القوارب: زوارق ذاتية النقل ذات شكل MIT

تم تحديث أسطول MIT من القوارب الآلية بقدرات جديدة على "تغيير الشكل" ، من خلال الفصل وإعادة التجميع بشكل مستقل في تكوينات مختلفة لتشكيل منصات عائمة مختلفة في قنوات أمستردام. في التجارب التي تمت في البركة ، أعادت القوارب ترتيب نفسها من خط مستقيم متصل إلى حرف "L" (كما هو موضح هنا) وأشكال أخرى. صورة الائتمان: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

تسمح الإمكانيات الجديدة لـ "roboats" بتغيير التكوينات لتشكيل جسور منبثقة ومراحل وهياكل أخرى.

تم تحديث أسطول MIT من القوارب الآلية بقدرات جديدة على "التغيير" ، عن طريق الانفصال وإعادة التجميع في مجموعة متنوعة من التكوينات ، لتشكيل هياكل عائمة في العديد من القنوات في أمستردام.

يتم تطوير القوارب ذاتية الحكم - وهي هياكل مستطيلة مزودة بأجهزة استشعار ، وأجهزة دفع ، وأجهزة تحكم دقيقة ، ووحدات GPS ، وكاميرات ، وغيرها من الأجهزة - كجزء من مشروع "Roboat" المستمر بين معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد أمستردام للحلول المتقدمة (AMS Institute). يرأس المشروع أساتذة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا كارلو راتي ودانييلا روس ودنيس فرينشمان وأندرو ويتل. في المستقبل ، تريد أمستردام من القوارب أن تبحر في 165 قناة متعرجة ، لنقل البضائع والأشخاص ، وجمع القمامة ، أو التجميع الذاتي في منصات "منبثقة" - مثل الجسور والمراحل - للمساعدة في تخفيف الازدحام في شوارع المدينة المزدحمة .

في عام 2016 ، اختبر باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا نموذجًا أوليًا لروبوتات يمكن أن يتحرك للأمام وللخلف وللأفقي على طول مسار مبرمج مسبقًا في القنوات. في العام الماضي ، صمم الباحثون إصدارات منخفضة التكلفة ثلاثية الأبعاد مطبَّعة من ربع القوارب ، والتي كانت أكثر كفاءة ورشاقة ، وقد تم تزويدها بخوارزميات متقدمة لتتبع المسار. في يونيو ، قاموا بإنشاء آلية الإغلاق الذاتي التي تسمح للقوارب بالاستهداف والتشابك مع بعضها البعض ، ومحاولة الاستمرار في حالة فشلها.

في ورقة جديدة قُدمت في ندوة IEEE الدولية التي عقدت الأسبوع الماضي حول أنظمة متعددة الروبوتات والأنظمة متعددة الوكلاء ، وصف الباحثون خوارزمية تمكن القوارب من إعادة تشكيل أنفسهم بسلاسة قدر الإمكان. تعالج الخوارزمية جميع عمليات التخطيط والتتبع التي تمكن مجموعات وحدات roboat من الانفصال عن بعضها البعض في تكوين مجموعة واحدة ، والسير في مسار خالٍ من التصادم ، وإعادة التوجيه إلى موضعها المناسب في تكوين المجموعة الجديد.

في العروض التوضيحية في تجمع MIT وفي محاكاة الكمبيوتر ، أعادت مجموعات وحدات roboat المرتبطة ترتيب نفسها من خطوط مستقيمة أو مربعات إلى تكوينات أخرى ، مثل المستطيلات والأشكال "L". التحولات التجريبية استغرقت سوى بضع دقائق. قد تستغرق عمليات النقل الأكثر تعقيدًا وقتًا أطول ، اعتمادًا على عدد الوحدات المتحركة - التي قد تكون عشرات - والاختلافات بين الشكلين.

يقول روس ، مدير مختبر علوم الحاسوب والذكاء الاصطناعي (CSAIL) وأندرو: "لقد مكّننا القوارب الآن من قطع وربط الصلات الأخرى ، على أمل نقل الأنشطة في شوارع أمستردام إلى المياه". وإرنا فيتيربي أستاذ الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر. "يمكن أن تتجمع مجموعة من القوارب لتشكيل أشكال خطية كجسور منبثقة ، إذا كنا بحاجة إلى إرسال مواد أو أشخاص من جانب واحد من القناة إلى الجانب الآخر. أو ، يمكننا إنشاء منصات أوسع منبثقة لأسواق الزهور أو المواد الغذائية. "

انضم إلى روس على الورقة: Ratti ، مدير مختبر المدينة Sensitive City ، وكذلك من المختبر ، المؤلف الأول Banti Gheneti و Ryan Kelly و Drew Meyers ، جميع الباحثين ؛ postdoc شينكي بارك. وزميل الأبحاث بيترو ليوني.

مسارات خالية من الاصطدام
من أجل عملهم ، اضطر الباحثون إلى مواجهة التحديات من خلال التخطيط والتتبع والربط بين مجموعات وحدات الروبوت. إن إعطاء كل وحدة قدرات فريدة ، على سبيل المثال ، تحديد موقع بعضها البعض ، والاتفاق على كيفية الانفصال والإصلاح ، ومن ثم التنقل بحرية ، سوف يتطلب تقنيات اتصال ومراقبة معقدة قد تجعل الحركة غير فعالة وبطيئة.

لتمكين عمليات أكثر سلاسة ، طور الباحثون نوعين من الوحدات: المنسقين والعمال. يتصل عامل واحد أو أكثر بمنسق واحد لتشكيل كيان واحد ، يسمى "منصة متصلة بالسفن" (CVP). تحتوي جميع وحدات المنسق والعامل على أربعة مراوح وجهاز تحكم متحكم لاسلكيًا والعديد من آليات الإغلاق الآلي وأنظمة الاستشعار التي تمكنهم من الارتباط معًا.

ومع ذلك ، فإن المنسقين مزودون أيضًا بنظام GPS للملاحة ، ووحدة قياس بالقصور الذاتي (IMU) ، تقوم بحساب التعريب والتشكيل والسرعة. لا يملك العمال سوى مشغلات تساعد CVP على السير في مسار معين. كل منسق على علم ويمكنه التواصل لاسلكيًا مع جميع العمال المتصلين. تشتمل الهياكل على CVPs متعددة ، ويمكن CVPs الفردية الإغلاق على بعضها البعض لتشكيل كيان أكبر.

أثناء التغيير ، تقارن جميع CVPs المتصلة في الهيكل الاختلافات الهندسية بين شكلها الأولي والشكل الجديد. ثم ، يحدد كل CVP ما إذا كان سيبقى في نفس المكان وما إذا كان يحتاج إلى التحرك. بعد ذلك ، يتم تعيين كل CVP متحرك لوقت للتفكيك وموضع جديد في الشكل الجديد.

يستخدم كل CVP تقنية تخطيط مسار مخصصة لحساب طريقة للوصول إلى موضعه المستهدف دون انقطاع ، مع تحسين المسار للسرعة. للقيام بذلك ، يقوم كل CVP بالتحكم المسبق في جميع المناطق الخالية من التصادم حول CVP المتحرك أثناء تدويره والانتقال بعيدًا عن منطقة ثابتة.
بعد precomput تلك المناطق الخالية من الاصطدام ، يجد CVP ثم أقصر مسار إلى وجهته النهائية ، والتي لا تزال تمنعه من ضرب الوحدة الثابتة. من الجدير بالذكر أن تقنيات التحسين تستخدم لجعل عملية تخطيط المسار بأكملها فعالة للغاية ، حيث يستغرق ما قبل الحوسبة أكثر من 100 مللي ثانية لإيجاد مسارات آمنة وصقلها. باستخدام بيانات من GPS و IMU ، يقوم المنسق بعد ذلك بتقدير الوضع والسرعة في مركز كتلته ، ويتحكم لاسلكيًا في جميع مراوح كل وحدة وينتقل إلى الموقع المستهدف.

في تجاربهم ، قام الباحثون باختبار CVPs من ثلاث وحدات ، والتي تتكون من منسق واحد واثنين من العمال ، في العديد من سيناريوهات التغيير المختلفة. اشتمل كل سيناريو على إصدار CVP واحد لإطلاقه من الشكل الأولي ونقله وإعادته إلى نقطة مستهدفة حول CVP ثانية.

على سبيل المثال ، أعدت ثلاثة CVPs ترتيبها من خط مستقيم متصل - حيث تم ربطها معًا في جوانبها - في خط مستقيم متصل في الأمام والخلف ، بالإضافة إلى "L." في عمليات محاكاة الكمبيوتر ، حتى 12 وحدة روبوت أعاد ترتيب أنفسهم من ، على سبيل المثال ، مستطيل إلى مربع أو من مربع صلب إلى شكل يشبه Z.

زيادة
أجريت تجارب على وحدات قياس رباعي الحجم ، يبلغ طولها حوالي متر ونصف وعرضها نصف متر. لكن الباحثين يعتقدون أن خوارزمية تخطيط المسار الخاصة بهم سوف تتحسن بشكل جيد في التحكم في الوحدات ذات الحجم الكامل ، والتي يبلغ طولها حوالي 4 أمتار وعرضها مترين.
في غضون عام تقريبًا ، يخطط الباحثون لاستخدام القوارب لتشكيل "جسر" ديناميكي عبر قناة طولها 60 مترًا بين متحف NEMO للعلوم في وسط مدينة أمستردام ومنطقة قيد التطوير. سيوظف المشروع ، الذي يدعى RoundAround ، زوارق للإبحار في دائرة متواصلة عبر القناة ، لالتقاط الركاب وإنزالهم في الأرصفة والتوقف أو إعادة التوجيه عندما يكتشفون أي شيء في الطريق. في الوقت الحالي ، يستغرق المشي حول هذا الممر المائي حوالي 10 دقائق ، ولكن يمكن للجسر أن يخفض هذا الوقت إلى دقيقتين تقريبًا.

"سيكون هذا أول جسر في العالم يتكون من أسطول من القوارب ذاتية الحكم" ، يقول راتي. "سيكون الجسر العادي مكلفًا للغاية ، لأن لديك زوارق تمر ، لذلك يجب أن يكون لديك جسر ميكانيكي يفتح أو جسر مرتفع للغاية. ولكن يمكننا توصيل جانبين من القناة [باستخدام] قوارب ذاتية الحكم تصبح بنية ديناميكية وسريعة الاستجابة تطفو على الماء ".

للوصول إلى هذا الهدف ، يواصل الباحثون تطوير القوارب لضمان قدرتهم على احتجاز الناس بأمان ، وتكون قوية لجميع الظروف الجوية ، مثل الأمطار الغزيرة. كما أنهم يتأكدون من أن القوارب يمكنها الاتصال بفاعلية بجوانب القنوات ، والتي يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا في البنية والتصميم.