۲۲ اکتبر ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: امیر خُلَم-مایکل میلر/دانشگاه سینسیناتی
محققان دانشگاه سینسیناتی یک پهپاد بال‌زن ساخته‌اند که می‌تواند مانند پروانه‌ای که به سمت شعله کشیده می‌شود، یک منبع نور متحرک را پیدا کرده و در اطراف آن شناور شود.
این پروژه که توسط سامح ایسی، استادیار دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه کالیفرنیا، رهبری می‌شود، می‌تواند راه را برای پهپادهای کوچک و کارآمد مورد استفاده در نظارت مخفیانه هموار کند.
ایسی و دانشجویان مهندسی هوافضای او می‌گویند راز این کار در تقلید از پرواز حشرات نهفته است. ایسا گفت: «دلیل علاقه‌مندی ما اندازه است. این یک طراحی بهینه‌تر است. این ربات‌های کوچک باید مانند یک پروانه پرواز کنند.»
پروانه‌ها و سایر حشرات معلق می‌توانند موقعیت خود را در هوا حفظ کنند یا حتی به عقب پرواز کنند. آنها به طور غریزی با دقت با باد و موانع تنظیم می‌شوند.پهپاد ایسی نیز همین کار را انجام می‌دهد و تنظیمات دقیق و مداومی را برای حفظ فاصله و جهت‌گیری از یک نور، حتی زمانی که آن نور حرکت می‌کند، انجام می‌دهد.
آزمایشگاه ایسی ، آزمایشگاه مدل‌سازی، دینامیک و کنترل، بر مهندسی الهام گرفته از حیوانات تمرکز دارد. در تحقیقات قبلی، تیم او پهپادهایی را مطالعه کرد که می‌توانستند از اوج‌گیری پویا مانند آلباتروس‌ها برای پرواز مؤثر در مسافت‌های طولانی‌تر استفاده کنند.
پهپاد پروانه‌مانند جدید از معلق ماندن چابک حشرات الهام گرفته است، که ایسا و دانشجوی دکترا، احمد الگوهری، آن را با استفاده از یک چارچوب ریاضی معروف به بازخورد جستجوی افراطی توصیف می‌کنند.
در مطالعه خود، محققان پیشنهاد می‌کنند که حشرات معلق از سیستم‌های بازخورد طبیعی مشابهی استفاده می‌کنند.
الگوهری، نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: «شبیه‌سازی‌های ما نشان می‌دهد که کنترل جستجوی اکسترمم می‌تواند به طور طبیعی رفتار معلق ماندن پایدار مشاهده شده در حشرات را بدون هوش مصنوعی یا مدل‌های پیچیده بازتولید کند.»
وی افزود که این سیستم به «یک اصل بازخورد ساده، بدون مدل و بلادرنگ» متکی است که ممکن است توضیح دهد که چگونه موجودات کوچک با قدرت محدود مغز بسیار چابک پرواز می‌کنند.
برخلاف پهپادهای سنتی که به GPS یا هوش مصنوعی متکی هستند، این پهپاد بال‌زن، پرواز خود را در بلادرنگ با اندازه‌گیری مداوم عملکرد خود تنظیم می‌کند.این سیستم از طریق بازخورد مداوم، هدف را که در این مورد نور است، بهینه می‌کند.هر بال به طور مستقل برای کنترل غلتش، اوج گرفتن و انحراف بال می‌زند. با چشم غیرمسلح، ضربات سریع بال به صورت تاری، شبیه به بال‌های مرغ مگس‌خوار، به نظر می‌رسد.
حلقه بازخورد پهپاد به آن اجازه می‌دهد تا به طور پیوسته در هوا معلق بماند و حتی نوسان ظریفی را که در پروانه‌ها، زنبورهای عسل، سنجاقک‌ها، مگس‌های شناور، مگس‌های دریایی و مرغ‌های مگس‌خوار دیده می‌شود، تکرار کند.
الگوهری و دانشجوی فارغ‌التحصیل دانشگاه کالیفرنیا، روهان پالانیکومار، این پهپاد را در آزمایشگاه پرواز ایسا، فضایی مشبک که هم از دستگاه و هم از اپراتورهای آن محافظت می‌کند، به نمایش گذاشتند.
این پهپاد چهار بال، که از سیم و پارچه ساخته شده است، می‌تواند با استفاده از سیستم جستجوی اکسترمم، بلند شود و موقعیت خود را حفظ کند. الگوهری گفت، کنترل دستی بسیار سخت‌تر و ناپایدارتر است.
لرزش مشاهده شده در طول پرواز نقص نیست. بخشی از فرآیند است. این نوسانات کوچک به پهپاد کمک می‌کند تا عملکرد را ارزیابی کند و تنظیمات خردی را برای پایداری و جهت انجام دهد.
حشرات معلق مانند پروانه بال‌پاک‌کن مرغ مگس‌خوار، بال‌های خود را به شکل هشت حرکت می‌دهند و در هر دو حرکت، نیروی بالابر ایجاد می‌کنند.
بال‌های انعطاف‌پذیر آنها با هر ضربه تغییر شکل می‌دهند و به آنها کنترل و چابکی قابل توجهی می‌دهند، اصلی که مهندسان دانشگاه کالیفرنیا اکنون در حال ترجمه آن به طراحی رباتیک هستند.
ایسی معتقد است که این مفاهیم فراتر از پهپادها است. او گفت: “این می‌تواند چیزهای زیادی را در مورد بیوفیزیک تغییر دهد.” «اگر حشراتی مانند پروانه‌ها که در هوا معلق هستند از معادل بازخورد جستجوی حداکثری ما استفاده می‌کنند، احتمالاً در موجودات دیگر نیز تکامل یافته‌اند.»
محققان دانشگاه کالیفرنیا با مطالعه کوچکترین پرندگان طبیعت، در حال کشف این موضوع هستند که چگونه دقت و ثبات از سادگی ناشی می‌شود و درس‌هایی را آشکار می‌کنند که می‌تواند هم فناوری پهپاد و هم درک خود پرواز را متحول کند.
این مطالعه در مجله Physical Review E منتشر شده است.
