سلسلة أفكار مرئية مترجمة **
الجزء الخامس – المروحية الرباعية ذاتية التحكم!
هذه مروحية رباعية
يطلق عليها رباعية لأنها تحوي أربعة محركات تدور فتولد قوة الدفع
هذا الطيار الذي يتحكم بالمروحية عن طريق مرسل موجات راديو
إنه إختراع بارع ومنظم .. ولكن لنأخذ رحلة صغيرة عبر الشارع
بالطبع سوف ننظر في كلا الجهتين قبل عبور الطريق
وصلنا إلى هذا المكان حيث يمكن للمروحية الرباعية الإقلاع بنفسها
دون أي مساعدة بشرية
نحن لا نحتاج للطيار
يمكن لهذا الروبوت الطائر الإقلاع بدقة متناهية
في الاماكن الصغيرة المغلقة
انه يستطيع القيام بمناورات منظمة ومتناهية الدقة أيضاً
وإن كنت تسئل نفسك عن كيفية تحليق هذا الروبوت
فأنت في المكان المناسب لذلك
روبوتات التحليق في الأماكن المغلقة
فصل التحطيم
حسناً ربما ” فصل ” التحطم ليس المصطلح الأنسب
روبوتات التحليق في الأماكن المغلقة
تجربة تعليمية عاجلة
لمعرفة كيفية تحليق الروبوتات
علينا أولاً أن نفهم الفيزياء الاساسية للمروحية الرباعية
كيف يمكن للبشر التحكم في تلك المروحيات
وكيف يمكننا أن نجعل الحاسوب يقوم بذات الأمر
وكيف يمكن جراء ذلك أن نستخدم الروبوتات للقيام بمناورات معقدة
بداية دعونا ننظر إلى الفيزياء الحاكمة لتلك الروبوتات
وكيف يمكن للمروحية الرباعية التحليق
عندما تدور المراوح فإنها تدفع الهواء أسفلها
وتبعاً لقانون نيوتن الثالث .. والذي ينص على أن لكل فعل رد فعل مساو له ويعاكسه في المنحى
فإن رد الفعل نتاج حركة المرواح سوف يولد قوى رفع
تعادل وتكافىء قوى الجذب التي تجذب المروحية الرباعية مما يدفعها للتحليق
ولكي تميل المروحية جانباً على إحدى المراوح أن تدور أسرع من
الأخرى المعاكسة لها بمقدار بسيط
وهذا سوف يولد قوى دفع أفقية بالاضافة الى تلك المتولدة اساساً والتي تكون عكس الجاذبية
مما يدفع المروحية للتحرك في الإتجاه الذي نريده
وهذا أمر رائع .. ولكنه لا يرينا كيف يمكن للمروحية الرباعية
من الدوران حول المحور الشاقولي
لقد تبين أن قانون نيوتن الثالث ايضاً ينطبق على القوى الدورانية
التي تدعى عزم الفتل
عندما تدور مروحتان فإنهما تشكلان عزم فتل للهواء
وعليه سوف ينتج في الاتجاه المعاكس رد فعل موازي لعزم الفتل ذاك
مما يدفع المروحية للدوران بالاتجاه المعاكس بينما تكون المروحتان الأخرتان
تدوان في إتجاه آخر لكي تولد عزم فتل آخر
مما يدفع المروحية للدوران عكس عقارب الساعة
وعندما تعمل المروحيات الاربع لكي تولد قوة دورانية
وعزم فتل فان المروحية ترتفع وذلك بسبب عزم الفتل المتساوي تجاه جميع الاتجاهات
واثناء التحليق يمكن تغير الاتجاه عندما تدور مروحتان
بسرعة بسيطة اكبر من المروحتان الآخرتان
وهذه هي الفيزياء الاساسية التي تتحكم بطيران المروحية الرباعية
ولكن قبل ان ننتقل الى التحكم المؤتمت التام بالمروحية الرباعية علينا أن نعرف
كيف يمكن للإنسان التحكم و التحليق بها
يجب ان نقوم بتجزئة تلك العملية لأربع خطوات اساسية
الاولى هي حين يقوم الطيار بواسطة نظره بمراقبة المروحية
وكيف يستطيع ادارك اي اتجاه تتحرك صوبه
وفي هذا المثال الطيران يرى المروحية الرباعية تسقط نحو الارض
و من ثم على الطيار أن يقرر ما هي الاوامر التي يريد أن يرسلها للمروحية
في هذه الحالة قرر الطيار إيقاف المروحية عن الهبوط
وعليه يجب ان يريد من سرعة دوارن المراوح الاربعة
ولكي يخبر المروحية الرباعية ما يريده وما قرره يستخدم الطيار مرسل موجات راديو
وهو عبارة عن جهاز تحكم مميز
ومن ثم تستقبل المروحية الرباعية الاوامر المرسلة عبر موجات الراديو
وتقوم بتعديل سرعة كل مروحة لديها
والان لنرى ما الذي يتوجب تغيره من كل البنود الاربعة السابقة
لكي نجعل المروحية الرباعية مؤتمتة التحكم
بداية في الخطوة الاولى .. قمنا بتخصيص كميرة مراقبة متخصصة
لكي نستعيض عن عين الطيار وهذه الكميرة تقوم باشعاع ضوء باشعة التحت حمراء
والتي ترتد عن اماكن محددة على المروحية
ومن ثم تعود الى الكميرا
ويمكن لكميرا جانبية ان تحدد بعد تلك المروحية
في الاتجاه الشاقولي واحد الاتجاهات الافقية
ويمكن لكميرا علوية ان تحدد بعد تلك المروحية
في كلا البعدين الافقيين الآخرين .. وباستخدام بعض الرياضيات المعقدة
يمكن باستخدام 12 كميرا مختلفة من 12 زاوية
تحديد نقطة تواجد المروحية تمام تبعاً للأبعاد الثلاثية
وهذه العملية يتم القيام بها عدة مرات في الثانية لأجل تعقب الحركة
التي تقوم بها المروحية الرباعية في الواقع لحظياً
وفي الخطوة الثانية .. نستخدم الحاسوب لكي نتحكم بالاوامر
بدلاً من عقل الطيار .. فالبرنامج الحاسوبي يحوي
عدة مئات من الاسطر البرمجية عبر برنامج سي بلس بلس والتي كتبت من قبل طلاب مشاريع التخرج
والذين لا يخرجون عادة الى اي مكان .. انها تقوم بخطوة اساسية
تشابه تلك التي يقوم بها الطيار حين يتمركز لكي يراقب المروحية الرباعية فيقيم
الاوامر التحكمية التي يجب ارسالها .. انها تقوم بذات الامر ولكن بسرعة اكبر بكثير وبصورة متقنة ومنمقة
في الخطوة الثالثة النظام يستخدم اجهزة بث موجات الراديو ايضاً ولكن هي أصغر حجماً
وبدون اي قوابس أو ازرار او قضبان توجيه
والخطوة الرابعة هي ذاتها في الاتمتة كما كانت عند التحكم البشري فالمروحية الرباعية
تستقبل تلك الاوامر المرسلة عبر موجات الراديو وتقوم بتعديل سرعة كل محرك تبعاً لها
وعليه قمنا بتحديث كل الخطوات الاربع لكي نجعل المروحية الرباعية
تحلق بمفردها والان نحن نحتاج لطلاب مشاريع التخرج
لكي يطلقوا التجربة .. ها هي . واحدة من الاسباب التي تجعل التحليق المؤتمت
افضل واكثر دقة من التحليق بواسطة الاوامر البشرية هو بسبب حلقة المعلومات
والتي تدعى ” حلقة التحكم ذات التغذية الرجعية ” والتي يمكنها القيام بالكثير عن طريق الحواسيب
في هذه الحالة يمكن القيام بتحليل 200 حالة في كل ثانية وهذا يمكن الباحثين
من القيام بامور رائعة وممتعة بهذه الروباتات ذاتية التحكم في الاماكن المغلقة فعلى سبيل المثال
يمكن ادارة 6 مروحيات رباعية بل 10 في ذات الوقت
ويمكن تعليم تلك المروحيات كيفية تبديل بطارياتها الفارغة
بصورة اتوماتيكية . أو ايقافها عن التأرجح
ويمكنهم دفع تلك المروحيات للقيام بمناورات ودوران مثل هذه المناورة أو هذه
و المتعة لا تتوقف عند هذا الحد مع المروحيات الرباعية .. فذات التكنولوجيا
يمكن ان يتم تطبيقها على الطائرات ثلاثية الجناح
او على الطائرة التقليدية ثابتة الأجنحة مثل هذه .. أو هذه .. أو هذه
والتي يمكن ان تدور في حلقات .. حسناً أتمنى أن تكونوا قد تعلمتم الاأساسيات
التي تجعل هذه الروبوتات تحلق .. وهذه هي خلاصة ” فصل ” التحطم أقصد ” تجربة تعليمية عاجلة ” !
** تُعنى هذه السلسلة بنشر سلسلة ملفات مرئية مترجمة متعلقة بمواضيع عدة تهدف لنشر الافكار بصورة سلسلة و يمكن تقبلها من الجميع
ترجمة : محمود أغيورلي
لمشاهدة الأجزاء السابقة من سلسلة أفكار مترجمة اضغط هنا
الجزء الأول – لا وجود للضوء الزهري
الجزء الثاني – كم تبعد الثانية
الجزء الثالث – من أين تأتي الأفكار المميزة
الجزء الرابع – ماهي حزيئات هيغز بوزون؟
