نگاهی به پهپاد تحویل کالای جدید آمازون

آمازون برای اولین‌بار، در جریان کنفرانس re:Mars در لاس‌وگاس، پهپاد ترابری تمام الکتریکی خود را به نمایش گذاشت. در طراحی این پهپاد، هم از هلیکوپترها و هم از هواپیماها الهام گرفته شده است. این پهپاد، همانند یک هلیکوپتر، از توانایی نشست‌وبرخواست عمودی برخوردار است و می‌تواند از حالت پرواز عمودی به پرواز افقی تغییر وضعیت دهد. این پرنده که به‌صورت شش‌گوشه طراحی‌ شده، دارای پوشش‌هایی در هر ۶ طرف است که تیغه‌ها را از کنار پوشش می‌دهند و ایمنی پهپاد را افزایش می‌دهند.

براساس ادعای آمازون، فعالیت این پهپاد جهت تحویل سفارش‌های کاربران در ماه‌های آینده شروع خواهد شد؛ اما مشخص نیست که از این وسیله کجا استفاده خواهدشد. دیگر نکته‌ی حائز اهمیت، وجود حسگرها و واحدهای پردازشی متعدد در این پهپاد است که امکان اجرای انواع مختلفی از الگوهای یادگیری ماشین را برای آن به ارمغان می‌آورند؛ الگوهایی که موجب افزایش ایمنی این پرنده می‌شوند.

این اولین باری است که آمازون به‌طور عمومی در رابطه با استفاده از حسگرهای تصویری، گرمایی و فراصوتی (Ultrasonic) که توسط این شرکت توسعه‌داده شده‌اند صحبت می‌کند. دیگر مسئله‌ی جدیدی که توسط آمازون تشریح شده، نحوه‌ی مانوردهی پهپاد برای فرود در محل موردنظر است.

وقتی این پرنده در وضعیت پرواز افقی است و شبیه به یک هواپیما پرواز می‌کند، تا حدی به TIE Fighter-ها در مجموعه‌ی جنگ‌ ستارگان شباهت دارد. در این وضعیت، هسته‌ی مرکزی پهپاد حسگرها، ابزارهای ناوبری و مرسوله را در خود جای می‌دهد. حداکثر برد این پرنده‌ی جدید در حدود ۲۴ کیلومتر است و حداکثر وزن مرسوله‌ها نیز می‌تواند در حدود ۲ کیلو و ۲۶۰ گرم باشد.

اگر نگاهی به نمونه‌ی پیشین پهپاد ترابری آمازون داشته‌باشیم، بی‌شک اذعان خواهیم کرد که این پهپاد جدید، از نظر طراحی، تفاوت قابل‌توجهی نسبت به طراحی سنتی نسل پیشین دارد.

نسل پیشین پهپاد آمازون

اما جدای از طراحی جذاب پهپاد، تمرکز آمازون در زمان معرفی این پرنده، بیشتر روی مجموعه‌ی حسگرها و ویژگی‌های ایمنی توسعه‌داده‌شده برای آن بود. گور کیمچی، معاون برنامه‌ی پرایم ایر (Prime Air) در این رابطه می‌گوید:

گرایش ما برای اجتناب از فناوری همان چیزی است که موجب ایمنی مستقل این پهپاد می‌شود. من از عبارت «ایمنی مستقل» استفاده می‌کنم؛ چرا که برخلاف برخی روش‌ها که ویژگی‌های ایمنی را درون پرنده تعبیه نمی‌کنند، در پهپاد ما، تمام ویژگی‌های ایمنی در خود پرنده تعبیه شده‌اند.

کیمچی روی این مسئله نیز تأکید داشت که طراحی سخت‌افزار و نرم‌افزار این پهپاد تماما توسط آمازون انجام شده است. وی اظهار داشت:

ما تمام فناوری‌های این پرنده از مواد خام تا سخت‌افزار، نرم‌افزار، ساختار، کارخانه‌ی تولیدی، زنجیره‌ی تأمین قطعات و تحویل آن را خودمان کنترل می‌کنیم. درنهایت، این پرنده خود می‌تواند به کنترل خود بپردازد و از توانایی‌های بی‌نظیری برای واکنش به جهان اطراف برخوردار است.

واضح است که تیم طراحی آمازون تلاش داشته تا حتی‌الامکان سطوح پروازی پهپاد را به‌شکلی ساده طراحی کند. در این طراحی، تنها از چهار سطح کنترلی سنتی (شبیه به هواپیماها) و ۶ تیغه‌ی چرخان استفاده شده است. سیستم خلبان خودکار، که توسط آمازون توسعه‌ یافته‌است، داده‌های دریافت‌شده از حسگرها را مورد ارزیابی قرار می‌دهد و می‌تواند پرنده را در ۶ جهت هدایت کند. محفظه‌ی مرکزی پهپاد که به‌صورت زاویه‌دار طراحی شده هم ثابت است و هیچ حرکتی ندارد.

پهپاد جدید آمازون در حال پرواز

در رابطه با میزان صدای تولید‌شده توسط این پهپاد توضیح دقیقی ارائه نشده است؛ اما به‌گفته‌ی کیمچی، صدای تولید‌شده در محدوده‌ی مشخص‌شده در استانداردهای ایمنی است و مسئله‌ی تولید صدا نیز از جمله موارد حائز اهمیت برای آمازون بوده است. در هر حال، احتمالا صدای تولید‌شده در حدی خواهدبود که بتوانیم از نزدیک‌شدن آن به حیاط خانه‌های‌مان باخبر شویم.

برای آگاهی از محیط اطراف، این پهپاد از مجموعه‌ای از حسگرها و الگوهای یادگیری ماشین استفاده می‌کنند که تماما به‌طور مستقل و توسط خود پرنده اجرا می‌شوند. به‌لطف طراحی خاص پهپاد، مسیر پروازی آن بسیار انعطاف‌پذیرتر از پهپادهای رایج است و همین مسیر پروازی نیز به‌صورت مداوم، توسط سیستم کنترلی مورد پایش قرار می‌گیرد.

الگوهای یادگیری ماشین به پرنده‌ی جدید آمازون اجازه می‌دهند تا حین پرواز، ترافیک هوایی را کشف کرده و به آن واکنش نشان دهد. شناسایی منطقه‌ی فرود هم از جمله وظائف این الگوها است؛ شایان ذکر است که شناسایی خطوط برق در منطقه‌ی فرود، از جمله چالش‌های بررگی است که سیستم هدایتی پهپاد جدید توانسته بر آن فائق آید. برای انجام این کار، تیم طراحی از الگوهای تصویرسنجی، الگوهای جداسازی و شبکه‌های عصبی استفاده می‌کند. کیمچی در این رابطه می‌گوید:

احتمالا در این زمینه مدرن‌ترین الگوریتم‌ها را در اختیار داریم.

هر زمان که این پهپاد متوجه حضور شخصی یا یک مانع در محل فرود شود، می‌تواند فرایند فرود را لغو کرده یا آن را به تعویق بیندازد. به‌گفته‌ی کیمچی:

مهم‌ترین کاری که این پرنده می‌تواند انجام دهد، اتخاذ تصمیمی امن در زمانی است که با شرایطی پیش‌بینی‌نشده مواجه شده است؛ شرایطی که از قبل برای آن‌ها برنامه‌ریزی نشده است.

تیم توسعه‌ دهنده‌ی این پرنده از تکنیک جدیدی به‌نام «نقشه‌برداری و بومی‌سازی تصویری هم‌زمان» هم استفاده می‌کنند. در صورت عدم دسترسی به اطلاعات GPS یا داده‌های مکانی قبلی، این تکنیک به پهپاد اجازه می‌دهد تا نقشه‌ای از محیط کنونی خود تهیه کند. کیمچی می‌گوید:

ترکیب توانایی‌های ادراکی و تنوع الگوریتم‌ها همان چیزی است که ایمنی ویژه‌ای را برای سیستم ما به ارمغان می‌آورد.

در زمانی‌که پهپاد در حال حرکت به سمت محل تحویل مرسوله‌ها یا انبار است، لازم است تا داده‌های دریافتی از تمام حسگرها و خروجی تمامی الگوریتم‌ها با یکدیگر تطبیق داشته باشند. در صورت بروز هرگونه مشکل، پهپاد می‌تواند مأموریت را لغو کند. کیمچی می‌گوید:

تمام بخش‌های سیستم باید تشخیص دهند که امکان ادامه‌ی کار وجود دارد.

در صنعت هوانوردی، به‌کارگیری سیستم‌های پشتیبان کاملا رایج است؛ اما کیمچی تأکید می‌کند که رویکرد آمازون از به‌کارگیری سیستم‌های پشتیبان فراتر می‌رود. کیمچی اهمیت تنوع حسگرهایی که مستقل از یکدیگر فعالیت می‌کنند را مورد تأکید قرار می‌دهد. برای مثال، پهپاد جدید آمازون تنها از یک حسگر برای تعیین زاویه‌ی حمله استفاده می‌کند؛ اما می‌تواند از روش‌های دیگری نیز برای اندازه‌گیری این متغیر استفاده کند.

هرچند آمازون هنوز آماده نیست تا در رابطه با تمام جزئیات سخت‌افزاری این پرنده صحبت کند؛ اما به‌ادعای کیمچی، در این پهپاد از بیش از یک سیستم‌عامل و معماری پردازنده بهره گرفته شده‌است.

آنچه پرنده‌ی جدید آمازون را به یک پهپاد کامل تبدیل می‌کند، یک‌پارچه‌سازی تمام حسگرها، هوش مصنوعی و طراحی خاص این پهپاد است. برای مثال، این پرنده می‌تواند مانند اکثر پهپادهای مدرن، حتی با از کار افتادن یکی از ملخ‌ها، همچنان به پرواز ادامه دهد؛ اما در برخی شرایط می‌تواند با وجود از دست رفتن دو ملخ نیز به کار خود ادامه دهد. جالب‌تر اینکه برخلاف باقی پهپادها، این پرنده‌ی جدید می‌تواند مانند هواپیماها در حالت Glide (پرواز بدون نیروی موتور) نیز قرار گیرد.

برای دستیابی به این توانایی، تیم توسعه‌دهنده از هوش مصنوعی برای ارزیابی بیش از۵۰ هزار وضعیت مختلف استفاده کرده است. شبیه‌سازی‌های دینامیک سیالات که برای طراحی این پهپاد انجام‌شده‌اند نیز نیازمند ۳۰ میلیون‌ساعت پردازش بوده و به‌کمک پلتفرم رایانش ابری آمازون به‌انجام رسیده است. میلیون‌ها شبیه‌سازی نیز برای بررسی موقعیت حسگرها و برد آن‌ها و انتخاب لنزهای مناسب به‌انجام رسیده‌اند تا در هر مورد بهترین گزینه‌ها انتخاب شوند. کیمچی در این رابطه می‌گوید:

بهینه‌سازی [پهپاد] بدین معنی است که مجموعه‌ای مناسب و متنوع از حسگرها را انتخاب کنیم و [بدانیم] چگونه آن‌ها را پیکربندی کنیم. در این حالت همواره هم سیستم‌های پشتیبان را در اختیار داریم و هم از تنوع بهره می‌بریم. چه از نظر ابزارهای فیزیکی و چه از نظر الگوریتم‌ها.

تیم توسعه‌دهنده‌ی این پهپاد هزاران چرخه‌ی شبیه‌سازی سخت‌افزاری را نیز اجرا کرده‌اند. در این شبیه‌سازی‌ها، سطوح متحرک فعال می‌شوند و حسگرها نیز محیط‌هایی شبیه‌سازی‌شده را مورد پایش قرار می‌دهند. بااین‌حال، کیمچی اطلاعات بیشتری در رابطه با این شبیه‌سازی‌ها ارائه نکرد. به‌منظور حصول اطمینان از مناسب بودن الگوهای تحلیلی و محاسبه‌ای، تیم طراحی‌کننده این پرنده‌ی جدید را در دنیای واقعی نیز مورد آزمایش قرار داده است. کیمچی در این رابطه می‌گوید:

الگوهای تحلیلی و محاسبه‌ای ما بسیار ژرف هستند؛ اما با دنیای واقعی تطابق کامل ندارند. دنیای واقعی، اصلی‌ترین منبع رویدادهای پیش‌بینی‌نشده است.

هنوز زمان دقیق استفاده‌ی عملیاتی از این پهپاد مشخص نیست؛ اماه به‌گفته‌ی جف ویلکی، مدیر جهانی کسب‌وکار مصرفی آمازون، احتمالا در ماه‌های آینده شاهد رساندن کالاها به مشتریان توسط این پرنده خواهیم بود.

استفاده از پهپاد‌ها می‌تواند نقطه‌ی قوت دیگری برای کسب‌وکار آمازون باشد. به‌ادعای این شرکت، این پرنده‌ها می‌توانند اجسامی با وزن تقریبی ۲کیلو و ۲۶۰ گرم را در مدت‌زمان تقریبی ۳۰ دقیقه به مقصد برسانند. این توانایی موجب برتری آمازون بر فروشگاه‌های فیزیکی خواهدشد و مشتریان بیشتری را به‌سمت خرید آنلاین سوق می‌دهد.