نجح المطور إنريكي فيروليو في تطوير نظام تجريبي متطور يعتمد على متحكم ESP32 ومستشعر المسافة VL53L5CX لتحويل المساحات الفيزيائية إلى خرائط ثلاثية الأبعاد في الزمن الحقيقي. يعالج النظام فجوة التكلفة في تقنيات المسح المكاني عبر دمج مستشعرات «زمن الرحلة» (Time-of-Flight) مع وحدات قياس القصور الذاتي (IMU) لإنتاج سحابة نقاط دقيقة للأجسام والجدران.
كيف يعمل مستشعر VL53L5CX في رسم الخرائط ثلاثية الأبعاد؟
يعتمد المشروع بشكل أساسي على مستشعر VL53L5CX من شركة STMicroelectronics، والذي يتميز عن الحساسات التقليدية بكونه يعمل كمصفوفة قياس 8×8 نقطة وليس مجرد نقطة واحدة. يتيح هذا المستشعر رصد المسافات حتى 4 أمتار عبر قياس زمن ارتداد نبضات الضوء عن الأسطح، مما يوفر 64 قراءة منفصلة في كل لقطة بمعدل يصل إلى 60 قراءة في الثانية.
تكمن القيمة التقنية المضافة في هذا النظام في قدرته على تجاوز محدودية المستشعرات الأبسط مثل VL53L0X؛ حيث يوفر VL53L5CX شبكة قياس متعددة المناطق تسمح بتمييز تفاصيل الأثاث وزوايا الغرف بدقة أعلى، وهو ما يعد ركيزة أساسية لتطبيقات الروبوتات المنزلية المستقلة.
دور متحكم ESP32 ووحدة IMU في معالجة البيانات المكانية
يتولى متحكم ESP32 دور «العقل المركز» في النظام، حيث يقوم بدمج بيانات المسافة القادمة من المستشعر مع بيانات الاتجاه والحركة اللحظية من وحدة IMU. هذا الدمج ضروري لتحديد ميل الجهاز ودورانه أثناء التحريك اليدوي، مما يضمن إسقاط النقاط في مكانها الصحيح داخل الفضاء ثلاثي الأبعاد.
يتم تحويل هذه القراءات المعقدة إلى بيانات منظمة بصيغة JSON، تُرسل لاسلكياً عبر Wi-Fi إلى جهاز حاسب خارجي. تضمن هذه الآلية تقليل زمن التأخير (Latency) إلى أدنى مستوياته، مما يسمح للمستخدم برؤية الغرفة وهي تتشكل أمامه على الشاشة أثناء تحريك المستشعر في أرجاء المكان.
تطبيقات مشروع مسح الغرف مفتوح المصدر على GitHub
لإتمام عملية العرض، طور فيروليو برنامجاً بلغة «بايثون» يستقبل بيانات JSON ويحولها إلى تمثيل مرئي يظهر الجدران والأجسام كـ «نقاط» موزعة في الفراغ. وقد أتاح المطور كافة الشفرات المصدرية للمشروع عبر منصة GitHub، مما يفتح الباب أمام الباحثين لتطوير تطبيقات منخفضة التكلفة في مجالات:
- الروبوتات التعليمية: بناء أنظمة تجنب عقبات متطورة.
- الواقع المعزز (AR): إنشاء مخططات أولية للمساحات لدمج العناصر الرقمية.
- المنزل الذكي: تطوير أنظمة استشعار وجود وتحليل حركة متقدمة.
يبرز هذا الابتكار قدرة المكونات التجارية زهيدة الثمن على محاكاة وظائف الأجهزة الاحترافية باهظة الثمن، مما يعزز من انتشار تقنيات النمذجة المكانية في المشاريع الفردية والناشئة.