💻 computer science

SwarmNxt: Open-source Software-Hardware Platform for Fast and Agile Aerial Swarms

تقدم هذه الورقة SwarmNxt، وهي منصة برمجية-عتادية مفتوحة المصدر مبنية على طائرة OmniNxt المسيرة، توفر مجموعة أدوات شاملة للأسراب الجوية ذاتية القيادة، والتي تم التحقق من كفاءتها من خلال تجارب واقعية أظهرت قدرة عالية على تجنب الاصطدام اللامركزي والطيران الجماعي المدرك للعوائق.

المؤلفون الأصليون: Charbel Toumieh, Niel Mistry, Benjamin Jarvis, Simon Jeger, Peize Liu, Shaojie Shen, Dario Floreano

نُشر 2026-09-11

📖 4 دقيقة قراءة☕ قراءة في استراحة قهوة

CC BY 4.0

المؤلفون الأصليون: Charbel Toumieh, Niel Mistry, Benjamin Jarvis, Simon Jeger, Peize Liu, Shaojie Shen, Dario Floreano

البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل

تخيل فريقاً من المستجيبين الأوائل يهرعون نحو مبنى منهار أو غابة تحترق. في هذه اللحظات، يكون الوقت هو المورد الأكثر ندرة، وغالباً ما تكون البيئة خطيرة للغاية على دخول البشر. قد يتمكن روبوت واحد من الطيران للداخل والاستطلاع، لكنه لا يستطيع إلا رؤية ما هو أمام عينه مباشرة، وإذا تحطم، تنتهي المهمة. أما السرب، فهو مجموعة من الروبوتات الطائرة الصغيرة التي تعمل معاً كوحدة واحدة. فمن خلال الانتشار، يمكنهم تغطية مساحة واسعة بسرعة، ورسم خرائط للمساحات المعقدة، والبحث عن ناجين بسرعة أكبر بكثير من أي آلة فردية. لقد كان التحدي دائماً هو جعل هذه المجموعات تطير بأمان بمفردها؛ فهي تحتاج إلى معرفة مكانها، وتجنب الاصطدام ببعضها البعض، والتنقل عبر العوائق دون أن تتحطم، كل ذلك أثناء العمل على أجهزة الكمبيوتر الصغيرة المدمجة في أجسامها. لسنوات، كافح الباحثون لبناء نظام يكون قوياً بما يكفي ليفكر من تلقاء نفسه وبسيطاً بما يكفي لكي يقوم العلماء بتجميعه واختباره بأعداد كبيرة.

لقد قدم فريق من الباحثين الآن حلاً كاملاً لهذه المشكلة، وهو منصة مفتوحة المصدر تسمى SwarmNxt. هذا النظام ليس مجرد طائرة بدون طيار واحدة، بل هو مجموعة أدوات كاملة تأخذ الباحث من لحظة شراء القطع إلى لحظة مشاهدة مجموعة من الطائرات وهي تطير في نمط منسق. تم بناء الأجهزة بناءً على تصميم محدد للطائرات بدون طيارة يُعرف باسم OmniNxt، وهو صغير وخفيف الوزن ومجهز بكاميرات يمكنها الرؤية في جميع الاتجاهات في آن واحد. قدم الباحثون تعليمات مفصلة خطوة بخ way وأدلة فيديو بحيث يمكن لأي شخص، حتى لو لم يكن لديه خلفية في الهندسة، تجميع هذه الآلات. تبلغ تكلفة بناء واحدة حوالي سعر كمبيوتر محمول عالي الجودة، ويستغرق التجميع حوالي خمس ساعات. وبمجرد بنائها، يكمن الابتكار الحقيقي في البرمجيات. فبدلاً من إعداد كل طائرة على حدة، وهو أمر بطيء ومعرض للخطأ، ابتكر الفريق نظاماً يمكنه تهيئة وتحديث أسطول كامل من الطائرات بدون طيار في وقت واحد. وهذا يعني أنه إذا أراد باحث اختبار خوارزمية طيران جديدة، فيمكنه إرسال التحديث إلى ست طائرات في آن واحد خلال عشرين دقيقة فقط، بدلاً من قضاء ساعات على كل وحدة على حدة.

إن قلب النظام هو "عقل" يسمح للطائرات باتخاذ القرارات في الوقت الفعلي. تحمل كل طائرة كمبيوتراً قوياً قادراً على معالجة الصور لفهم عمق العالم من حولها. وباستخدام نظام قائم على التعلم، تنظر الطائرة إلى أزواج من الصور من كاميراتها وتحسب مدى بعد الأشياء، مما ينشئ خريطة ثلاثية الأبعاد لمحيطها. تُستخدم هذه الخريطة بعد ذلك من قبل نظام تخطيط يحدد المسار الأكثر أماناً للأمام. والأهم من ذلك، أن الطائرات لا تتبع مجرد مسار مبرمج مسبقاً؛ بل تتواصل مع بعضها البعض لتجنب الاصطدامات. فإذا رأت إحدى الطائرات أخرى تقترب أكثر من اللازم، فإنها تعدل مسارها فوراً. اختبر الباحثون هذا النظام في سيناريوهين مختلفين. في الأول، أرسلوا ست طائرات إلى غرفة فارغة لمعرفة ما إذا كان بإمكانها الطيران في تشكيل ضيق دون الاصطدام ببعضها البعض. تبادلت الطائرات مواقعها وتحركت في دائرة كبيرة، وطارت لمدة ساعتين كاملتين دون حدوث تصادم واحد، رغم التأخيرات العرضية في اتصالاتها اللاسلكية. وفي الاختبار الثاني، قلصوا المجموعة إلى أربع طائرات وملأوا الغرفة بالعوائق. كان على هذه الطائرات استخدام كاميراتها المدمجة لرؤية الجدران والأثاث، وحساب مسافتها، والتنقل عبر الفوضى. لقد طاروا لمدة ثلاثين دقيقة، ونجحوا في تجنب كل من العوائق وبعضهم البعض.

تظهر النتائج أن النظام يعمل بشكل موثوق، لكن الباحثين حذرون في الإشارة إلى حدوده الحالية. فالطائرات تطير بشكل أفضل عندما تكون في غرفة يمكن تتبع موقعها بواسطة نظام كاميرا خارجي، والذي يعمل كدليل مثالي لموقعها. ولا يمكنها بعد الطيران بهذه الطريقة في بيئة خارجية تفتقر إلى نظام تحديد المواقع (GPS) دون ذلك المساعد الخارجي. علاوة على ذلك، يعتمد النظام بشكل كبير على معالج الرسوميات الخاص بالطائرة لحساب العمق، مما يستهلك معظم طاقة الكمبيوتر، ويترك مجالاً ضئيلاً للمهام المعقدة الأخرى في نفس الوقت. كما أن حساب العمق محدود الدقة، مما يعني أن الأجسام الصغيرة جداً والبعيدة قد تُفقد. وبالرغم من هذه القيود، تمثل المنصة خطوة كبيرة للأمام؛ فهي تثبت أن مجموعة من الروبوتات الصغيرة وبأسعار معقولة يمكن تجميعها وبرمجتها وتطييرها معاً بدرجة عالية من الاستقلالية. ومن خلال جعل الأجهزة والبرمجيات مفتوحة للجميع، يأمل الباحثون في إزالة الحواجز التي أبطأت التقدم في هذا المجال، مما يسمح للعلماء بالتركيز على حل المشكلات الأصعب المتمثلة في جعل هذه الأسراب مستقلة حقاً وجاهزة للعالم الحقيقي.

أبحاث مشابهة