جامعة ETH زيورخ السويسرية تطور طائرة مسيرة رباعية المراوح مرنة مقاومة للصدمات تُدعى FlexiQuad

طور باحثون من جامعة ETH زيورخ طائرة مسيرة رباعية المراوح مرنة تُدعى FlexiQuad، تهدف إلى الحفاظ على القدرة على الطيران حتى في حالة الاصطدام. على عكس الطائرات المسيرة التقليدية التي تعتمد على هياكل صلبة، يتميز هذا التصميم الجديد بهيكل قابل للتشكيل، قادر على امتصاص الصدمات من خلال تغيير الشكل. على الرغم من هيكله المرن، لا تزال FlexiQuad قادرة على الحفاظ على طيران مستقر، وتحقيق سرعات عالية وتنفيذ مناورات مرنة. يمكن أن يدعم هذا التصميم في النهاية تطبيقات مثل فحص البنية التحتية، والعمليات الإنقاذ، ومراقبة البيئة في المساحات الضيقة والبيئات التحديّة. FlexiQuad هي طائرة مسيرة رباعية المراوح مرنة مقاومة للصدمات، تهدف إلى تحمل الصدمات دون فقدان القدرة على الطيران. على عكس الطائرات المسيرة الرباعية المراوح التقليدية، تتميز هذه الطائرة بهيكل دائري قابل للتشكيل، قادر على امتصاص الصدمات. يسمح هذا التصميم لـ FlexiQuad بتغيير شكلها بشكل مؤقت عند الاصطدام بالعوائق، مما يقلل من التأثير على هيكلها والمكونات المحمولة. على الرغم من هيكلها المرن، يمكن للطائرة المسيرة أن تصل سرعتها إلى 49 mph (حوالي 80 km/h)، ومستوى تسارعها يمكن مقارنته بالطائرات المسيرة التقليدية.

مبادئ تصميم الهيكل المرن

وفقًا لجامعة ETH زيورخ، تكمن الابتكارات الرئيسية في هذه الطائرة المسيرة في إطارها الذي يجمع بين المرونة والصلابة الهيكلية. هيكلها الدائري لا يحتوي على جسم مركزي، حيث يتم توزيع أربعة مراوح وبطارية ووحدة التحكم في الطيران على الإطار، مما يسمح للهيكل بالتشوه عرضيًا عند مواجهة العوائق، مع الحفاظ على الصلابة في الاتجاه العمودي. استلهم الباحثون من الطيور والحشرات، حيث يمكن لأجنحتها الانحناء في بعض الاتجاهات، بينما تبقى صلبة نسبيًا في اتجاهات أخرى. باستخدام هذا المبدأ، تستطيع FlexiQuad امتصاص طاقة الاصطدام دون التأثير على نقل القوة اللازمة لتشغيل المراوح بشكل فعال. في اختبارات الاصطدام، قام الباحثون بإطلاق الطائرة المسيرة نحو عائق بسرعة تصل إلى حوالي 15.5 mph (حوالي 25 km/h)، حيث تشوه هيكلها مؤقتًا عند الاصطدام، مما قلل من القوة المؤثرة على الهيكل، مما سمح لها بالاستمرار في الطيران. أشار الباحثون إلى أن سرعة الاختبار كانت محدودة بشكل أساسي بمساحة التسارع المطلوبة للطائرة المسيرة.

مجالات التطبيق والقدرة المستقبلية

وفقًا لجيراردي، يمكن لـ FlexiQuad تحقيق مستويات تسارع خطي وزاوي مماثلة لتلك الخاصة بالطائرات المسيرة الصلبة. يمكن أيضًا استخدام الهيكل المرن في التقاط ونقل الأشياء. خلال العروض، قامت الطائرة المسيرة بالتقاط ونقل ووضع حقيبة إسعافات أولية مرنة، كما رفعت حمولة تتجاوز وزنها. يمكن أن يدعم هذا التصميم العمليات في البيئات الضيقة أو الفوضوية، بما في ذلك فحص خزانات مياه السفن، والعمليات البحثية والإنقاذ في المباني المنهارة، ومراقبة البيئة في الغابات الكثيفة. كما أن قدرتها على تحمل الاتصال الجسدي تساعدها في التنقل عبر العوائق التي قد تعطل المهام. تتمثل إحدى التطبيقات المقترحة الأخرى في تثبيت شبكة في الجزء المجوف من الإطار لالتقاط الطائرات المسيرة غير المسيطر عليها. يسمح هذا التصميم القابل للتشكيل للطائرات المسيرة الثقيلة بالمرور عبر الفجوات الضيقة، وحمل مستشعرات إضافية، وإطالة وقت الطيران. تعتمد FlexiQuad على تصميم معياري، يهدف إلى تبسيط النقل والتجميع. تكلفة مواد هيكلها أقل من 15 فرنك سويسري، وهناك إمكانية لمزيد من خفض التكاليف. يمكن أيضًا فتح الإطار وطويه إلى شكل مضغوط يناسب وضعه في حقيبة متوسطة الحجم. تتيح المشابك السريعة الإطلاق والبطاريات القابلة للإدخال للمشغلين تجميع الطائرة المسيرة بسرعة في الموقع.

ومع ذلك، لا تزال القيادة الذاتية تمثل تحديًا تقنيًا. بعد الاصطدام، قد تؤدي الاهتزازات في الهيكل المرن إلى تشويش صور الكاميرا وتعطيل الملاحة. يعمل الباحثون على استخدام التعلم المعزز لتعليم الطائرة المسيرة كيفية استقرار نفسها باستخدام مستشعرات الحركة المحمولة بعد الاصطدام، ثم استعادة الطيران التلقائي. كما يدرسون ما إذا كان قياس تشوه الهيكل والاهتزازات يمكن أن يوفر معلومات إضافية لتسهيل التحكم في الطيران.

العنصر	المواصفات
أقصى سرعة طيران	49 mph (حوالي 80 km/h)
سرعة الطيران الاختبارية	15.5 mph (حوالي 25 km/h)

ابتكارات FlexiQuad التقنية وآفاق تطبيقاتها

تتجاوز تصميم FlexiQuad قيود الهياكل الصلبة للطائرات المسيرة التقليدية، من خلال هيكل قابل للتشكيل يمتص الصدمات، مما يعزز قدرتها على البقاء في حالات الاصطدام ويوسع نطاق تطبيقاتها. تتيح مرونة هذه الطائرة المسيرة القيام بعمليات فعالة في البيئات الضيقة أو التحديّة، مما يجعلها مناسبة لمهام الإنقاذ ومراقبة البيئة. بالإضافة إلى ذلك، فإن التصميم المعياري والمواد منخفضة التكلفة تعزز من مزاياها في النقل والتجميع، مما يمنحها القدرة على لعب دور مهم في العديد من الصناعات في المستقبل.