פיתוח חדש של חוקרים מהפקולטה להנדסה באוניברסיטת תל אביב יסייע בזיהוי רחפנים קטנים בתרחישים מאתגרים, כמו בסביבות עירוניות, בטיסה נמוכה, ובתנאי מזג אוויר קיצוניים, וכך ישפר את יכולת ההתמצאות האווירית של הרחפן באמצעות תיוג חכם. צוות המחקר מציין שזיהוי רחפנים מתבצע בדרך כלל באמצעות רדארים, מצלמות וטרנספונדרים, כאשר האחרונים מספקים עדכונים בזמן אמת על המיקום בהקשרים אזרחיים. עם זאת, שיטות אלה עשויות להיכשל בתנאים קשים, ובפרט כשיש קווי ראייה מוגבלים, מספר כלי תעופה באוויר, מבנים גבוהים שחוסמים אותות לוויינים ואתגרי זיהוי נוספים. יכולת זיהוי רחפנים הינה קריטית ליכולת שילוח והעברת סחורות.
החוקרים מדגישים שהטכנולוגיה החדשה יכולה להתגבר על אתגרים אלה ולספק רמה גבוהה יותר של אמינות באמצעות מדבקות חכמות ורדאר הנתמך על ידי אלגוריתם AI שמסווג רחפנים על פי הקרינה אלקטרומגנטית שהם מחזירים. יתרון מרכזי בטכנולוגיה שהיא מאפשרת ניווט ללא GPS שהינו קריטי באפליקציות משלוחים. יתרונות נוספים שהיא פאסיבית, כלומר חסינה להתקפות סייבר ולהשתלטות על הרחפנים, היא זולה ומותאמת בקלות לרחפנים שונים.
שוק הרחפנים גדל בצורה משמעותית בשנים האחרונות, כאשר גודל שוק הרחפנים המסחריים העולמי היה 43.4 מיליארד דולר ב-2023, ועמד על 60.37 מיליארד דולר ב-2024. הוא צפוי להגיע לכ-1,176.94 מיליארד דולר עד 2033, עם קצב צמיחה שנתי משולב (CAGR) של 39.1% בתקופה שבין 2024 ל-2033.
בתוך שוק הרחפנים העולמי, אפליקציות של אבטחה מחזיקות בחלק הגדול ביותר של השוק מבחינת יישומים. הרחפנים נמצאים בשימוש נרחב למשלוחים, מעקב, שליטה על גבולות וביטחון הציבור, ומספקים נתונים בזמן אמת ותובנות משופרות על מצב השטח. הם מסוגלים לכסות שטחים נרחבים במהירות וביעילות, מה שהופך אותם לכלי בעל ערך עבור חברות השילוח, סוכנויות אכיפת החוק ופעולות אבטחה. הגברת הדגש על בטיחות וביטחון במגזר הציבורי והפרטי והצורך בשילוח סחורות יעיל ומהיר מניעים את הביקוש לרחפנים.
צפון אמריקה מובילה את שוק הרחפנים העולמי בשל נוכחותם של יצרני רחפנים מובילים וקצב אימוץ גבוה של טכנולוגיות רחפנים. ארצות הברית היא השוק הגדול ביותר לרחפנים באזור, הנעזר בביקוש הגובר ליישומי רחפנים במסחר, הגנה ותעשיות צבאיות. נוכחותם של יצרני רחפנים וחברות בקנה מידה רחב, התומכים גם במחקר ופיתוח, מדגימה את ההובלה בתחום של צפון אמריקה. בנוסף, מדיניות ממשלתית ומימון בסיסי לרחפנים במגזרי ההגנה והמסחר תורמים לחדשנות המתמשכת בטכנולוגיית הרחפנים באזור. יתרה מכך, רשות התעופה הפדרלית (FAA) פיתחה תקנות לתמיכה בשימוש בטוח וחוקי ברחפנים בארצות הברית (לפי Precedence Research ו-SKYQUEST). ראש הטופסתחתית הטופס
פיתוח הטכנולוגיה הובל על ידי הדוקטורנטים עומר צידקי ודמיטרו ווצ’וק במעבדה של פרופ’ פבל גינזבורג. המעבדה מתמחה בפיתוח טכנולוגיות רדאר ותקשורת אלחוטית חדשניות, ומתמודדת עם אתגרים חדשים ועתידיים.
עומר צידקי מציין שהבעיה בזיהוי הרחפנים היא קריטית במיוחד כאשר אין קו ראייה ישיר, למשל כאשר הרחפן מוסתר מאחורי ענן, בערפל, או שקשה לראות אותו עקב תנאי מזג האוויר הקשים. במצבים אלה, מצלמות בלבד אינן מספיקות, והשימוש ברדאר הופך להכרחי.
עם הפיתוח החדש, הזיהוי מתבצע באמצעות ייצוג אלקטרומגנטי של “תעודת הזהות” של הרחפן. זה מאפשר לרדאר להבחין בין רחפנים בעלי ייצוגים שונים באמצעות תיוג אלקטרומגנטי על כנפי הרחפן.
בעיית הזיהוי בין רחפן לציפור בעזרת רדאר איננה טריוויאלית כלל, קל וחומר זיהוי בין רחפנים שונים. לציפור ולרחפן יש שח”מ (שטח חתך מכ”ם) דומה, מהירות דומה וגודל דומה ולפיכך ישנו צורך בשימוש בפרמטר אחר למטרת זיהוי השוני ביניהם. לכן ניתן להשתמש במיקרו-דופלר, שמתאר את התנועות של אלמנט קטן שמבצע תנועה בתוך המערכת הגדולה, במקום לתאר את מרכז המסה של המערכת. במקרה זה המיקרו-דופלר מתייחס לשוני בין תנועת מעוף כנפי הציפור, לבין תנועת הרוטורים של הרחפן, שביניהן יש שוני ניכר ובאמצעות עיקרון זה ניתן להבחין בין ציפור לרחפן באמצעות רדאר.
באמצעות הכנפיים החכמות ניתן לייצג את תעודת הזהות האלקטרומגנטית של הרחפן, כך שישנו שוני בפיזור האלקטרומגנטי החוזר אל הרדאר, עבור רחפנים בעלי תעודות זהות שונות. הכנפיים החכמות מדגישות את אפקט המיקרו-דופלר של הרחפן, וכך מבליטות את השוני בין תנועת הרוטורים עבור רחפנים בעלי תעודות זהות שונות.
לאחר איסוף הדאטה ומציאת שוני בייצוג האלקטרומגנטי בין רחפנים שונים, משתמשים לצורך הקלסיפיקציה באלגוריתם ה- AI של רשת נוירונים, אשר מסווג את הרחפן לפי תעודת הזהות שלו, ופועל בהצלחה גם בתנאים קשים ומשתנים תוך צמצום הסיכון לתאונות. הניסויים הראשוניים בוצעו בתנאי מעבדה בסביבה סטרילית, ולאחר מכן בוצעו ניסויים בסביבה חיצונית לדימוי תרחישים מהעולם האמיתי.
פרופ’ פבל גינזבורג: “הדברים הפשוטים ביותר עובדים הכי טוב. הפרויקט מציע שימוש בעקרונות פיזיקליים חשובים לצורך סיווג מהימן ומדויק של רחפנים. עצם תהליך הזיהוי של רחפן כלשהו ברדאר הוא מורכב דיו, ועל כן יכולת זיהוי של רחפן ספציפי היא הישג שאנחנו גאים בו מאוד”.
עומר צידקי מדגיש כי השילוב של טכניקות אלקטרומגנטיות, אלגוריתמי AI וטכנולוגיית רדאר חדשנית מניב תוצאות אופטימליות. “אנו שמחים להציע פתרון פאסיבי שנותן מענה לבעיה חשובה” הוא אמר.
תמונה: קבוצת החוקרים. מימין לשמאל: דמיטרו ווצ’וק, עומר צידקי ופרופ’ פבל גינזבורג
קרדיט: אנטון קחרצבסקי
תמונת שער: רחפן נשלט מרחוק
קרדיט: אנטון קחרצבסקי
