دور النظم الإلكترونية في مجال الاستجابة للكوارث

إعادة بناء الروابط

وكثيراً ما تدمر الكوارث برج الخلايا والهياكل الأساسية للإنترنت، ويمكن للروبوت أن يعمل كمواصلات متنقلة، ويحمل أجهزة لاسلكية، وبؤر ساخنة في وي-في، وحتى محطات ساتلية، ويشمل النظام الكهروميكانيكي هنا عجلات متحركة ترفع الهوائيات لتحصل على مستويات عالية من البصيرة، فضلاً عن نظم تثبيت للإبقاء على محطات تصريف ذاتية في الهواء الطلق.

مخزون من الفيضانات والمياه

وتشكل المياه تحدياً فريداً للنظم الكهروميكانيكية، وتتسبب المياه العذبة في مخاطر في الدوائر القصيرة، كما أن المركبات السطحية غير المأهولة مثل ] EMILY (Emergency Integrated Lifesaving Lanyard) تستخدم الآلات الواقية من المياه والأنفاق المختومة في الوصول إلى ضحايا الغرق.

التحديات الرئيسية في مجال النشر الميداني

وعلى الرغم من التقدم الذي أحرز منذ عقود، لا يزال نشر النظم الكهروميكانيكية في حالات الكوارث الحقيقية محفوفة بالصعوبات، وهذه التحديات تدفع البحوث الجارية وغالبا ما تحد من فعالية الروبوتات الحالية.

الطاقة وكثافة الطاقة

وقد تحسنت تكنولوجيا البطاريات، ولكن روبوتات الكوارث لا تزال تعاني من فترات محدودة، ولا يمكن أن يعمل روبوت نموذجي مكثف جدا إلا لمدة ساعة واحدة إلى ثلاث ساعات تحت الحمولة، وتحتاج بطاريات التبديل إلى تدخل بشري، وهو خطر في المناطق الملوثة، ويمكن للآليات المبتذلة أن تدار إلى أجل غير مسمى، ولكن قد تعوقها بعلامات سلكية ومحدودة، بل إن خلايا الوقود توفر قدرا أكبر من الطاقة، ولكنها تتطلب طاقة هيدروجين أو ميثانول، وتشمل الحلول السوقية.

Environmental Durability

ويجب أن تنجو المكونات الميكانيكية من الغبار والماء والأثر ودرجات الحرارة القصوى.() ويمكن لنظم التصنيفات (حماية الغازات) أن تفشل حتى النظم التي تُدرج في عام 1967 بعد التعرض المطول لرموز الرمل أو المواد الكيميائية التآكلية، ويمكن أن تتحلل، وتتراكم، ويمكن للوصلات أن تتآكل.()

الاتصالات والمراقبة

وكثيرا ما يحدث تشغيل آليين في حالات الكوارث عن بعد من مركبة قيادة خارج منطقة الخطر تماما، غير أن الجدران السميكة أو الحطام المعدني يمكن أن تحجب الإشارات اللاسلكية، وتجبر المشغلين على استخدام وصلات الكابلات أو الطائرات الآلية ذاتية، ويمكن أن تتجاوز مدة الارتفاع 500 ميلي ثانية على المسافات الطويلة أو وصلات السواتل، مما يجعل التلاعب الدقيق أمرا مستحيلا، مما يحفز الاهتمام بمستويات أعلى من الاستقلالية: السماح لمشغلي القيادة المنخفضة المستوى.

التفاعل بين البشر والروبوت

فالأصحاب والناجين ليسوا روبوتيين، إذ يجب أن يكون الواجهة بين المستخدمين غير ملائمة، وكثيرا ما تعتمد على لوحة لعب وشاشة واحدة، ولكن عندما تكون الكاميرا الآلية مشمولة بالطين أو ترددات قوة الذراع مضللة، وتشوه المشغل، وازدياد الأخطاء، فالتصميمات الميكانيكية التي تتضمن ردود فعل غير صحيحة وطرق شبه مسموعة لا تساعد على الحد من الحمل الحاد.

التكنولوجيات الناشئة والاتجاهات المستقبلية

وسيشكل الجيل القادم من روبوتات الاستجابة للكوارث من خلال الابتكارات في المواد والحساب والتكامل الكهروميكانيكي، وعدة اتجاهات بالتغلب على القيود الحالية.

أجهزة آلية صغيرة

فالهياكل الفلزية المتحركة صعبة وغير مغتفر، فالآليات الصغيرة التي تُصنع من القاع وتُستخدم بواسطة المناظير أو السواحل الشكلية، يمكن أن تُعصر من خلال فجوات صغيرة، وتتوافق مع أجسام غير نظامية، وتتفاعل بأمان مع البشر، فعلى سبيل المثال، يمكن للغريبة أن يتغلب على الناجي الهش دون سحق.

أجهزة التجميل

وقد يكون هناك روبوت كبير واحد مكلفاً جداً أو كبير جداً في الانتشار، ويمكن أن تغطي الأسلحة الصغيرة والبسيطة منطقة بسرعة، وأن تتصل ببعضها البعض، وأن تنظم نفسها للبحث عن الناجين، وتحتاج كل وحدة في الحزام إلى نظام كهربي خفيض: محرك للحرك، وجهاز لكشفه، ونموذج لاسلكي للتنسيق، وكفاءته هي الأهمية، والتصميمات الميكانيكية الحيوية التي تستمد من الحشرات.

المواد المتقدمة والصناعات التحويلية

فالصناعة المضافة )الطباعة )٣ دال( تتيح إنتاج هياكل معقدة ذات وزن خفيف وأجزاء معدة حسب الطلب، ويمكن للآليات العاملة في حالات الكوارث أن تحمل طابعة وخامات من ٣ دال لطباعة أجزاء بديلة من مفهوم منتصف البعثة يعرف باسم الإصلاح الآلي المتعدد المواد، كما أن مواد التلقيم الذاتي التي تغلق تلقائيا شقق صغيرة أو تعاد تصنيفها ممزقة، ستؤدي هذه التطورات إلى تحسين جذري في بقاء العناصر الكهرومائية في مكوناتها.

نقل الطاقة وشحنها على متن السفينة

ويمكن للروبوتات أن تشحن بطارياتها بجني طاقة الاهتزاز من المشي، أو التدرجات الحرارية من الأنقاض الساخنة، أو الألواح الشمسية المنتشرة على عطائها، وعلى الرغم من أن حصاد الطاقة الحالي يولد كميات صغيرة، فإنه يمكن أن يمدد البعثة عن طريق تشغيل أجهزة الاستشعار ذات الجرعات المنخفضة أو البطاريات المخادعة، وهناك وسيلة أخرى آمنة، وهي تُستخدم في محطة أرضية متنقلة.

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

AI is dramatically improving the autonomy of disasterroids. Neural networks can classify rubble types, detect human voices or heartbeats, and plan opt paths through unknown terrain. Reinforcement learning themselves how to jumpble piles or open doors. However, integrating AI with electromechanical control requires powerful onboard GPUs that consume significant power-a tradege that must be managed carefully.

خاتمة

ولا تزال النظم الميكانيكية الإلكترونية هي الأبطال غير المنغمسين وراء كل آلي ناجح للاستجابة للكوارث، ومن المحركات الوعرة التي تتبع المركبات المحطمة إلى الارتدادات الحساسة التي تجعل المشغل يشعر بنبض الناجين من خلال المناورة، فإن هذه المكونات الكهربائية والميكانيكية المتكاملة تجعل من الممكن القيام بمهام لإنقاذ الحياة، مع سرعة الاستجابة للتحديات، وقابلية الارتداد، والارتقاء، والتفاعل بين البشر.

For further reading on specific implementations and recent research, see IEE Spectrum’s Disaster Robotics collection, NASA’s structural inspectionroids], and Honeywell Robotics for hazardous environments.