"لقد كان Windshaper أداة لا تقدر بثمن في أبحاثنا لفهم التفاعلات بين التدفق والطائرات المسيّرة بشكل أفضل في الظروف العاصفة والمليئة بالهبات!"
اقتنى مختبر حركة الروبوتات الذكية في جامعة برينستون Windshaper مقاس 6×3 في عام 2022. ومنذ ذلك الحين، يعمل الفريق البحثي بجد لتطوير طريقة لاستخدام الطائرات المسيّرة لمحاكاة سلوك الجسيمات في تدفقات الرياح.
إليكم ما قاله نيت سايمون، مرشح الدكتوراه، عن عملهم باستخدام Windshaper:
يسعى مختبر حركة الروبوتات الذكية (IRoM Lab) في جامعة برينستون إلى تمكين الروبوتات من التعميم بأمان وموثوقية على ظروف العالم الحقيقي. وبالنسبة للطائرات المسيّرة والروبوتات الجوية، يعني هذا أن تكون قوية في مواجهة الرياح القوية والهبات.
لقد عملنا سابقًا على مستشعر تدفق جديد متعدد الاتجاهات وتحكم مدرك للرياح قائم على التعلم التعزيزي في ظروف الهبات. بالنسبة لهذه الأوراق البحثية، كانت آلية توليد الهبات الداخلية لدينا تتكون من 6 مراوح نفخ - والتي ولّدت هبة قوية، لكنها لم توفر الكثير من التحكم في طبيعة الهبة (في المكان أو في الوقت).
كنا بحاجة إلى Windshaper! لقد عملنا مع Tyto Robotics لطلب واستلام وحدة Windshaper مقاس 3×6 الخاصة بنا في ديسمبر 2022.
منذ ذلك الحين، أصبحت مساحة التقاط الحركة لدينا البالغة 60 × 25 قدمًا أكثر رياحًا بكثير! بالتعاون مع مجموعة الدراسات الأساسية والتطبيقية في الاضطراب (FAST)، قمنا بتوصيف حقل تدفق Windshaper باستخدام مقاييس سرعة صوتية:
كان جمع بيانات قياس سرعة الرياح المكانية واسعة النطاق يدويًا أمرًا مملًا، لذلك أنشأنا FlowBot: مقياس سرعة صوتي متنقل ومستقل، قادر على رسم خريطة لحقل التدفق بأكمله!
نظرًا لأن FlowBot ثابت، فإن القياسات ذات طبيعة «أويلرية». ومع ذلك، فإننا نرغب حقًا في فهم آليات التدفق من منظور «لاغرانجي» (أي جسيم يتحرك مع التدفق). وللقيام بذلك، اخترع متعاونونا في FAST تقنية لقياس السرعة اللاغرانجية التي تتبع فقاعات الصابون الصغيرة المعبأة بالهيليوم والمحايدة الطفو. يتم تتبع الفقاعات بدقة في الفضاء ثلاثي الأبعاد باستخدام عدة كاميرات DSLR ومعالجة لاحقة للرؤية الحاسوبية.
باستخدام هذه الفقاعات، يمكننا رؤية كيف تتحرك الجسيمات بشكل طبيعي في تدفق الهواء. ماذا لو تمكنا من جعل طائرة مسيّرة تفعل الشيء نفسه - تتحرك بحرية كجسيم لاغرانجي؟ أصبح هذا المشروع معروفًا باسم «LaDrone» (الطائرة المسيّرة اللاغرانجية)، وتم تسليط الضوء عليه في الصفحة الرئيسية لـ APS News!
باستخدام Windshaper وتتبع الفقاعات، تمكنا من توصيف كيفية استجابة LaDrone لهبات الرياح بدقة!
قمنا بتوسيع LaDrone لاستشعار تأثيرات اضطراب الهبة وتضخيمها بنشاط، على أمل أن تتحرك أكثر مثل الجسيم. ما وجدناه كان مذهلاً: على مدار كل تجربة، يستطيع «وحدة التحكم المقبِلة للهبات» (الأخضر) تتبع سرعة الفقاعة (الأزرق) بشكل أوثق بكثير من وحدات التحكم المتجاهلة للهبات (الأحمر) أو الرافضة للهبات (الأرجواني).
في العمل المستقبلي، نخطط لاستكشاف كيف يمكن استخدام التتبع السريع للتناغم مع التدفق المضطرب واستخراج الطاقة منه، مما يتيح طيرانًا أكثر كفاءة.
لقد كان Windshaper أداة لا تقدر بثمن في أبحاثنا لفهم التفاعلات بين التدفق والطائرات المسيّرة بشكل أفضل في الظروف العاصفة والمليئة بالهبات!
نيت سايمون، مرشح الدكتوراه (دفعة 2025)
مختبر حركة الروبوتات الذكية
قسم الهندسة الميكانيكية وهندسة الطيران والفضاء
جامعة برينستون
