هوش مصنوعی در خدمت محیط‌زیست؛ جمع‌آوری داده‌های سه‌بعدی از دل آتش

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، دود آتش‌سوزی‌های جنگلی می‌تواند صد‌ها مایل حرکت کند، آسمان را ابری کند و کیفیت هوا را در شهر‌های دوردست کاهش دهد. پیش‌بینی اینکه این دود‌ها به کجا رانده می‌شوند، همیشه دشوار بوده است.

اکنون، محققان دانشگاه مینه‌سوتا در شهر‌های دوقلو، ربات‌های هوایی توسعه داده‌اند که مستقیماً به درون دود پرواز می‌کنند و داده‌هایی را جمع‌آوری می‌کنند که می‌توانند پیش‌بینی‌ها را بسیار دقیق‌تر کنند.

کار این تیم، هوش مصنوعی را با دسته‌های هماهنگ پهپاد‌ها ترکیب می‌کند. این دستگاه‌های جمع‌وجور، دود را به‌صورت بلادرنگ شناسایی، ردیابی و نقشه‌برداری می‌کنند.

با انجام این کار، آنها اطلاعات دقیقی را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند تا مدل‌های چگونگی حرکت آلاینده‌ها در جو را بهبود بخشند.

آنها گروهی از ربات‌های هوایی را به حسگر‌ها و هوش مصنوعی مجهز کردند. برخلاف پهپاد‌های سنتی، این ربات‌ها می‌توانند دود را تشخیص داده و به درون آن پرواز کنند.

آنها داده‌ها را از زوایای مختلف جمع‌آوری می‌کنند و بازسازی‌های سه‌بعدی از دود ایجاد می‌کنند. این رویکرد به دانشمندان کمک می‌کند تا نحوه حرکت و پراکندگی ذرات دود را مطالعه کنند.

جیارونگ هونگ، استاد دانشکده مهندسی مکانیک و نویسنده ارشد، گفت: «یک گام کلیدی، درک ترکیب ذرات دود و نحوه پراکندگی آنهاست.» او توضیح داد که ذرات کوچکتر می‌توانند مسافت‌های طولانی‌تری را طی کنند و برای مدت طولانی معلق بمانند. این امر می‌تواند بر کیفیت هوا در مناطق دور از آتش‌سوزی اولیه تأثیر بگذارد.

ربات‌های هوایی نسبت به ماهواره‌ها مزایایی دارند. نیکیل نریشناکومار، دستیار تحقیقاتی فارغ‌التحصیل در موسسه رباتیک مینه‌سوتا و نویسنده اول، گفت: «این رویکرد امکان جمع‌آوری داده‌ها با وضوح بالا را در مناطق وسیع - با هزینه‌ای کمتر از ابزار‌های مبتنی بر ماهواره - فراهم می‌کند. این ربات‌ها داده‌های حیاتی را برای بهبود شبیه‌سازی‌ها و اطلاع‌رسانی در مورد واکنش به خطر فراهم می‌کنند.»

داده‌ها برای بهبود واکنش به آتش‌سوزی

به گزارش آسوشیتدپرس، بین سال‌های ۲۰۱۲ تا ۲۰۲۱، سوختگی‌های از پیش تعیین‌شده در ایالات متحده باعث ۴۳ آتش‌سوزی جنگلی شد. این رویداد‌ها نیاز به ابزار‌های مدیریت دود قابل اعتمادتر را برجسته کرد.

سیستم‌های مدل‌سازی قبلی، رفتار آتش و دود را ثبت می‌کردند، اما همچنان در دقت داده‌ها و مشاهدات میدانی، خلا‌هایی وجود داشت.

تیم مینه‌سوتا سیستم هماهنگ خود را برای بستن این شکاف‌ها آزمایش کرد. ربات‌ها به صورت بلادرنگ، گاز‌های خروجی را ردیابی کرده و تجزیه و تحلیل الگوی جریان را انجام دادند.

این روش همچنین از توصیف ذرات با استفاده از هولوگرافی درون خطی دیجیتال پشتیبانی می‌کند. این پیشرفت‌ها مدل‌های پیش‌بینی‌کننده‌ای را بهبود می‌بخشند که تلاش‌های واکنش در هنگام آتش‌سوزی را هدایت می‌کنند.

این فناوری می‌تواند فراتر از آتش‌سوزی‌های جنگلی عمل کند. محققان کاربرد‌هایی را در نظارت بر طوفان‌های شن، فوران‌های آتشفشانی و سایر خطرات هوایی می‌بینند. هدف بعدی آنها تبدیل این سیستم به ابزاری کاربردی برای تشخیص زودهنگام آتش‌سوزی است.

هونگ گفت: «شناسایی زودهنگام کلید ماجرا است. هر چه زودتر بتوانید آتش را ببینید، سریع‌تر می‌توانید واکنش نشان دهید.»

ساخت بر اساس سیستم‌های پهپادی قبلی

این گروه پیش از این پهپاد‌های خودکاری با قابلیت دید کامپیوتری برای دنبال کردن دود ساخته بود. سیستم فعلی بر اساس همان کار با ردیابی هماهنگ چند پهپاد ساخته شده است.

این تیم همچنین در حال بررسی پهپاد‌های VTOL با بال ثابت است که می‌توانند به صورت عمودی از زمین بلند شوند و بیش از یک ساعت پرواز کنند. این استقامت، آنها را برای نظارت بر مناطق وسیع مناسب‌تر می‌کند.

در کنار هونگ و نریشناکومار، شاشانک شارما و سریجان کومار پال از موسسه رباتیک مینه سوتا نیز در این پروژه مشارکت داشتند. این کار همچنین از منابع آزمایشگاه سنت آنتونی فالز بهره برد.

محققان با ترکیب رباتیک و علوم محیطی، ابزار‌های مقرون‌به‌صرفه‌ای ایجاد می‌کنند که جمع‌آوری داده‌ها را بهبود می‌بخشد.

با ردیابی بهتر دود، جوامع و سازمان‌ها می‌توانند سریع‌تر به تهدیدات آتش‌سوزی‌های جنگلی واکنش نشان دهند و اثرات ذرات معلق در هوا بر سلامت را کاهش دهند.