يقول سون-جو تشونغ، أستاذ التحكم والأنظمة الديناميكية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: "من أجل تحقيق الإمكانات الكاملة لهذه الطائرات الكهربائية، فأنت بحاجة إلى نظام تحكم ذكي يعمل على تحسين قوتها وخاصة مرونتها ضد مجموعة متنوعة من الأخطاء". كبير علماء الأبحاث في مختبر الدفع النفاث (JPL)، الذي يديره معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا لصالح وكالة ناسا. "لقد قمنا بتطوير مثل هذا النظام الذي يتحمل الأخطاء وهو أمر بالغ الأهمية للأنظمة الذاتية ذات الأهمية الحيوية للسلامة، وهو يقدم فكرة أجهزة الاستشعار الافتراضية للكشف عن أي فشل باستخدام التعلم الآلي وطرق التحكم التكيفية."
الدوارات المتعددة تعني العديد من نقاط الفشل المحتملة
يقوم المهندسون ببناء هذه الطائرات الكهربائية الهجينة بمراوح متعددة، أو دوارات، جزئيًا من أجل التكرار: إذا تعطل أحد الدوارات، يبقى ما يكفي من المحركات الوظيفية للبقاء في الهواء. ومع ذلك، لتقليل الطاقة اللازمة للقيام برحلات بين المواقع الحضرية، على سبيل المثال، 10 أو 20 ميلاً، تحتاج المركبة أيضًا إلى أجنحة ثابتة. ومع ذلك، فإن وجود كل من الدوارات والأجنحة يخلق العديد من نقاط الفشل المحتملة في كل طائرة. وهذا يترك للمهندسين سؤالاً حول أفضل السبل لاكتشاف حدوث خطأ ما في أي جزء من السيارة.
يمكن للمهندسين تضمين أجهزة استشعار لكل دوار، ولكن حتى هذا لن يكون كافيًا، كما يقول تشونغ. على سبيل المثال، تحتاج طائرة ذات تسعة دوارات إلى أكثر من تسعة أجهزة استشعار، نظرًا لأن كل دوار قد يحتاج إلى مستشعر واحد لاكتشاف عطل في هيكل الدوار، وآخر لملاحظة ما إذا كان محركها يتوقف عن العمل، وآخر للتنبيه عند حدوث مشكلة في توصيل الإشارة يحدث. يقول تشونغ: "قد يكون لديك في نهاية المطاف نظام موزع من أجهزة الاستشعار زائدة عن الحاجة"، لكن ذلك سيكون مكلفًا، ويصعب إدارته، وسيزيد من وزن الطائرة. وقد تفشل أجهزة الاستشعار نفسها أيضًا.
مع NFFT، اقترحت مجموعة تشونغ نهج بديل وجديد. بناء على الجهود السابقة، قام الفريق بتطوير طريقة للتعلم العميق لا يمكنها الاستجابة للرياح القوية فحسب، بل يمكنها أيضًا اكتشاف، أثناء الطيران، عندما تتعرض الطائرة لعطل على متنها. يتضمن النظام شبكة عصبية تم تدريبها مسبقًا على بيانات الطيران الواقعية ثم تتعلم وتتكيف في الوقت الفعلي بناءً على عدد محدود من المعلمات المتغيرة، بما في ذلك تقدير مدى فعالية كل دوار في الطائرة يعمل في أي وقت. وقت.
يقول تشونغ: "لا يتطلب هذا أي أجهزة استشعار أو أجهزة إضافية للكشف عن الأخطاء وتحديد هويتها". "نحن فقط نلاحظ سلوكيات الطائرة - موقفها وموقعها كدالة للوقت. إذا كانت الطائرة تنحرف عن موضعها المطلوب من النقطة أ إلى النقطة ب، فيمكن لـ NFFT اكتشاف وجود خطأ ما واستخدام المعلومات المتوفرة لديها للتعويض عن هذا الخطأ.
ويتم التصحيح بسرعة كبيرة، في أقل من ثانية. يقول عالم الطاقم ماثيو أندرسون، مؤلف الورقة والطيار الذي ساعد في إجراء اختبارات الطيران: "عند الطيران بالطائرة، يمكنك أن تشعر حقًا بالفرق الذي يحدثه نظام NFFT في الحفاظ على إمكانية التحكم في الطائرة عندما يتعطل المحرك". "إن إعادة تصميم التحكم في الوقت الفعلي تجعلك تشعر وكأن شيئًا لم يتغير، على الرغم من توقف أحد محركاتك عن العمل."
تقديم أجهزة الاستشعار الافتراضية
تعتمد طريقة NFFT على إشارات التحكم والخوارزميات في الوقت الفعلي لاكتشاف مكان العطل، لذلك يقول تشونغ إنها يمكن أن تمنح أي نوع من المركبات أجهزة استشعار افتراضية مجانية للكشف عن المشاكل. واختبر الفريق في المقام الأول طريقة التحكم في المركبات الجوية التي يقومون بتطويرها، بما في ذلك سيارة الإسعاف الطائرة ذاتية القيادة، وهي مركبة كهربائية هجينة مصممة لنقل المصابين أو المرضى إلى المستشفيات بسرعة. لكن مجموعة تشونغ اختبرت طريقة تحكم مماثلة متسامحة مع الأخطاء على المركبات الأرضية ولديها خطط لتطبيق NFFT على القوارب.
بقلم كيم فيسنماير
