحدود به نظر میرسد.
در حوزه امداد و نجات، گروهی از این ریزپرندهها میتوانند به صورت هماهنگ و swarm-like یک منطقه وسیع disaster zone را جستوجو کنند، بازماندگان را با استفاده از حسگرهای حرارتی شناسایی کنند و موقعیت دقیق آنها را به تیمهای نجات ارسال کنند، بدون اینکه جان امدادگران به خطر بیفتد. در کشاورزی دقیق، آنها میتوانند با پرواز در ارتفاع پایین روی مزارع، با دوربینهای چندطیفی سالمت هر گیاه را به دقت بررسی کنند، مناطق آفتزده یا نیازمند آب را شناسایی کرده و حتی به صورت نقطهای آفتکش یا کود پخش کنند، که این امر منجر به افزایش بازدهی و کاهش چشمگیر مصرف مواد شیمیایی میشود.
در صنعت بازرسی و نظارت، ریزپرندههای مجهز به هوش مصنوعی میتوانند به داخل سازههای خطرناک مانند توربینهای بادی، پلها. خطوط لوله نفت و گاز و یا راکتورهای هستهای پرواز کنند و با دقتی فراتر از انسان، به جستجوی ترکهای ریز. خوردگی و سایر نقصهای ساختاری بپردازند. در نظامی و امنیتی نیز برای عملیات شناسایی، نظارت و نظارت بر میدان نبرد در محیطهای شهری پیچیده مورد استفاده قرار می گیرند.
با این حال، این فناوری قدرتمند چالشها و نگرانیهای عمیقی نیز به همراه دارد. مسئله حریم خصوصی یکی از بزرگترین دغدغههاست؛ ریزپرندههای کوچک و تقریبا ً نامرئی میتوانند بدون اینکه کسی متوجه شود، به حریم خصوصی افراد نفوذ کنند. عالوه بر این، استفاده نظامی و امکان به کارگیری آنها به عنوان سالحهای خودمختار، questions اخالقی و انسانی بزرگی را درباره آینده جنگ و مسئولیت پذیری ایجاد میکند. امنیت سایبری نیز یک نقطه ضعف بزرگ است؛ هک کردن یک swarm از ریزپرندههای هوشمند میتواند عواقب فاجعه باری به دنبال داشته باشد.
از نظر فنی نیز، پیشرفتهای چشمگیری حاصل شده، اما هنوز چالشهایی مانند افزایش زمان پرواز، بهبود استحکام در برابر شرایط آب و هوایی سخت، و افزایش قابلیتهای پردازشی onboard بدون افزایش وزن و مصرف انرژی وجود دارد.
آینده ریزپرندهها در گرو توسعه هرچه بیشتر الگوریتمهای هوش مصنوعی است که نه تنها هوشمندتر، بلکه کارآمدتر و قابل اعتمادتر هستند. تمرکز بر روی هوش جمعی (Swarm Intelligence) یکی از جالبترین مسیرهای آینده است؛ جایی که هزاران ریزپرنده به صورت کامال ً خودمختار و با minimum ارتباط با یکدیگر همکاری می کنند تا یک mission پیچیده را مانند یک کلونی زنبور عسل یا دسته پرندگان به انجام برسانند. این امر نیازمند الگوریتمهای توزیع شده پیشرفتهای است که بتوانند هماهنگی، تقسیم کار و انعطافپذیری را در مقیاس بزرگ مدیریت کنند.
به طور خالصه، ترکیب ریزپرندهها و هوش مصنوعی یک همگرایی تحولآفرین است که مرزهای بین دنیای فیزیکی و دیجیتال را محو می کند. این فناوری نه تنها توانایی بازتعریف صنایع و خدمات مختلف را دارد، بلکه سؤاالت بنیادینی درباره
رابطه انسان و ماشین، حریم خصوصی و امنیت در آیندهای بسیار نزدیک مطرح میکند. هوش مصنوعی است که به این مخلوقات کوچک جان می بخشد و آنها را از یک ماشین پرواز ساده به یک دستیار هوشمند، یک چشم بینا و یک ابزار قدرتمند برای کشف و تعامل با جهان در مقیاسی کامال ً جدید تبدیل می کند.
ریزپرندهها و بینایی ماشین
بینایی ماشین، به عنوان چشمهای دیجیتال و مغز پردازشگر ریزپرندهها، نقشی تعیینکننده و حیاتی در تبدیل این دستگاههای کوچک از اشیایی ساده به موجوداتی خودمختار و هوشمند ایفا میکند. در حقیقت، بدون بینایی ماشین، یک ریزپرنده تنها میتواند یک پرنده مکانیکی کنترلشده از راه دور باشد که فاقد هرگونه درک از محیط اطراف خود است.
چالش اصلی ریزپرنده ها، پرواز در دنیای واقعی با تمام پیچیدگیها و غیرقابلپیشبینیهای آن است؛ دنیایی که پر از موانع ثابت و متحرک، تغییرات ناگهانی نور و شرایط آبوهوایی گوناگون است. بینایی ماشینبا استفاده از دوربینهای کوچک، سبکوزن و کم مصرفی که بر روی بدنه ریزپرنده نصب می شوند، این توانایی را فراهم می آورد تا ریزپرنده بتواند محیط خود را ببیند، دادههای بصری را ثبت کند و سپس با پردازش این دادهها در لحظه، تصمیمهای هوشمندانه و فوری بگیرد.
هسته اصلی این فرآیند بر عهده الگوریتمهای پیشرفته پردازش تصویر و یادگیری عمیق است که بر روی پردازندههای بسیار کوچک و بهینهشده درون خود ریزپرنده اجرا میشوند. یکی از پایهایترین و مهمترین کارکردهای بینایی ماشین برای ریزپرندهها، توانایی ناوبری مستقل در محیطهای ناشناخته است.
الگوریتمهایی تحت عنوان "مکانیابی و نقشه برداری همزمان" به ریزپرنده اجازه میدهند تا همزمان با پرواز، با تحلیل تصاویر دریافتی از دوربین خود، یک نقشه سه بعدی از محیط اطرافش بسازد و موقعیت دقیق خود را در آن نقشه مشخص کند. این فناوری، همانند یک سیستم مسیریابی درونی عمل میکند که به ریزپرنده میگوید کجاست، از کجا آمده و برای رسیدن به نقطه هدف باید به کدام سمت حرکت کند. کارکرد حیاتی دیگر، تشخیص و اجتناب از موانع به صورت پویا و در کسری از ثانیه است.
الگوریتمهای بینایی ماشین آموزش دیدهاند تا با دقتی باال، اشیایی مانند دیوارها، درختان، مبلمان، پنجرهها و حتی انسانها یا حیوانات در حال حرکت را شناسایی کنند. هنگامی که یک مانع شناسایی شد، ریزپرنده بالفاصله مسیر خود را محاسبه کرده و بدون توقف یا کاهش سرعت، مسیری جدید و ایمن را در پیش می گیرد.
این قابلیت، پرواز در فضاهای شلوغ و پیچیده مانند داخل ساختمانها، انبارها و جنگلها را ممکن می سازد. فراتر از ناوبری ساده، بینایی ماشین به ریزپرندهها "بینش" می بخشد. به این معنی که آنها قادرند نه تنها به چیزی نگاه کنند. بلکه آن را "بفهمند". برای مثال، در کشاورزی دقیق، یک ریزپرنده مجهز به دوربینهای چندطیفی میتواند بر سلامت گیاهان نظارت کند.
الگوریتمهای بینایی ماشین با تحلیل تصاویر، میتوانند علائم استرس آبی، کمبود مواد مغذی یا شیوع بیماریها و آفات را در برگها تشخیص دهند، حتی پیش از آن که این مشکالت برای چشم انسان قابل مشاهده باشند.
در عملیات امداد و نجات، این فناوری میتواند به جستجوی الگوهای خاص لباس یا حتی تشخیص حرارت بدن بازماندگان در زیر آوار بپردازد.
در بازرسی از تأسیسات صنعتی مانند پلها یا خطوط لوله، بینایی ماشین قادر است ترکهای ریز، خوردگی، نشتی و سایر نقصهای ظاهری را با دقتی فوقالعاده شناسایی و ثبت کند. یکی از جذابترین جلوههای همکاری بینایی ماشین و ریزپرندهها، در پرواز دسته جمعی یا "گروهی" آنها مشاهده میشود.
در یک گروه هماهنگ. هر ریزپرنده با استفاده از بینایی ماشین، موقعیت دیگر اعضای گروه را ردیابی میکند. آنها با تبادل اطالعات بصری. میتوانند به صورت یک واحد یکپارچه عمل کنند، از برخورد با یکدیگر جلوگیری کنند و به صورت هماهنگ مانور دهند تا مأموریت خود را به بهترین شکل به انجام برسانند، گویی که یک ارگانیسم زنده واحد هستند. البته چالشهای فنی قابل توجهی در این مسیر وجود دارد. پردازش حجم عظیم دادههای تصویری در لحظه، به توان محاسباتی زیادی نیاز دارد، در حالی که ریزپرندهها به دلیل محدودیت شدید وزن و اندازه، از پردازندههای نسبتا ً ضعیفی برخوردارند.
همچنین تغییرات سریع نور، شرایط جوی نامساعد مانند مه یا باران، و وجود سطوح یکنواخت و فاقد بافت که تحلیل تصویر را دشوار میکنند، از دیگر موانع پیش رو هستند. با این حال، پیشرفتهای مداوم در طراحی الگوریتمهای بهینهتر و کارآمدتر، و همچنین ساخت پردازندههای خاص با توان پردازشی بالا و مصرف انرژی بسیار پایین، به طور
مستمر در حال غلبه بر این موانع هستند. در نتیجه، بینایی ماشین روح تازهای در کالبد ریزپرندهها دمیده است. این فناوری است که به آنها توان دیدن، درک کردن، تصمیمگیری و تعامل هوشمندانه با جهان پیرامون را اعطا کرده و راه را برای تحقق رویای استفادهاز این دستیاران کوچک و پرتوان در گستره وسیعی از کاربردهای علمی، صنعتی و بشردوستانه هموار ساخته است.
ریزپرنده ها درحوزه نظامی
ریزپرندهها علاوه بر این، به عنوان یکی از پیشرفته ترین دستاوردهای فناوری در حوزه نظامی، در حال دگرگون ساختن مفاهیم سنتی نبرد، شناسایی و نظارت هستند. کوچکی اندازه، سکوت پرواز، چابکی باال و توانایی حمل محمولههای مختلف، آنها را به ابزاری استراتژیک و در عین حال تاکتیکی برای نیروهای مسلح تبدیل کرده است.
مهمترین نقش این پرندههای کوچک در میدان نبرد، انجام عملیات شناسایی و نظارت است. یک ریزپرنده مجهز به دوربینهای پیشرفته و حسگرهای حرارتی میتواند به آرامی و بدون جلب توجه، از منطقهای خطرناک پرواز کند. اطلاعات زنده ویدیویی را به مرکز فرماندهی ارسال نماید و نیروها را از موقعیت دشمن، استحکامات، تحرکات و حتی غیرنظامیان در منطقه آگاه سازد. این قابلیت که "دیدی از وضعیت" نامیده میشود، به فرماندهان امکان میدهد تابر اساس اطالعات دقیق و به روز، تصمیمهای آگاهانه تری بگیرند و جان سربازان خود را از خطر مواجهه مستقیم با تهدیدات ناشناخته حفظ کنند.
علاوه بر شناسایی، ریزپرندهها در نقش جنگ الکترونیک نیز ظاهر میشوند. آنها میتوانند مجهز به سیستمهای مختل کننده سیگنال باشند تا ارتباطات رادیویی دشمن را قطع کنند، شبکههای وایفای را مختل نمایند یا حتی سیگنالهای رادیویی جعلی را برای فریب دادن سیستمهای دفاعی پخش کنند. همچنین میتوان از آنها برای ایجاد شبکههای ارتباطی موقت و قابل حمل در میدان نبرد استفاده کرد تا ارتباط واحدهای پیشرو با فرماندهی را در شرایطی که زیرساختهای معمولی از بین رفته اند، حفظ نمایند.
یکی از بحث برانگیزترین کاربردهای نظامی ریزپرندهها، استفاده از آنها به عنوان سلاح است. این پرندهها میتوانند با محمولههای انفجاری کوچک مجهز شوند و به صورت انفرادی یا دسته جمعی به اهدافی خاص حمله کنند. دقت بسیار باال و توانایی پرواز از مسیرهای غیرقابل پیشبینی، مقابله با آنها را برای دفاعهای هوایی سنتی بسیار دشوار میسازد. پیشرفته ترین سناریو در این حوزه، استفاده از "گروههای بزرگ ریزپرنده" است.
در این حالت، صدها یا هزاران ریزپرنده که به صورت خودمختار و با هماهنگی کامل عمل میکنند، میتوانند مانند یک ابر هوشمند، منطقه وسیعی را پوشش دهند، اهداف را شناسایی کرده و با تصمیم گیری جمعی، به آنها حمله ور شوند یا آنها را احاطه کنند. این گروهها می توانند سیستمهای دفاعی دشمن را با تعداد بسیار زیاد خود درگیر کنند و راه را برای حمله نیروهای اصلی باز نمایند.
در عملیاتهای ویژه نیز ریزپرندهها نقشی کلیدی ایفا میکنند. آنها میتوانند برای ورود به ساختمانها از طریق مجاری بسیار کوچک، تونلها و فضاهای تنگ استفاده شوند تا محیط را از نظر وجود تهدیدات، تلهها یا گروگانها بررسی کنند و اطالعات حیاتی را در اختیار گروه عملیات قرار دهند. این امر میزان خطر برای نیروهای ویژه را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد. در بعد پدافندی نیز از ریزپرندهها میتوان برای محافظت از تأسیسات حساس، پایگاهها و مرزها استفاده کرد. یک شبکه از این پرندهها میتواند به طور دائم منطقهای راتحت نظرداشته باشد و در صورت شناسایی هرگونه نفوذ یا تهدید، به صورت خودکار هشدار دهد یا حتی واکنش نشان دهد. با این حال، گسترش استفاده نظامی از ریزپرندهها نگرانیهای عمیق اخالقی، حقوقی و امنیتی را به همراه آورده است. امکان استفاده از آنها در ترورهای هدفمند، کاهش تلفات غیرنظامی به دلیل دقت بالا در کنار افزایش تحرک برای استفاده از نیروی قهریه، و خطرات ناشی از هک شدن یا به دست افتادن کنترل آنها توسط گروههایمتخاصم، از جمله این نگرانیها هستند. همچنین، امکان به کارگیری آنها در حمالت سایبری-فیزیکی برایزدنزیرساختهای حیاتی کشورمتجاوز، فرصتی نوین محسوب می شود.
یک سناریوی فرضی-خنثی سازی در محیطهای شهری بسته
یکی از پیشرفته ترین و پیچیدهترین موارد استفاده از ریزپرندهها در حیطه نظامی و امنیتی، به کارگیری آنها در عملیات نفوذ به داخل ساختمانها، تونلها و فضاهای به شدت محافظتشده برای انجام مأموریتهای شناسایی، هدف یابی و خنثی سازی است. دراین سناریوی فرضی، اوج همگرایی سه فناوری ریزپرنده، بینایی ماشین و سامانههای خودمختار را به نمایش میگذاریم.
ماموریتی را در نظر بگیریم:در این مأموریت، یک ریزپرنده چندحالته (مانند یک quadcopter کوچک با قطر کمتر از۲۵سانتیمتر) مجهز به یک پردازنده پرتوان onboard، یک جفت دوربین استریو (یک جفت دوربین هماهنگ برای درک عمق)، یک سنسور IMU پیشرفته و یکمجموعه ارتباطی امن و مقاوم در برابر اختالل، وارد عمل میشود.
چالش اصلی در این فضاها، ناوبری در محیطهای غیرساختاریافته، پویا و فاقد سیگنال GPS است. در اینجا.بینایی ماشین نقش ستون فقرات ناوبری را ایفا میکند. الگوریتمهای SLAM مبتنی بر بینایی (vSLAM) به طور مداوم تصاویر دریافتی از دوربینهای استریو را پردازش میکنند تا همزمان یک نقشه سهبعدی با وضوح باال از محیط اطراف (مانند راهروها، اتاق ها، پله ها) ایجاد کنند و موقعیت دقیق ریزپرنده را در آن نقشه، تنها با استفاده از ویژگیهای بصری استخراجشده از دیوارها، مبلمان و سایر اشیاء، محاسبه نمایند. این فرآیند به طور مداوم و با نرخ دهها بار در ثانیه انجام میپذیرد تا یک مسیر پرواز بی خطر و پایدار را تضمین کند.
فاز بعدی مأموریت، جستوجو و شناسایی هدف است. هدف میتواند یک دستگاه غیرقانونی، یک شیء خاص یا حتی یک فرد باشد. در این مرحله، شبکههای عصبی عمیق (Deep Convolutional Neural Networks) که پیش آموزش دیدهاند، وارد عمل میشوند. این شبکهها بر روی پردازنده گرافیکی (GPU) کوچکشده onboard ریزپرنده اجرامیشوند تا بهصورت زنده و frame-by-frame ویدیوی دریافتی را تحلیل کنند. برای مثال، یک شبکه میتواند برای شناسایی انواع خاصی از تجهیزات الکترونیکی یا اجزای یک دستگاه انفجاری دستساز (IED) آموزش دیده باشد.
شبکه دیگر ممکن است برای تشخیص چهره یا الگوهای رفتاری خاص به کار رود. این پردازش باید بسیار کارآمد باشد تا ضمن حفظ دقت باال، حداقل انرژی را مصرف کند و بار محاسباتی را افزایش ندهد. پس از شناسایی و تأیید هدف. فاز خنثی سازی آغاز میشود. در این مورد خاص، ریزپرنده ممکن است مجهز به یک محموله غیرکشنده مانند یک discharger الکترومغناطیسی کوچک (برای غیرفعال کردن وسایل الکترونیکی از طریق ایجاد پالس الکترومغناطیسی هدفمند) یایک بازوی مکانیکی ظریف برای دستکاری فیزیکی باشد.
پیش از اقدام، ریزپرنده باید یک مسیر پرواز دقیق برای نزدیک شدن به هدف را محاسبه کند. اینجا بینایی ماشین با ارائه دادههای دقیق درباره فاصله، زاویه هدف نسبت به ریزپرنده، امکان برنامهریزی حرکتی بسیار دقیق را فراهم می آورد.
الگوریتمهای کنترل پیشرفته، با دریافت این دادههای بصری، ملخهای ریزپرنده را به گونهای هدایت میکنند که آن را در موقعیت کامال ً مناسبی برای اجرای مأموریت ثابت نگاه دارند، حتی در حضور جریانهای هوایی غیرقابل پیشبینی داخل ساختمان. یکی از جنبههای فنی بسیار حیاتی در این سناریو، امنیت سایبری و ارتباطی است. تمامی تبادالت داده بین ریزپرنده و اپراتور یا پایگاه باید با استفاده از الگوریتمهای رمزنگاری پیشرفته و پروتکلهای ضد استراق سمع غیر قابل نفوذجلوگیری به عمل آید. در برخی موارد، ب شود تا از رهگیری یا هک شدنرای افزایش بقا، ریزپرنده
پس از نفوذ به محیط، به صورت کامال ً خودمختار (offline) عمل می کند و تنها در بازههای زمانی بسیار کوتاه و به صورت burst، دادههای حیاتی را ارسال مینماید.
این عملیات، نمونه های بارز از بلوغ فنی است که در آن، ریزپرنده دیگر یک سکوی پرواز ساده نیست، بلکه به یک سامانه رباتیک هوشمند، خودمختار و دارای قابلیت تصمیمگیری در لحظه تبدیل شده است که میتواند مأموریتهای پیچیده را در خطرناکترین محیطها با حداقل ریسک برای نیروهای انسانی به انجام برساند و تحولی شگرف در عملیاتهای ویژه و ضدتروریسم ایجاد کند.
آینده و چشم انداز
درخاتمه، ریزپرندهها در حال تعریف مجددمفاهیم امنیت ملی و جنگ و تکنولوژیهای مینیاتوری هستند. آنهادسترسی به تواناییهایی را فراهم می آورند که پیش از این تنها در اختیار قدرتهای بزرگ نظامی بود و این پتانسیل را دارند که توازن قوا را در درگیریهای آینده تغییر دهند.
جنگ های آینده به طور فزایندهای به سمت خودمختاری. کوچک سازی تکنولوژی و استفاده از سیستمهای بدون سرنشین در مقیاس کوچک پیش می رود و ریزپرندهها در خط مقدم این تحول انقالبی قرار دارند. همچنین با توجه به مصارف متعدد بشردوستانه از قبیل فعالیتهای ضد تروریسم تا امنیت کشاورزی دقیق، ریزپرندهها در حال دیگرگونی تکنولوژیها خودگردان هستند .