حقق علماء معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا (MIPT) تقدماً علمياً لافتاً في مجال الروبوتات الطائرة ، بعد نجاحهم في تطوير نظام تحكم متقدم لروبوتات تحاكي حركة الطيور، يُعرف باسم «الروبوت-الطائر» أو الأورنيثوبتر.

وبحسب دراسة نُشرت في المكتبة الرقمية IEEE Xplore، تمكن الباحثون من ابتكار ما يُشبه «عقلاً رقمياً» يحاكي عمل المراكز العصبية لدى الكائنات الحية، مما يسمح للروبوت بالطيران بثبات حتى في ظروف الاضطراب الهوائي الشديد.

تقنية تحاكي الآليات البيولوجية للطيران

تعتمد التقنية الجديدة على إعادة إنتاج المبادئ البيولوجية التي تستخدمها الطيور أثناء الطيران، وليس فقط تقليد شكل الأجنحة، فالطيور بفضل ملايين السنين من التطور، تمتلك قدرة فائقة على المناورة بين الأشجار، واستعادة توازنها بعد الاصطدام، واستغلال التيارات الهوائية لتقليل استهلاك الطاقة.

وأشار الباحثون إلى أن محاكاة هذه القدرات تتطلب تقليد النظام العصبي المسؤول عن التحكم في الطيران، وهو ما نجحوا فيه عبر تطوير نموذج رياضي متقدم.

محاكاة «مولّد الأنماط المركزي» العصبي

الإنجاز الأساسي للفريق العلمي تمثل في إنشاء نموذج رياضي يحاكي عمل ما يُعرف بـ مولّد الأنماط المركزي (CPG)، وهي شبكات عصبية موجودة في الحبل الشوكي للحيوانات، وتتحكم في الحركات الإيقاعية مثل المشي والسباحة وخفقان الأجنحة.

وقد صمّم العلماء نسخة مبسطة من هذا النظام باستخدام معادلات رياضية تصف سلوك الخلايا العصبية الحقيقية، ما أتاح توليد حركات طبيعية ومستقرة للأجنحة.

نظام ذاتي التنظيم ومقاوم للاضطرابات

لا يقتصر عمل النظام الجديد على توليد الحركة فقط، بل يتميز بقدرته على التنظيم الذاتي والحفاظ على الاستقرار حتى في وجود اضطرابات خارجية.

ومن خلال تعديل معلمات النظام، يمكن:

زيادة سرعة خفقان الأجنحة لتنفيذ مناورات حادة.

تقليل سعة الحركة لتوفير الطاقة.

جعل الحركة غير متماثلة لتنفيذ الانعطافات.

كما أن بنية النظام جاهزة للربط مع حساسات التغذية الراجعة، ما يعزز قدرته على التكيف مع البيئة المحيطة في الزمن الحقيقي.

تصميم ميكانيكي متقدم للتحكم في الأجنحة

يعتمد الروبوت الطائر على محركين مستقلين (سيرفو) للتحكم في حركة الجناحين. وتقوم هذه المحركات بتحويل الإشارات العصبية المعقدة الصادرة عن الشبكة الرقمية إلى حركات دقيقة ومنسقة، تحاكي الكينماتيكا الطبيعية لأجنحة الطيور.

تطبيقات واعدة في البيئات الصعبة

يسمح هذا النهج المتقدم للروبوت الطائر بالحفاظ على استقراره أثناء الرياح القوية، والتعامل مع الاضطرابات الهوائية، وحتى التعافي بعد الاصطدامات.

ويرى الباحثون أن هذه التكنولوجيا تفتح المجال لتطوير طائرات بدون طيار لا غنى عنها في مجالات متعددة، مثل:

مراقبة النظم البيئية للغابات.

العمل داخل المستودعات المعقدة.

تنفيذ عمليات البحث والإنقاذ في الأنقاض والمناطق التي يصعب على الطائرات التقليدية الوصول إليها.