شاید تا چند قرن قبل، کسی فکرش را نمی‌کرد انسان بتواند پرواز کند یا اشیای پرنده‌ای بسازد که بتواند آن‌ها را کنترل کند. اگر هم این موضوع به ذهن کسی می‌رسید، شاید فقط در تخیلات خودش می‌توانست آن را زنده کند! اما بشر پیشرفت کرد و برادران رایت سال 1903 اولین هواپیمای موتوردار دنیا را ساختند تا نشان دهند فاصله رویا تا واقعیت گاهی به تار مویی بند است. از آن زمان تا امروز صنایع هوایی در حال پیشرفت هستند و پرواز انسان دیگر یک آرزو یا خیال نیست. امروزه دیگر به پرواز درآوردن اشیا هم غیرممکن نیست و انسان با ساخت هواپیماهای بدون سرنشین ابن کار را ممکن ساخته است. در این نوشتار قرار است با موضوعاتی مثل این‌که کوادروتور چیست؟ چطور کار می‌کند؟ چه مزایا و معایبی دارد و غیره صحبت کنیم. همراه مجله اون با مَن باشید 🙂
اینم بخونید بد نیست: 3 قدم برای یادگیری برنامه نویسی موبایل و پول درآوردن از آن!
پرنده هوایی بدون سرنشین (UAV) چیست؟
پرنده هوایی بدون سرنشین (unmanned aerial Vehicle) که به اختصار UAV هم نامیده می‌شود؛ به پرندگان قابل کنترل و هدایت‌پذیر از راه دور اشاره دارد. در این به این پرندگان پهباد می‌گوییم. پهباد از حروف اول کلمات زیر گرفته شده و توسط فرهنگستان زبان و ادب فارسی به تصویب رسیده است:
پرنده هدایت‌پذیر از دور = پهپاد
پس با توجه به این تعریف متوجه شدیم کلمه «پهباد» درست نیست و نباید از آن استفاده کنیم. این کلمه به اشتباه بین مردم رواج پیدا کرده و یک اشتباه تلفظی ساده است. مثل این است که به ماشین‌های پورشه بگوییم پورش! این تلفط کاملا اشتباه است و تلفظ صحیح این برند آلمانی خوش‌آوازه، پورشه است.
MAV چیست؟
در کنار UAV باید با اصطلاح دیگری به نام MAV آشنا شویم. MAV مخفف micro air vehicle یا micro aerial vehicle است. MAV زیرمجموعه‌ای از پرنده‌های بدون سرنشین مینیاتوری (Miniature UAV) به حساب می‌آید. ویژگی اصلی این UAVها این است که کوچک هستند و به سادگی می‌توانند توسط انسان جابه‌جا شوند. پس اندازه و سایز، اهمیت زیادی در MAV دارد.
جالب است بدانید اندازه بعضی از MAVها 5 سانتی‌متر است! گفته می‌شود در آینده‌ای نه چندان‌دور، شاهد حضور پرنده‌های بدون سرنشین در اندازه حشره‌ها خواهیم بود. این حشره‌های ریز امکان مشاهده محیط‌های خطرناکی که دیدنشان برای وسایل نقلیه زمینی عادی ممکن نیست فراهم می‌کنند.
تولید و ساخت MAV با مقاصد مختلف تحقیقاتی، دانشگاهی، تجاری، نظامی و غیره دنبال می‌شود. البته گاهی MAV برای تفریح و سرگرمی هم به کار می‌رود. مثل عکاسی هوایی و غیره.
کوادروتور چیست؟
کوادروتور یا کوادکوپتر زیردسته‌ای از مولتی روترها به حساب می‌آید و با داشتن تجهیزات مخصوص، می‌تواند در هوا شناور بماند و پرواز کند. Quadrotor یک وسیله نقلیه مکانیکی ساده برای پرواز است. این دستگاه پرنده از 4 بازو تشکیل می‌شود که در هر بازو، یک موتور متصل به پروانه وجود دارد.
می‌توانیم مولتی‌روتورهایی با 3، 6، یا 8 بازو هم ساخت که اسمشان دیگر کوادروتور نخواهد بود؛ اما از نظر کارکرد شبیه به همان quadcopter خواهند بود. در ادامه بیشتر با مولتی‌روتر و مشتقات آن مثل کوادروتور و غیره آشنا خواهیم شد.
کوادروتور با کوادکوپتر چه فرقی دارد؟
اگر بخواهیم پاسخ کوتاهی بدهیم؛ باید بگوییم این 2 کلمه هیچ فرقی باهم ندارند و هر دو به یک موضوع اشاره می‌کنند! مثل این می‌ماند بگوییم ماوس یا بگوییم موش‌واره. تفاوتی بین این 2 کلمه وجود ندارد.
البته گاهی برای تفکیک این 2 (کوادروتور و کوادکوپتر) به کاربرد آن‌ها هم اشاره می‌کنند. برای مثال می‌گویند پرنده‌های چهار موتوره که برای مقاصد تفریحی ساخته و فروخته می‌شوند را کوادکوپتر و پرنده‌های چهارموتوره نیمه‌حرفه‌ای یا حرفه‌ای که امکانات متنوعی مثل GPS دارند را کوادروتور بنامیم.
مثل این می‌ماند که به آقایان مجرد بگوییم پسر و به آقایان متاهل بگوییم مرد! (مثال خوبی بود؟ 🙂 ) در واقع هر دو کلمه پسر و مرد به یک نوع جنسیت اشاره دارند.
البته این فرمول که برای تشخیص کوادروتور و کوادکوپتر معرفی کردیم، یک استاندارد جهانی و شناخته‌شده نیست و توسط تمام تولیدکنندگان و فروشندگان رعایت نمی‌شود.
کوادروتور چطور کار می‌کند؟
پرواز پرنده‌ها در آسمان جذاب است. گاهی دلمان نمی‌آید از نگاه کردن به این پروازهای شگفت‌انگیز دست بکشیم! تا به حال شده پرنده‌ای را ببینید که به جای حرکت عمودی یا افقی دارد دورِ خودش می‌گردد؟ (البته به جز زمانی که آسیب دیده است) طبیعتا پاسختان خیر است. حرکت بالا و پایین یا رو به جلو پرندگان را می‌توان با قوانین فیزیک به زیبایی درک کرد.
کوادروترها را هم شبیه پرندگان در نظر بگیرید. کواروتری که بعد از پرواز فقط دور خودش بچرخد، به کار کسی نمی‌آید. (شاید فقط باعث خنده و خوشحالی بعضی از افراد شود!) می‌دانید که کوادروتورها از 4 موتور ساخته شده‌اند. اگر هر 4 موتور به شکلی کار کنند که هر 4 ملخ در یک جهت بچرخند، پرنده ما فقط دور خودش خواهد چرخید. این مشکل یا تضاد چطور حل می‌شود؟
اگر 2 موتور در یک جهت و 2 موتور دیگر در جهت مخالف آن بچرخند، کوادروتور می‌تواند در آسمان پرواز کند. در این‌جا نمی‌خواهیم به شکل تخصصی راجع به گشتاور نیرو و مباحث تخصصی فیزیک یا هواوفضا صحبت کنیم. اگر به یادگیری مباحث هواوفضا علاقه دارید، توصیه می‌کنم نگاهی به آموزش مهندسی هوافضا فرادرس بیندازید.
از نظر چرخش موتورها کوادکوپترها را به 2 دسته تقسیم می‌کنند:
- کوادروتورهای نوع X: در این حالت موتورهای کناری در یک جهت می‌چرخند.
- کوادروتورهای نوع H: در این حالت موتورهایی که مقابل یه روبه‌رو یکدیگر هستند در یک جهت می‌چرخند.
کم و زیاد کردن سرعت چرخش موتورها، باعث افزایش یا کاهش ارتفاع کوادروتور خواهد شد. برای ارتفاع گرفتن باید سرعت چرخش موتورها بیشتر و برای کاهش ارتفاع، سرعت چرخش کم شود.
دسته‌بندی پهبادها و کوادروتورها به چه شکل است؟
بستگی دارد آن‌ها را به چه شکل دسته‌بندی کنیم. برای مثال می‌توانیم کوادروتورها را بر اساس نوع بال به 3 دسته زیر تقسیم کنیم:
- بال‌زن
- بالگرد
- بال‌ثابت
از نگاهی دیگر، می‌توانیم کوادروتورها را از لحاظ نوع کاربری و استفاده مصرف‌کنندگان تفکیک کنیم:
1 – کوادروتور تفریحی (با مقاصد سرگرمی)
همانطور که از نامشان مشخص است، این تجهیزات برای سرگرمی انتخاب خوبی هستند و بیشتر به عنوان اسباب‌بازی یا وسایل بازی در نظر گرفته می‌شوند.
2 – کوادروتور نیمه‌حرفه‌ای
این کوادروترها ترکیبی از کوادکوپترهای حرفه‌ای و تفریحی هستند. به این شکل که معمولا از لحاظ نوع کاربری، در دسته تفریحی قرار می‌گیرند؛ اما برخی امکانات و قابلیت‌های کوادروترهای حرفه‌ای را دارند.
مثلا یک کوادروتر ممکن است قابلیت مکان‌یابی (GPS) و بازگشت به خانه را داشته باشد؛ اما بورد آن بسیار کم باشد. (مثلا کمتر از 1 کیلومتر) به این ترتیب، این کوادروتورها در دسته نیمه‌حرفه‌ای قرار می‌گیرند.
3 – کوادروتور حرفه‌ای و تخصصی
کوداروتورهای حرفه‌ای، همانطور که از نامشان حدس زدید، پیشرفته‌ترین نوع کوداروتورها به حساب می‌آیند. این پرنده‌های جادویی با امکانات بسیار متنوع خود، نیازهای گوناگون کاربران را برآورده می‌کنند. از این کوادکوپترها معمولا در صنایع نظامی و مشاغل مهم استفاده می‌شود.
دسته بندی کوادروتورها بر اساس محیط پرواز
کوادروتورهای Indoor: در محیط‌های بسته به کار گرفته می‌شوند. طراحی آن‌ها به شکلی است که در برابر وزش بادهای شدید مقاوم نیستند و باید در مکان‌هایی که باد تند جریان ندارد، استفاده شوند.
کوادروتورهای Outdoor: در محیط‌های باز و بسته به کار گرفته می‌شوند. این کوادکوپترها می‌توانند در فضای باز که باد هم می‌وزد به خوبی پرواز کنند.
ساخت کوادکوپتر به چه چیزهایی نیاز دارد؟
با کمی خلاقیت، می‌توانید در منزل خودتان هم یک کوادکوپتر بسیار ساده و مبتدی بسازید. اما ساخت کوادروتورهای پیشرفته که اهداف گوناگونی را دنبال می‌کنند کار دشواری است. شما باید دانش زیادی داشته باشید و از علوم مختلف سردربیاورید. البته شرکت‌هایی که اقدام به ساخت کوادروتور کردند هر بخش را به متخصصان آن سپرده‌اند. هرچند ساخت کوادکوپتور، به اندازه ساخت یک هواپیمای مسافربری پیچیده نیست؛ اما باز هم نیاز است که با مباحثی مثل مهندسی هواوفضا، ریاضیات، برق، مکانیک، کامپیوتر، آموزش فیزیک و غیره آشنا باشید.
برای شروع کار توصیه می‌کنم نگاهی به آموزش پروژه محور طراحی و مونتاژ کوادکوپتر (Quadcopter) با کتیا از فرادرس بیندازید.
مزایای کوادروتورها چیست؟
حالا که با مفهوم کوادروتور آشنا شدید، بهتر است نگاهی به مزایا و معایب این پرنده‌های جذاب داشته باشیم.
1 – پرواز با آن‌ها لذت‌بخش است
دوران کودکی را یادتان است؟ اگر از ما می‌پرسیدند می‌خواهید چه کاره شوید؟ احتمالا یکی از جواب‌های ما «خلبان» شدن بود. بیشتر انسان‌ها پرواز کردن و کنترل کردن یک وسیله هوایی را دوست دارند. برای به پرواز درآوردن کوادروتورهای ساده نیاز به تحصیلات آکادمیک یا دوره‌های پیشرفته هواوفضا نداریم. به پرواز درآوردن کوادروتورها تقریبا برای همه انسان‌ها، حس خوبی به همراه دارد.
2 – کوادکوپترها نسبت به تجهیزات پرنده با سرنشین، بسیار ارزان‌تر هستند
کوادروتورها همه جا استفاده می‌شوند. بعضی از کاربردهای آن‌ها عبارتند از: نقشه‌برداری هوایی، ایجاد پوشش خبری، عملیات‌های امدادونجات، سم‌پاشی و غیره. استفاده از کوادروتورها مزایای بسیار زیادی برای بعضی از صنایع و مشاغل دارد.
قبل از ساخت هواپیماهای بدون سرنشین، هزینه‌های هنگفتی برای به پرواز درآوردن هلیکوپترها پرداخت می‌شد. اجاره یک هلیکوپتر با توجه به مدل آن، می‌تواند ساعتی 600 تا 800 دلار هزینه داشته باشد. همچین باید زمان گذاشت و هزینه کرد تا مجوزهای لازم را از مسئولان مربوطه گرفت. کاری بسیار زمان‌بر و پرهزینه.
در حالی که هزینه‌های خرید یک کوادروتور برای مشاغل مختلف می‌تواند برابر با هزینه‌های اجاره روزانه یا نهایت چند روزه یک هلیکوپتر باشد! (صرف‌نظر از هزینه‌های تعمیر و نگهداری) به این ترتیب صرفه‌جویی بسیار زیادی در مخارج شرکت‌ها و اصناف گوناگون خواهد شد. از طرفی اگر در محدوده هوایی کنترل‌شده و محدودشده نباشید، نیازی به گرفتن مجوز برای به پرواز درآوردن کوادروتور نخواهید داشت.
3 – کوادروتورها می‌توانند به مناطقی بروند که دسترسی به آن‌ها دشوار است
همانطور که می‌دانید، بخش‌هایی از کره زمین دسترسی دشواری دارند و نمی‌توان با پای پیاده، وسایل نقلیه زمینی یا حتی هواپیماهای بزرگ به آن‌جا رفت. در این شرایط کوادکوپترهای کوچک به دادمان می‌رسند.
این موضوع مخصوصا در شرایط بحرانی و امدادی که سرعت اهمیت زیادی دارد، مهم‌تر می‌شود. هواپیماهای بدون سرنشین برای عملیات‌هایی مثل جستجو و نجات جان افراد، حتی تصویربرداری حرارتی برای شناسایی انسان‌ها در تاریکی یا شرایطی که روشنایی کافی وجود ندارد، به کار گرفته می‌شوند.
معایب کوادکوپترها
1 – ممکن به انسان‌ها یا اموال شخصی و عمومی آسیب بزنند
ابعاد کوچک و جمع‌وجور کوادروتورها، به اضافه این نکته که بدون سرنشین هستند؛ کنترل و مدیریت آن‌ها را نسبت به هواپیماهای سرنشین‌دار راحت‌تر می‌کند. البته این بدان معنا نیست که پرنده‌های بدون سرنشین کاملا هم بی‌خطر هستند.
کوادروتورها ممکن است به دلایل مختلف سقوط کنند. از دست دادن سیگنال‌های کنترلر، از کار افتادن باتری‌ها، حمله پرندگان یا حتی تغییر ناگهانی در وزش باد، ممکن است یک پهپاد را سرنگون کند. همچنین ممکن است مولتی‌روترها با هواپیماهای سرنشین‌دار برخورد داشته باشند. خوشبختانه تا امروز این اتفاق نیفتاده است. اما تقریبا به شکل روزانه، گزارش‌هایی از نزدیک شدن آن‌ها به هواپیماهای سرنشین‌دار گزارش می‌شود.
یکی از این حوادث تلخ سال 2014 اتفاق افتاد. خبرنگار روزنامه برلکین به خاطر سقوط یک پهباد و اصابت با آن، بینی خود را از دست داد و دچار خون‌ریزی شدید شد. حادثه‌های دیگری هم از برخورد پهپادها با انسان گزارش شده است.
2 – ممکن است از آن‌ها برای نقض حریم خصوصی استفاده شود
پهپادها مانند هر تکنولوژی دیگری، می‌توانند برای اهداف خوب یا بد به کار گرفته شوند. یکی از جنجالی‌ترین کاربردهای منفی و نادرست از پهپادها، نقض حریم خصوصی مردم است.
یکی از کاربردهای مهم پرنده‌های بدون سرنشین، جاسوسی است. بعید نیست با پیشرفت فناوری، پهپادهایی ساخته و استفاده شوند که جزئی‌ترین موارد مربوط به حریم خصوصی مردم را رصد کنند. بیشتر مردم دوست ندارند اطرافشان پر از پرنده‌های بسیار ریزی باشد که با دوربین یا میکروفن، بخش‌های مختلف زندگی آن‌ها را ضبط می‌کنند.
این ترس‌ها خیلی هم بی‌اثاث نیستند؛ چون تا امروز تعداد زیادی گزارش مبنی بر نقض حریم خصوصی مردم توسط پهپادها منتشر شده است. برای مثال، یک خانواده نیوزلندی، هنگامی که کنار سواحل جزیره آدل در حال قدم زدن بودند؛ متوجه شدند یک پهپاد بدون مجوز در حال فیلم گرفتن از آن‌ها است.
یک مورد دیگر هم مربوط به مقررات و قوانین است. هنوز قوانین پرواز با هواپیماهای بدون‌سرنشین کاملا مشخص نیستند و در کشورهای مختلف تفاوت‌هایی بین آن‌ها وجود دارد.
اینم بخونید بد نیست: لینوکس چیست؟ چطور به وجود آمد و کجا استفاده می‌شود؟
معرفی چند کوادروتور معروف دنیا
1 – DJI Air 2S
در ادامه بعضی از ویژگی‌های این کوادروتور جذاب را مشاهده می‌کنید:
- وزن: 595 گرم
- کنترلر: دارد
- کیفیت دوربین (رزولوشن): 20 مگاپیکسل
- برد: 8 تا 12 کیلومتر
- مزایا: سنسور بزرگ 1 اینچی + اندازه مناسب و سبک بودن
- معایب: بدون دیافراگم قابل تنظیم + تاشو نبودنِ کنترلر
- قیمت: 966 دلار
2 – DJI phantom 4 pro
شاید بتوانیم فانتوم را محبوب‌ترین کوادکوپتر ایران بدانیم. این محصول در نسخه‌های مختلف (1، 2، 3 و …) تولید و عرضه شده است. نسخه‌ای که ما در این مقاله انتخاب کردیم، کوادکوپتر فانتوم 4 پرو است. این محصول نسخه ارتقایافته فانتوم 4 است. بنا به ادعای سازنده در نسخه PRO این کوادکوپتر، کدنویسی از نو انجام شده و نتایجی مثل کیفیت بالا و افزایش هوش پرواز را به همراه داشته است.
سنسور استفاده شده در نسخه چهار فانتوم معمولی، 12.9 بود که در این نسخه به 20 مگاپیکسل رسید. یکی از قابلیت‌های جذاب این کوادکوپتر تصویربرداری با 60 فریم در ثانیه و فیلمبرداری با کیفیت 4k است. یکی از بهبودهای جذاب نسخه پرو فانتوم، مربوط به منبع تغذیه و باتری آن است. در نسخه جدید، فانتوم 4 پرو می‌تواند کمی بیشتر از 30 دقیقه به پرواز خود ادامه دهد.
مشاهده ویدئو معرفی و بررسی عملکرد کوادکوپتر فانتوم 4 پرو
پرسش و پاسخ درباره کوادروتورها
مولتی‌روتور (Multirotor) چیست؟
Multirotor یا چندپروانه، به زبان ساده به پرنده‌هایی گفته می‌شود که 2 یا چند موتور دارند که پروانه‌ها را به گردش در می‌آورند. مولتی‌روترها زیردسته‌های مختلفی دارند.
کوادروتور (Quadrotor) چیست؟
کوادروتور یا کوادکوپتر نوعی از هواپیماهای بدون سرنشین هستند که با 4 بال یا ملخ به پرواز درمی‌آیند. از کوادروتورها برای مقاصد مختلف تحقیقاتی، نظامی، آموزشی، نجات و امداد، تفریحی و غیره استفاده می‌شود.
کوادروتر چه فرقی با کوادکوپتر دارد؟
همانطور که در مقاله خواندیم، کوادروتور و کوادکوپتر تقریبا هیچ تفاوتی باهم ندارند و می‌توانید از هر 2 اسم استفاده کنید.
کوادروتور چه اسم‌هایی دیگری دارد؟
ممکن است این پرنده بدون سرنشین را با اسامی دیگری مثل کوادکوپتر یا Drone نیز صدا کنند. این اسامی تفاوتی با هم ندارند.
هگزاکوپتر و اکتاکوپتر چیستند؟
دسته‌بندی مولتی‌روترها و نام‌گذاری آن‌ها، بر اساس تعداد بال‌های پرنده‌های بدون سرنشین انجام می‌شود. هگزاکوپتر از 6 عدد موتور و اکتاکوپتر از 8 موتور تشکیل شده‌اند.
در ادامه می‌توانید نام‌گذاری مولتی‌روترها را بر اساس تعداد موتور، مشاهده کنید:
- سینگل کوپتر (1 موتوره)
- دوال کوپتر (2 موتوره)
- تری کوپتر (3 موتوره)
- کوادکوپتر (4 موتوره)
- هگزاکوپتر (5 موتوره)
- اوکتاکوپتر (6 موتوره)
هلی‌شات چیست؟
هلی‌شات یک هواپیمای بدون سرنشین قابل کنترل است که برای تصویربرداری استفاده می‌شود. این اصطلاح از ترکیب دو کلمه «هلی» گرفته شده از هلیکوپتر و «شات» یعنی گرفتن عکس تشکیل شده است. استفاده از هلی‌شات‌ها تحویل بزرگی در دنیای عکاسی و فیلمبرداری به حساب می‌آید که باعث کاهش چشمگیر قیمت بعضی از کارهای رایج تصویربرداری و فیلمبرداری شد.
جمع‌بندی نهایی
در این مقاله با کوادکوپتر و جزییات مربوط به آن آشنا شدیم. تجهیزات پرنده به مرور زمان محبوبیت بیشتری پیدا می‌کنند و شاید تا چند سال بعد همه یک وسیله پرنده برای خودشان داشته باشند. مثل گوشی‌های هوشمند که همه‌گیر شدند. بعید نیست کوادروتورها هم جای خودشان را در زندگی روزمره بیشتر انسان‌ها باز کنند. تکنولوژی کوادروتورها در حال پیشرفت است. در ساخت این تجهیزات پرنده علوم مختلفی دخیل هستند. اگر دوست دارید بیشتر در این باره یاد بگیرید و حتی کوادروتور خانگی خودتان را بسازید، بد نیست سری به آموزش‌های آنلاین فرادرس بزنید. در انتها اگر سوالی دارید در قسمت نظرات آن را با ما در میان بگذارید.
