وتساعد الروبوتات والطائرات بدون طيار وأجهزة الاستشعار في عمليات التفتيش الآن، ويمكن أن تتم أتمتتها بالكامل في المستقبل غير البعيد.

يمكن للطائرات بدون طيار والروبوتات الزاحفة المجهزة بأجهزة مسح ضوئي خاصة أن تساعد في إطالة عمر شفرات الرياح، مما قد يخفض تكلفة طاقة الرياح في وقت تزداد فيه الشفرات حجمًا وتكلفةً وصعوبة في النقل. ولتحقيق هذه الغاية، يعمل الباحثون في مركز موثوقية الشفرات التابع لوزارة الطاقة الأمريكية ومختبر سانديا الوطني على تطوير طرق لفحص شفرات الرياح دون تدخل جراحي بحثًا عن أي أضرار خفية، مع توفير سرعة وتفصيل أكبر من عمليات التفتيش البشرية التقليدية باستخدام الكاميرات.

شفرات الرياح هي أكبر الهياكل المركبة أحادية القطعة في العالم، بل أكبر من أي طائرة، وغالبًا ما تُركّب على الآلات في مواقع نائية. تتعرض الشفرة للصواعق والبرد والأمطار والرطوبة وقوى أخرى أثناء تشغيلها عبر مليار دورة تحميل خلال عمرها الافتراضي، ولكن لا يُمكن ببساطة إنزالها في حظيرة للصيانة.

يقول باكيت إن الفحص والإصلاح الدوريين ضروريان للحفاظ على شفرات التوربينات في الخدمة. مع ذلك، لا تُكتشف الأضرار بسرعة كافية دائمًا في طرق الفحص الحالية. وتعتمد سانديا على خبرات أبحاث إلكترونيات الطيران والروبوتات لتغيير ذلك. ويضيف أنه من خلال اكتشاف الأضرار قبل ظهورها، يُمكن لإصلاحات أصغر وأقل تكلفة إصلاح الشفرة وإطالة عمرها الافتراضي.

في أحد المشاريع، زوّدت سانديا روبوتًا زاحفًا بماسح ضوئي يبحث عن الأضرار داخل شفرات الرياح. وفي سلسلة أخرى من المشاريع، قرنت سانديا طائرات بدون طيار بأجهزة استشعار تستخدم حرارة ضوء الشمس للكشف عن الأضرار.

يقول باكيت إن قطاع طاقة الرياح كان يتبع تقليديًا طريقتين رئيسيتين لفحص شفرات الرياح. الخيار الأول هو إرسال شخص مزود بكاميرا وعدسة مقربة. ينتقل المفتش من شفرة إلى أخرى لالتقاط الصور والبحث عن أي أضرار ظاهرة، مثل الشقوق والتآكل. أما الخيار الثاني فهو مشابه، ولكن بدلًا من الوقوف على الأرض، ينزل المفتش بالحبال عبر برج شفرات الرياح أو يُحرك منصة على رافعة لأعلى ولأسفل الشفرة.

في هذه الفحوصات البصرية، لا ترى سوى تلف سطحي. مع ذلك، غالبًا ما يكون الضرر شديدًا جدًا عندما يظهر شق على السطح الخارجي للشفرة. قد يتطلب الأمر إصلاحًا باهظ التكلفة، أو قد تضطر إلى استبدال الشفرة.

يقول باكيت إن عمليات التفتيش هذه تحظى بشعبية كبيرة نظرًا لانخفاض تكلفتها، لكنها لا تستطيع اكتشاف الأضرار قبل تفاقمها. تهدف روبوتات سانديا الزاحفة وطائراتها المسيرة إلى جعل التفتيش الداخلي غير الجراحي لشفرات الرياح خيارًا عمليًا للقطاع.

قامت شركة سانديا وشركاؤها، شركة آلات التسلق الدولية وشركة دوفيتيك، ببناء روبوت زاحف مستوحى من آلات فحص السدود. يستطيع الروبوت التحرك من جانب إلى آخر، صعودًا وهبوطًا على شفرة الرياح، كما لو كان يرسم لوحة إعلانية. تلتقط الكاميرات المثبتة على متن الروبوت صورًا عالية الدقة للكشف عن الأضرار السطحية، بالإضافة إلى العلامات الصغيرة التي قد تشير إلى أضرار أكبر تحت السطح. أثناء الحركة، يستخدم الروبوت أيضًا عصا لمسح شفرة الرياح بحثًا عن أي ضرر باستخدام التصوير بالموجات فوق الصوتية بمصفوفة الطور.

يعمل الماسح الضوئي بشكل مشابه لأجهزة الموجات فوق الصوتية التي يستخدمها الأطباء لفحص ما بداخل الجسم، إلا أنه في هذه الحالة يكتشف تلفًا داخليًا في الشفرات. تُحلل التغييرات في هذه الإشارات فوق الصوتية تلقائيًا للإشارة إلى وجود تلف.

يقول دينيس روتش، كبير العلماء في مركز ساندي ورئيس مشروع الروبوتات الزاحفة، إن الفحص بالموجات فوق الصوتية على مراحل يمكنه اكتشاف الضرر في أي طبقة داخل الشفرات المركبة السميكة.

يُسبب الاصطدام أو الإجهاد الزائد الناتج عن الاضطرابات أضرارًا تحت السطح غير مرئية. تكمن الفكرة في اكتشاف الضرر قبل أن يتفاقم إلى حدٍّ حرج، ويمكن إصلاحه بإصلاحات أقل تكلفة تُقلل أيضًا من وقت تعطل الشفرة. نريد تجنب أي أعطال أو الحاجة إلى إزالة الشفرة.

يتصور روتش أن الروبوتات الزاحفة ستكون جزءًا من طريقة فحص وإصلاح شاملة لشفرات الرياح.

تخيّل فريق إصلاح على منصة يصعدون شفرة رياح، بينما يتقدمهم الروبوت زاحفًا. عندما يعثر الروبوت على شيء ما، يمكن للمفتشين أن يطلبوا من الروبوت تحديد مكان الضرر ليظهر بوضوح. يقوم فريق الإصلاح بإزالة الضرر وإصلاح المادة المركبة. يتيح هذا التوفير الشامل للفحص والإصلاح استعادة الشفرة إلى الخدمة بسرعة.

عملت سانديا أيضًا مع العديد من الشركات الصغيرة في سلسلة من المشاريع لتزويد الطائرات بدون طيار بكاميرات تعمل بالأشعة تحت الحمراء، تستخدم حرارة ضوء الشمس للكشف عن أضرار شفرات الرياح الخفية. هذه الطريقة، المعروفة باسم التصوير الحراري، تكشف عن أضرار تصل إلى عمق نصف بوصة داخل الشفرة.

طورنا طريقةً لتسخين الشفرة تحت أشعة الشمس، ثم لفّها أو تحريكها حتى تصبح في الظل. ينتشر ضوء الشمس داخل الشفرة ويتعادل. مع انتشار هذه الحرارة، يُتوقع أن يبرد سطح الشفرة. لكن العيوب عادةً ما تُعيق تدفق الحرارة، تاركةً السطح والعيوب فوقها ساخنين. تكتشف كاميرا الأشعة تحت الحمراء هذه النقاط الساخنة وتُصنّفها على أنها تلف مُكتشف.

تُستخدم حاليًا أجهزة تصوير حراري أرضية في صناعات أخرى، مثل صيانة الطائرات. ولأن الكاميرات مُثبّتة على طائرات بدون طيار لهذا الغرض، فلا بد من تقديم تنازلات، كما يقول إيلي.

لا نريد طائرةً مُسيّرة باهظة الثمن قد تتحطم، ولا نرغب في طائرةٍ مُستهلكةٍ للطاقة. لذلك، نستخدم كاميراتٍ صغيرةً جدًا تعمل بالأشعة تحت الحمراء تُناسب معاييرنا، ثم نستخدم الصور البصرية والليدار لتوفير معلوماتٍ إضافية.

الليدار، وهو شبيه بالرادار ولكنه يستخدم الضوء المرئي بدلاً من موجات التردد اللاسلكي، يقيس المدة التي يستغرقها الضوء للانتقال من نقطة وإليها لتحديد المسافة بين الأجسام. استلهم الباحثون من برنامج هبوط المريخ التابع لناسا، واستخدموا مستشعر ليدار واستغلوا حركة الطائرات بدون طيار لجمع صور فائقة الدقة. تتحرك طائرة بدون طيار تفحص ريشة الرياح أثناء التقاطها الصور، وهذه الحركة تُمكّن من جمع صور فائقة الدقة.

تستخدم الحركة لملء البكسلات الإضافية. إذا كان لديك كاميرا أو جهاز ليدار بدقة ١٠٠ × ١٠٠ بكسل والتقطت صورة واحدة، فستحصل على هذه الدقة فقط. ولكن إذا تحركت أثناء التقاط الصور، فبمقدار أقل من البكسل، يمكنك ملء هذه الفجوات وإنشاء شبكة أدق. يمكن تجميع بيانات عدة إطارات معًا للحصول على صورة فائقة الدقة.

كما يتيح استخدام الليدار والتصوير فائق الدقة للباحثين تتبع مكان الضرر الذي لحق بالشفرة بدقة، كما يمكن لليدار أيضًا قياس التآكل على حواف الشفرة.

لقد أصبحت عمليات التفتيش المستقلة للجسور وخطوط الطاقة حقيقة واقعة بالفعل، ويعتقد باكيت أنها ستصبح أيضًا أجزاء مهمة لضمان موثوقية شفرات الرياح.

إن التفتيش المستقل سوف يكون مجالًا ضخمًا، وهو أمر منطقي حقًا في صناعة الرياح، نظرًا لحجم وموقع الشفرات. فبدلاً من أن يحتاج الشخص إلى المشي أو القيادة من شفرة إلى أخرى للبحث عن الضرر، تخيل لو كانت عمليات التفتيش آلية.

ويقول باكيت إن هناك مجالًا لمجموعة متنوعة من طرق التفتيش، بدءًا من عمليات التفتيش البسيطة باستخدام الكاميرات الأرضية إلى الطائرات بدون طيار والزواحف التي تعمل معًا لتحديد حالة الشفرة.

أستطيع أن أتخيل أن كل محطة رياح مزودة بطائرة بدون طيار أو أسطول من الطائرات بدون طيار تُقلع يوميًا، وتحلق حول توربينات الرياح، وتُجري جميع عمليات التفتيش، ثم تعود وتُحمّل بياناتها. بعد ذلك، يأتي مُشغّل محطة الرياح ويراجع البيانات، التي ستكون قد قرأها الذكاء الاصطناعي بالفعل، والذي يبحث عن اختلافات في الشفرات من عمليات التفتيش السابقة، ويُلاحظ المشاكل المُحتملة. بعد ذلك، يُنشر المُشغّل روبوتًا زاحفًا على الشفرات المُشتبه في وجود ضرر بها، ليُلقي نظرةً أكثر تفصيلًا ويُخطّط للإصلاحات. سيكون هذا تقدمًا كبيرًا في هذه الصناعة.