استخدم الباحثون في جامعة بينجهامتون تقنية الذكاء الاصطناعي لاكتشاف طريقة جديدة للكشف عن الألغام الأرضية البلاستيكية في مناطق الحرب الشاسعة، ولا تتطلب حتى اتصالاً بالإنترنت.
البحث, التعلم العميق والكشف القائم على وجهات النظر المتعددة للألغام الأرضية PFM-1 القابلة للتناثر: الأداء والتقييم خارج العينة والاستعداد الميداني، ظهرت مؤخرا في مجلة الجيوماتكس وفحص انتشار الألغام الأرضية الصغيرة مغلفة بالبلاستيك لردع أجهزة الكشف عن المعادن وغيرها من التقنيات الجيوفيزيائية مثل الرادار المخترق للأرض، والقياس المغناطيسي، والحث الكهرومغناطيسي في مناطق القتال – وكلها وجد مؤلفو الدراسة أنها أقل فعالية بشكل ملحوظ مع الألغام البلاستيكية مقارنة بالألغام المعدنية.
الدراسة قام بتأليفها أليكس نيكولين، أستاذ مشارك في علوم الأرض بجامعة بينغهامتون؛ خريجة الجيولوجيا في بينغهامتون شريفة كاروانديار، وتوماس بينجل، أستاذ مشارك في الجغرافيا.
ويعرب الباحثون عن قلقهم بشكل خاص إزاء ما يسمى بالألغام الأرضية “القابلة للنثر” والمصممة للنشر على مناطق واسعة، مثل ألغام PFM-1 المستخدمة على نطاق واسع في الحقبة السوفيتية “والمصممة للسقوط مثل بذور القيقب من السماء”. ويُعرف أيضًا باسم منجم الفراشة نظرًا لشكله المميز، وغالبًا ما تكون العواقب المترتبة على ذلك بالنسبة لمقاتلي الحرب مكلفة.
وقال نيكولين: “إن الاعتناء بجندي جريح أصعب من الاعتناء بجندي ميت. فالمقصود منها هو الإيذاء وليس القتل”. “لقد تم تصميمها خصيصًا مع أخذ هذا الغرض في الاعتبار، ويهدف بنائها بالكامل إلى تجنب الكشف.”
سنوات دراسة انتشار الألغام الأرضية
ليست هذه هي المرة الأولى التي يدرس فيها نيكولين وزملاؤه الألغام الأرضية القابلة للنثر. وأخبر موقع Military.com أنه في عام 2018، بدأوا في البحث عن طرق حرارية للكشف.
وقال: “ولكن عندما توقفنا فعليًا في الميدان، كان هناك نوع من الإدراك بأن مجرد التحليل البصري للذكاء الاصطناعي لدينا يوفر حلاً أفضل تقريبًا”. “لذلك، ربما تكون هذه هي الورقة التاسعة أو العاشرة حول هذا الموضوع الذي قمنا به، وهذه هي الورقة التي حاولنا فيها تفعيلها بمعنى أننا لا نريد أن يعتمد أي شيء على الاتصال.
“نحن مهتمون بالتشويش على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والتشويش على شبكة Wi-Fi وإنكار الإشارة فقط، وعلى الأقل المناطق ما بعد المعقدة ومناطق الصراع المستمر. وهذا نوعًا ما هو قوة هذه الدراسة بالذات، حيث يتم تنفيذ كل العمل على أجهزة الكمبيوتر وفي المجالات “.
كانت الحرب في أوكرانيا مصدر إلهام لباحثي نيكولين وبينغهامتون، على الرغم من أنها جاءت بعد بدء دراساتهم الأولية. وقال إن العديد من مشاريعهم مبنية على الحقائق على الأرض في الجزء الشرقي من البلاد بسبب التقنيات الجديدة المتعددة التي تم استثمارها على جانبي ساحة المعركة.
وقال: “علينا نشر الألغام الأرضية التقليدية في عامي 2018 و2019 تقريبًا”. “لقد رأينا نوعًا ما القليل من الكتابة على الحائط، ورأينا روسيا ترفع أنظمة زرع الألغام الجماعية في ذلك الوقت تقريبًا. … في ذلك الوقت، كنا نقول: “مرحبًا، يجب عليك حقًا العمل على إجراء وقائي قبل انتشار المشكلة على نطاق واسع. ولسوء الحظ، هذا ما حدث بالضبط”.
وقال إن هذا يترجم اليوم إلى عدد لا يحصى من الألغام المطبوعة بالإضافة إلى الكثير من الألغام الأرضية الأصغر حجمًا والقابلة للنثر التي يتم إسقاطها من الطائرات بدون طيار.
وأضاف نيكولين: “إننا نشهد الكثير من هذا الأمر على وشك أن يؤتي ثماره، على الرغم من أننا رأيناه قادمًا”. “لا نريد أن نكون سعداء [it]. على الأقل نحن متقدمون قليلاً في المنحنى الذي يقدم الحل.”
طائرات بدون طيار تساعد في الكشف عن الألغام الأرضية البلاستيكية
استخدم الباحثون خوارزميات التعلم الآلي، أو الذكاء الاصطناعي (AI) على نطاق أوسع، للكشف عن مثل هذه الألغام الأرضية السرية في مناطق واسعة.
وكان هذا هو الحال في أوكرانيا يعود تاريخها إلى بداية الغزو الروسي في فبراير 2022، حيث كان الجزء الشرقي من البلاد مغمورًا باستمرار بالجنود الذين يستخدمون التقنيات البرية والجوية.
وقال كاروانديار إنه في حين أن الألغام الأرضية المتناثرة غالباً ما تكمن بالقرب من السطح، فإن هذا ليس هو الحال بالضرورة في مناطق ما بعد الصراع مثل أوكرانيا حيث تصبح الألغام مدفونة أو مخبأة في المناظر الطبيعية مع مرور الوقت. وتتطلب الألغام، التي يبلغ حجمها عادةً حجم الهاتف المحمول، طائرات بدون طيار تحلق على ارتفاع يتراوح بين 10 إلى 20 مترًا فوق الأرض لتحقيق أقصى قدر من الدقة كجزء من المحاولات المنشودة لتحديد موقع المتفجرات.
وقال كاروانديار في بيان صحفي: “هذا تحليل أولي لتحديد ما إذا كانت المنطقة يحتمل أن تكون منطقة خطرة”. “وهذا يتماشى مع العملية الموحدة للكشف عن الألغام الأرضية.”
كيف أجرى الباحثون دراستهم
وتضمنت الدراسة التكتيكات التي استخدمتها كاروانديار في أطروحتها للماجستير، عندما استخدمت كاميرا محمولة على طائرة بدون طيار وبرنامجًا لتجميع صور منخفضة الدقة وتشغيلها من خلال خوارزمية “أنت تنظر مرة واحدة فقط” (YOLO)، وهي خوارزمية للتعلم الآلي ساعدت في تحديد الألغام الأرضية المحتملة.
وبحسب ما ورد قام الثلاثي البحثي بتدريب خوارزمية الكشف عن الأشياء الخاصة بشركة YOLO باستخدام ألغام PFM-1 الخاملة، بالإضافة إلى النسخ المتماثلة المطبوعة ثلاثية الأبعاد. لقد وضعوا مناجم في أجزاء مختلفة من المحمية الطبيعية بجامعة بينجهامتون لبناء مجموعة بيانات لما سيبدو عليه منجم PFM-1 في بيئات وزوايا وإعدادات وظروف إضاءة مختلفة، وفقًا لكاروانديار.
وقالت: “لقد قمنا بتدريب نموذجين مختلفين من YOLO لفهم كيف يمكننا صنع شيء مثل هذا جاهزًا ميدانيًا”. “تم تدريب أحد النماذج فقط على الألغام الأرضية PFM-1، وتم استخدام الآخر لتحديد الألغام PFM-1 والأشياء العشوائية الإضافية باستخدام مجموعة بيانات قياسية.”
تم وصف نتائج النموذج الثاني بأنها “قيم أداء أقل” والتي ربطها كاروانديار على الأرجح تعكس نتائج العالم الحقيقي، مع ذكر كيف يمكن لأجزاء مختلفة من البيئة – مثل أوراق الشجر – أن تؤثر سلبًا على النتائج.
وقال الباحثون إن الكثير من أعمال المعالجة تتم خلال مرحلة تدريب الخوارزمية، والتي يمكن أن تستمر عدة ساعات إلى يوم واحد بناءً على عدد الصور. ومع ذلك، في الميدان، قال بينجيل إن النشر لا يتطلب سوى جهاز كمبيوتر محمول خفيف الوزن وطائرة بدون طيار وكاميرا.
وقال بينجل في بيان صحفي: “لقد ركز عمل شريفة على معالجة البيانات إما في الوقت الفعلي أو في الوقت الفعلي تقريبًا، بحيث يمكنك معالجة هذه الأمور في الميدان”. “ليست هناك حاجة لجمع البيانات ثم إعادتها إلى مكان ما لمعالجتها وفحصها.”
تقنية الذكاء الاصطناعي بدون اتصال بالإنترنت
تتشابك تصريحات Pingel بين تقاطع التكنولوجيا والبحث العملي في الوقت الفعلي.
في حالة YOLO وجهود الباحثين كجزء من هذه الدراسة، فإنها تُظهر الانقسام بين التواجد في الميدان والتدرب بشكل صحيح على مراقبة واكتشاف الألغام لغرض إزالة الألغام – مقارنة بالاعتماد على التكنولوجيا، أو بشكل أكثر تحديدًا الاتصال بالإنترنت.
وقال الباحثون إن نماذج الكشف عن الأشياء مثل YOLO يمكنها تبسيط عملية البحث، وإنقاذ الأرواح في هذه العملية. يُنظر إليها على أنها إيجابية صافية في مناطق الحرب، مع الإشارة إلى أوكرانيا كخلفية بسبب مشكلات الاتصال المتوافقة مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو تشويش الإشارة.
قضايا حديثة وحلول مستقبلية
لقد أدى ما يقرب من عقد من البحث وحل المشكلات إلى معرفة المزيد عن الألغام الأرضية والحروب بالمعنى الأوسع.
لكن الانتشار السريع للتكنولوجيا يمكن أن يؤدي إلى تفاقم الأبحاث، التي تستغرق وقتًا وطاقة لإجراءها واختبارها ووضع الافتراضات. وقال نيكولين إنه يتم اليوم استخدام أنظمة رادار وتصوير مختلفة بالإضافة إلى أجهزة الكشف عن الحرارة للتنبؤ بشكل أساسي بالمكان الذي ستتواجد فيه الألغام الأرضية – وأين يكون التأثير نادرًا، وأين توجد الخنادق، وما هي المناطق التي يجب أن تتطلب أكبر قدر من التركيز.
وقال: “المشكلة الكبرى هي أن الكثير من هذه الأمور تحدث ببطء. ومن الصعب جداً إجراؤها في منطقة عمل صراع كامل. ولا يزال الصراع مستمراً في أوكرانيا، ولكن في مناطق مثل كمبوديا وأفغانستان والفلبين، نعمل في الواقع مع شركائنا لتقديم شيء ما لهم. وقد تم دفع هذا إلى ما يشبه مساحة العمليات تقريباً”.
قال نيكولين إنه وفريقه كانوا من بين أول من بحثوا حقًا في عنصر الذكاء الاصطناعي في الألغام الأرضية. وحتى في العام الماضي، قال إن “الأمور تغيرت بشكل كبير” من الذخائر التي تسقطها الطائرات بدون طيار، إلى الألغام الأرضية المطبوعة، إلى الطائرات بدون طيار المصنوعة من الألياف الضوئية التي تعمل بوقود الديزل الحيوي، إلى الذخائر غير المنفجرة مثل القنابل والقنابل اليدوية والألغام الأرضية وقذائف المدفعية.
وقال: “نحن نفكر كثيرًا في هذه التكنولوجيا ونعترف بأن هناك نوعًا ما من مشكلة التكنولوجيا الجامحة.. إنها تتغير بسرعة كبيرة. والشيء الجيد هو أننا ندرك أيضًا هذه التكنولوجيا الآن لأننا نواكب ما يحدث هناك، بما في ذلك تتبع ما يجده زملاؤنا في هذا المجال”.
