כשתשמעו זמזום טורדני ליד אוזנכם, באופן אינסטינקטיבי תרצו להעיף או למחוץ את החרק המטריד, בעתיד הלא רחוק תחשבו פעמיים אם למחוא כף או להיכנס לממ״ד! 

רחפנים זעירים המחקים חרקים מנצלים באופן מיטבי את עקרונות החיקוי ושואבים השראה ישירה מהביולוגיה והמכניקה המתוחכמות של חרקים אלה. לאחרונה, באמצעות חידושים פורצי דרך בחומרים קלים, מערכות הנעה מתקדמות, פתרונות כוח חדשניים ומערכות חישה ובקרה אוטונומיות בהשראת הביולוגיה, מצליחים להעמיד רחפנים זעירים בדמות חרקים שעין אדם לא תדע להבחין אם הינם חרקים שנואים או רחפנים קטלניים.

השגת תעופת כנף מנפנפת יציבה ומבוקרת בקנה מידה של חרקים היא אתגר קשה במיוחד, הדורש שליטה מדויקת בכוחות אווירודינמיים כדי לנטרל את המשקל ולשמור על מעוף יציב באוויר. פרוייקטים כמו ה-RoboBee ממחישים את ההתקדמות המדעית וההנדסית שהושגה, תוך הדגשת היישומים הפוטנציאליים הרחבים של טכנולוגיות אלו בתחומי הביטחון, החיפוש וההצלה, והחקלאות.

למרות ההתקדמות המרשימה, אתגרים מהותיים, במיוחד בתחום אוטונומיית הכוח, ממשיכים להניע מחקר ופיתוח עתידיים. יש עוד דרך לעבור, אבל היתושים האלו יהיו מסוכנים מאוד במלחמה הבאה. 

• התחממות באירופה: רחפנים רוסיים משבשים פעילות במדינות אירופה
• הכטבמ הקרבי של לוקהיד מרטין נחשף - ככה הוא נראה
• המלצת המערכת: כל הכותרות 24/7

יתוש שהוא רחפן  

כמות גדולה מהמזון שלנו, כולל שקדים ועגבניות, חייבת להיות מואבקת על ידי דבורים כדי לגדול. בעוד שדבורים בטבע מתמודדות עם ירידה חדה במספרן, מדענים רוסים מציעים מאביקי דבורים רובוטיים כתחליף. פיתוח השרירים המלאכותיים של הדבורים המלאכותיות המסוגלים להניף את הכנפיים 120 פעמים בשנייה, תוך התמודדות ישירה עם אתגר הניפנוף בתדירות גבוהה הנדרש לתעופה דמוית חרקים הינו הישג טכנולוגי כביר. 

החוקרים למדו בקפדנות את תנועות הכנפיים המורכבות של זבובי בית, דבורים וזבובי פירות כדי להנחות את עיצובם. ראוי לציין כי עיצוב הכנף של RoboBee מתהדר בצפיפות הספק העולה על צפיפות הספק שרירי כנף של זבוב ביולוגי, מה שמדגים שיפורים הנדסיים על פני מערכות טבעיות.

• בזכות המניות: שווי תיק ההשקעות של הישראליים קפץ ברבעון השני
• שוק ההימורים רותח: מה הסיכויים שחמאס יגיד "כן"?
• תוכן שיווקי צברתם הון? מה נכון לעשות איתו?
• איך הצליחו ברשות המסים להכניס 20 מיליארד שקל בשנה ולהציל את...

היתרונות האסטרטגיים לרחפנים צבאיים מחקי חרקים הם גדולים. הפנטגון הביע עניין בשימוש ברובוטים אלה כ"זבובים על הקיר" חשאיים בפעולות צבאיות. יישומים נוספים שנחזו כוללים חקר חלל ומשימות חיפוש והצלה, תוך ניצול יכולתם לפעול ללא זיהוי בסביבות סגורות או מסוכנות.

רחפנים מיניאטוריים, במיוחד אלה המחקים חרקים, מציעים יכולות חסרות תקדים למבצעים צבאיים חשאיים, ומשמשים כ"זבובים על הקיר" לאיסוף מודיעין ולמשימות מיוחדות. גודלם ורמת הרעש הנמוכה שלהם מאפשרים להם להישאר כמעט בלתי ניתנים לזיהוי על ידי מערכות מכ"ם קונבנציונליות.

ההתקדמות המתמשכת ברחפנים המחקים חרקים תהיה קשורה באופן בל יינתק למחקר ביולוגי מעמיק יותר וליכולת לתרגם מנגנונים ביולוגיים מורכבים למערכות הנדסיות, ולא רק להקטין טכנולוגיות רחפנים קיימות.

גודלם הקטן של רחפני החרקים  לשימושים אזרחיים וצבאיים מאפשר גישה לאזורים שאינם נגישים לבני אדם או לכלי רכב גדולים יותר, כגון מבנים שקרסו לצורך חיפוש והצלה, או לבדיקות של חללים סגורים ומנהרות.

תעופת כנף מנפנפת היא סימן היכר של רחפנים המחקים חרקים, המציעה מראה טבעי ובטיחות מובנית עבור פעולות פנים או בקרבת בני אדם בשל משקלם הנמוך ומהירות הכנפיים. חרקים ניחנים ביכולות יוצאות דופן של ריחוף ותמרונים מהירים בסביבות בלתי צפויות, המושגות באמצעות התכווצויות קצביות של שרירי הכוח שלהם המועברות לשלד החיצוני ולמפרק בסיס הכנף.

חוסן מבני ועמידות בפני התנגשויות

חרקים ביולוגיים מפגינים זריזות וחוסן יוצאי דופן, כאשר שריריהם לא רק מניעים את התעופה אלא גם בולעים פגיעות התנגשות בטיסה. לעומת זאת, רובוטים אוויריים קשיחים רבים שקיימים כיום שבירים מטבעם ורגישים לנזקים כתוצאה מהתנגשויות.

הסוג החדש של כלי טיס זעירים בהשראת הביולוגיה, המשלב מפעילים רכים עם תוספות קשיחות, הראה התקדמות משמעותית בתחום זה. רובוטים היברידיים רכים-קשיחים אלה יכולים להפגין טיסת ריחוף ממושכת (1000 שניות), וחשוב מכך, הם יכולים להתאושש מהתנגשויות בטיסה ולבצע תמרונים מהירים כמו סלטות תוך עשירית שנייה. יכולת זו מדגישה את הפוטנציאל של רובוטים אוויריים רכים להשיג יכולות טיסה זריזות וחזקות שלא היו קיימות בעבר בכלי טיס זעירים קשיחים.

יתר על כן, בשל גודלם הקטן מטבעם, רובוטים בקנה מידה של חרקים צפויים להפגין עמידות רבה יותר בעת נחיתה או התנגשות עם מכשולים. מהנדסים מתמקדים באופן פעיל בתכנון עמידות לתוך רחפנים מיניאטוריים אלה. זה כולל פיתוח גופים עמידים בפני זעזועים וכנפיים שניתן לשלוט בהן באופן עצמאי. גישת העיצוב כוללת שילוב בולמי זעזועים, כגון בולמי גומי, בין חלקי סיבי פחמן ופלסטיק, כדי לפזר אנרגיית פגיעה.

אנרגיית הנעה לחרקים הרובוטיים

בתחילה, הרובוט היה קשור, וקיבל חשמל באמצעות חיווט דק ממגברי מתח גבוה. עם זאת, התקדמות מאוחרת יותר אפשרה טיסה בלתי קשורה המופעלת על ידי לייזרים ותאים סולאריים. הנתונים מצביעים על כך שבעוד ששיפורים הדרגתיים בטכנולוגיית הסוללות מאפשרים טיסות קצרות טווח בלתי קשורות , זמני הטיסה המוצהרים (5-10 דקות) עדיין מוגבלים משמעותית עבור יישומים מעשיים רבים. זה מחזק את הרעיון שסוללות לבדן אינן צפויות להיות התשובה היחידה להנעת רחפנים בקנה מידה של חרקים.

כיום נעשה שימוש בכח תדר רדיו אלחוטי (RF), כח שדה מגנטי אלחוטי, כח סולארי ומנועי בעירה מיניאטוריים להנעת החרקים הרובוטיים.

חרקים ידועים בתמרוני הטיסה יוצאי הדופן שלהם ובמהירויות הגבוהות, יכולות המיוחסות במידה רבה למערכות הראייה המתוחכמות שלהם. עבור רחפני החרקים, במיוחד בסביבות שבהן GPS אינו זמין או לא אמין, חיישנים אופטיים חיוניים לקביעת מיקום הרחפן הזעיר באמצעות מערכות התאמת תמונה עוקבות כדי להעריך את תנועת הרחפן ביחס לסביבתו.

ההתמקדות בחיישני ראייה וזרימה אופטית "בהשראת זבובים" ו"בהשראת חרקים" מדגישה שינוי קריטי: לא מדובר רק בשכפול העיניים הפיזיות של חרקים, אלא בהבנה ויישום של עקרונות החישוב שבאמצעותם חרקים מעבדים מידע חזותי לצורך ניווט וייצוב. 

רחפן היתוש הסיני 

התפתחות משמעותית בתחום המזעור הצבאי היא רחפן חדש מקבוצת מחקר באוניברסיטה הלאומית לטכנולוגיות הגנה בצ'אנגשה, סין. רחפן זה מתוכנן לדמות פיזית יתוש, עם מימדים קטנים במיוחד של 2 ס״מ ומשקל נמוך במיוחד של 0.3 גרם בלבד. מבנהו כולל גוף אנכי שחור, שתי כנפיים שקופות ושלוש רגליים "דקות כמו שערה". למרות גודלו, הוא משלב מספר מערכות כוח, חיישנים, מצלמות מיניאטוריות ובקרות אלקטרוניות. כנפיו מסוגלות לנפנף עד 500 פעמים בשנייה. דגם נוסף שפותח על ידי צוות המחקר כולל ארבע כנפיים וניתן לשלוט בו באמצעות סמארטפון.

הופעתו של רחפן היתוש הסיני, עם מימדיו הזעירים במיוחד ויכולות הניפנוף הגבוהות שלו, מדגישה את התחרות הגלובלית ואת קצב החדשנות המהיר בתחום זה. העובדה שרחפן זה מיועד ליישומים צבאיים, כגון סיור מודיעיני ומשימות מיוחדות, וכי הוא מסוגל לחמוק ממערכות מכ"ם קונבנציונליות, מראה על האיום הפוטנציאלי וההשלכות האסטרטגיות של טכנולוגיה זו. 

יכולת השליטה באמצעות סמארטפון ואינטגרציית החיישנים והמצלמות מצביעה על רמה גבוהה של אינטגרציה ופונקציונליות בפלטפורמה כה קטנה. הדבר משקף מגמה רחבה יותר של מזעור ושיפור יכולות הסוואה בתחום הביטחוני, וגם מדגיש את הפוטנציאל לשימוש לרעה בטכנולוגיות אלו, כפי שמומחי הגנה חוששים.

אז בפעם הבאה שאתם מסלקים או מוחצים יתוש - תזכרו שבקרוב היתוש הזה יכול להיות רחפן מסוכן.    

עופר הבר,  מהנדס בכיר מומחה תעופה ועובד בואינג לשעבר

לטורים קודמים של עופר הבר