תחרות סטודנטיאלית לרחפנים במבנה מורכב

בעידן שבו שימוש ברחפנים הולך ומתעצם, לא מפתיע שמעבדות מחקר רבות מתקדמות מכל העולם משקיעות משאבים רבים במחקר של רחפנים. כיום רחפן מחליף תפקידים אנושיים רבים, ויכולת זו רק מתרחבת לתחומים נוספים.

ישנם סוגי רחפנים רבים בתעשייה, במגוון גדלים, והחומרה שלהם שופעת חידושים ויכולות חישה מעולות. איכות המצלמות בעיקר משתפרת בקצב מהיר (כמו בטלפונים ניידים). עם זאת נושא האוטונומיה של רחפנים עדיין נמצא בחיתוליו, ובכל הקשור לטיסה בתוך מבנים ובין מכשולים - היכולות של רחפנים אוטונומיים עדיין רחוקה מאוד מזו של זבוב, דבורה או יונת בר. כיצד נוכל לפתח רחפן "חכם" שיתאים למשימות אוטונומיות ובתקציב מינימלי?

כאן נכנסת לתפקיד התוכנה. לרחפנים היום מגוון חיישנים. האתגר הוא לנתח ביעילות ובזמן אמת את המידע מהחיישנים כדי לאפשר טיסה אוטונומית. לשם כך התגייסה מעבדת המחקר K&CG (KINEMATIC &COMPUTATIONAL GEOMETRY LAB) של המחלקה למדעי המחשב מאוניברסיטת אריאל, המעבדה לקינמטיקה וגיאומטריה חישובית.

מעבדת המחקר, בראשות פרופ' בעז בן משה, ראש המחלקה למדעי המחשב ומומחה בעולם הכלים האוטונומיים, משקיעה משאבים רבים במחקר וייעול של עולם הרחפנים לכדי שימוש ברחפנים זולים וקלי חומרה לביצוע משימות מסובכות ומאתגרות, המצריכות רחפנים בעלי חומרה איכותית וחדשנית.

פרופ' בן משה: "אני מאמין בשילוב חוקרים ממגוון תחומי דעת וממדרג תארים, בהם סטודנטים וסטודנטיות לתואר ראשון, מאסטר, דוקטורנטים ודוקטורנטיות, כדי לייצר מחקר מקורי ומגוון. לכן הוחלט להציע לקהל הסטודנטיאלי מהמחלקה למדעי המחשב ומהפקולטה להנדסה להשתתף בתחרות קבוצתית העוסקת ברחפנים זעירים אוטונומיים."

בתחרות שלושה שלבים מרכזיים: מפגש היכרות, שלב מוקדמות ושלב הגמר. כל קבוצה צריכה לקחת חלק בשלושת השלבים. בשלב המוקדמות הקבוצות הציגו כישורים בראייה ממוחשבת (Computer Vision) כדי לקבל זכאות לרחפן לשלב הגמר. ראייה ממוחשבת היא ענף מרכזי של מדעי המחשב, העוסק בעיבוד אוטומטי של תמונות וידאו במטרה לחלץ ולפרש מידע חזותי הטמון בהן.

בשלב הגמר מסלול מכשולים. הקבוצות פיתחו אלגוריתם יעיל, שבעזרתו הרחפן מבצע טיסה אוטונומית במסלול מורכב בתוך מבנה. הקבוצה המנצחת היא זו שעושה כמה שיותר הקפות של המסלול באופן אוטונומי מלא בחמש דקות טיסה.

כל קבוצה שהציגה יכולת עיבוד תמונה, קיבלה רחפן זעיר מסוג TELLO הכולל מארז בסיסי גם מבחינת חומרה, שמשקלו פחות מ-100 גרם. הרחפן מתחבר למחשב להעברת הנתונים. כל קבוצה מפתחת מערכת תוכנה משלה. ניהוג הרחפן אוטונומי, משמע ללא התערבות אדם. התחרות התקיימה בתוך מבנה מורכב, והניווט עצמו נעשה על בסיס שלטים במיקום ידוע (הקליקו כאן לפירוט נוסף).

פרופ' בן משה: "אני מאמין כי הנגשת הנושא לסטודנטים ולסטודנטיות לתואר ראשון תעצים את ההתעניינות בנושא ותעורר סקרנות רבה בקהל הסטודנטיאלי, שהם הדור הבא של המחקר העתידי. אני וסגל המחלקה מקווים שתחרות זו תהיה בסיס לתחרות שנתית בנושא. התחרויות הבאות צפויות להיות פתוחות לכל ציבור המתעניינים - מתלמידי תיכון ועד סטודנטים לתארים מתקדמים."

הגיעו למקום הראשון סער טוביהו, אלון ברק ואייל חגי, סטודנטים עתודאים במחלקה למדעי המחשב, על פיתוח אלוגריתם שביצע את המסלול באופן המדויק והיעיל ביותר.