بلوآي: جعل المركبة التي تعمل عن بُعد ذاتية القيادة

مشروع بلوآي للحكم الذاتي من اليسار إلى اليمين: أمبيورن غريمسرود والدوم، ليونارد غونزل، غابرييل كاسبارافيتشيوتي، آي-نهي هوانغ، جيني كروكستاد، محمد شامين ياشر يوشا، دانا يربولات، أبو بكر عليو بدوي. الغائبون عن الصورة: مارتن لودفيغسن، جليل يلماز، محمود حسين عبد الرازق حسن، إيلينا ماري كيرشمان. © ليونارد غونزل

يقود ليونارد غونزل، طالب دكتوراه في قسم تكنولوجيا البحار بجامعة العلوم والتكنولوجيا النرويجية، حاليًا مشروعًا جديدًا لجعل مركبات بلوآي للتحكم عن بُعد ذاتية التشغيل. يهدف المشروع إلى إلغاء الربط المتصل بوحدة بلوآي السطحية، وتمكين المركبة من العمل بشكل مستقل عن محطة إرساء موضوعة في قاع البحر.

تتصل مركبات بلو آي التي تعمل عن بُعد (ROVs) عبر حبل لضمان اتصال سريع ومستقر وموثوق بين الطائرة المسيرة والمشغل. يتيح الحبل نقل البيانات في الوقت الفعلي مباشرةً إلى السطح، موفرًا للمشغلين فيديو مباشرًا وبيانات استشعار ضرورية للمناورة الدقيقة والآمنة تحت الماء. بالإضافة إلى ذلك، تُرسل إشارات التحكم إلى المركبة عبر الحبل نفسه، مما يسمح للمشغل بتعديل الاتجاه والسرعة وزاوية الكاميرا باستمرار، مما يضمن التحكم الكامل بالطائرة المسيرة في جميع الأوقات.

يوفر النظام المتصل بالشبكة أيضًا إعدادًا بسيطًا، مما يُغني عن حلول لاسلكية معقدة أو محطات قاعدة خارجية. يتميز النظام بالقدرة على التنقل والمرونة ، إذ يُمكن استخدامه في أي مكان تقريبًا، سواءً من الشاطئ أو القارب أو الرصيف.

ويضمن الحبل أيضًا نقل الطاقة والإشارة بشكل مستقر، مما يوفر مزيدًا من الموثوقية في البيئات الصعبة تحت الماء.

يُعدّ الحبل أيضًا إجراءً أمانيًا موثوقًا. في حال انقطاع الاتصال بالمركبة التي تعمل عن بُعد، يُمكن دائمًا استعادتها يدويًا بسحبها عبر الحبل.

ليونارد غونزل مع محطة الإرساء على متن سفينة الأبحاث غونيروس. © ليونارد غونزل

على عكس المركبات ذاتية التشغيل تحت الماء (AUVs)، تتطلب المركبات التي تعمل عن بُعد ( ROVs ) مُشغِّلًا على سطح الأرض للتحكم بالطائرة المسيرة. يُتيح تحويل المركبات التي تعمل عن بُعد (ROVs) إلى مركبات ذاتية التشغيل تحت الماء (AUVs) إمكانيات جديدة للعمليات تحت الماء. بفضل الاستقلالية، يُمكن تنفيذ المهام دون إشراف بشري مُستمر، مما يجعل الطائرات المسيرة أكثر كفاءةً وفعاليةً من حيث التكلفة، وقدرةً على العمل في بيئات صعبة لفترات طويلة.

يتمتع غونزل بخبرة في مجال التكنولوجيا البحرية والهندسة الكهربائية، إلا أن شغفه بالروبوتات نما من خلال عمله كمساعد باحث وتدريبه في مؤسسات بحرية حول العالم. خلال هذه الفترة، اكتسب خبرة في مجال الروبوتات التطبيقية تحت الماء، وتحليل الصور، وتطوير أجهزة الاستشعار.

بعد أشهر من عمليات المحاكاة وتطوير النظام، أكمل غونزل، بالتعاون مع زميليه في مرحلة الدكتوراه أمبيورن والدوم وغابرييل كاسبارافيتشيوت وثمانية طلاب ماجستير، أول عملية ميدانية ناجحة لهم في مضيق تروندهايم. نُفذت العملية الميدانية بالتعاون مع مركبة مينيرفا، المركبة الأكبر حجمًا والتابعة للجامعة التكنولوجية النرويجية، وتُمثل تقدمًا تكنولوجيًا هامًا في مجال الأنظمة تحت الماء ذاتية التشغيل. وقد أثبت الاختبار، ولأول مرة، أن مركبة صغيرة تعمل عن بُعد مثل بلو آي إكس 3 قادرة على العمل بشكل مستقل.

طوّر فريق المشروع كلاً من الطائرة المسيّرة تحت الماء والبنية التحتية اللازمة للعمليات البحرية ذاتية التشغيل طويلة الأمد. هذا يعني أن الطائرة المسيّرة يجب أن تكون قادرة على الملاحة بدقة لمسافات تتراوح بين 100 و500 متر، والعودة إلى محطة إرساء في قاع البحر. يتضمن ذلك استخدام نظام USBL (خط أساس فائق القصر)، الذي يتواصل مع مودم على المركبة ذاتية التشغيل تحت الماء. يجمع نظام USBL بين عدة محولات لتحديد الاتجاه والمسافة إلى مصدر صوتي.

في حالة مشروع الدكتوراه هذا، حيث يهدف إلى تطوير قدرات ذاتية، يُعدّ التكامل المباشر مع نظام التحكم في الطائرة المسيرة أمرًا أساسيًا. قد تحتاج الجامعات والباحثون ومُدمجو الأنظمة إلى دمج الطائرة المسيرة في أنظمة أكبر أو التحكم بها من خلال برامج خارجية. لدعم هذه الاستخدامات، توفر Blueye نقطة وصول للتحكم - وهي Blueye SDK. هذه SDK مفتوحة المصدر، ومتاحة على pypi.org ، وتُمكّن المطورين والطلاب من بناء خوارزميات تحكم مخصصة، وأتمتة المهام، واستكشاف تطبيقات جديدة للروبوتات تحت الماء.

كاميرا Blueye X3 مزودة بإطار "Odenwald" مُخصص، وجهاز متعدد الحزم، ومنفذ USBL، ومساحة تخزين إضافية. © ليونارد غونزل

يأمل فريق المشروع أن يُرسي هذا الأساس لأبحاث مستقبلية، بدءًا من المسوحات الموفرة للطاقة والتنسيق بين الروبوتات المتعددة، وصولًا إلى عمليات التفتيش الدورية للبنية التحتية والاستقلالية الكاملة للمهمة. غونزل متحمسٌ للغاية لاستكشاف المزيد من الوعي والإدراك الظرفي، وبصفته مديرًا للمشروع، يتطلع بشوق إلى الفصل الدراسي المقبل، حيث سيكون الهدف هو إنهاء هذا المشروع نهائيًا.

يُعدّ هذا المشروع جزءًا من مبادرة SAFEGUARD، ويستند إلى سنوات عديدة من البحث والتطوير في جامعة NTNU. وقد لعب مركز NTNU VISTA لعمليات الروبوتات المستقلة تحت سطح البحر (CAROS) دورًا محوريًا في تطوير البنية التحتية وأنظمة الدعم اللازمة.