ربات چیست؟
ربات ها دارای اشکال و انواع متفاوتی هستند و متناسب با کاربردشان ممکن است چرخ دار، پادار، پروازی، آبی یا … باشند. ربات ها از کار در کارخانه های صنعتی گرفته تا جراحی و بازی فوتبال، می‌توانند وظایف متفاوتی داشته باشند و ممکن است به کوچکی یک سکه و یا به بزرگی یک ماشین باشند.
این تنوع از نظر اندازه، طراحی و قابلیت ها نشان می‌دهد که ارائه یک تعریف مشخص از ربات دشوار است.
"من نمی توانم ربات را تعریف کنم، اما وقتی یک ربات می‌بینم آن را می‌شناسم."
حتی خود کارشناسان هم تعاریف مختلفی برای ربات دارند. برای بیشتر ما، داستان‌های علمی تخیلی، تأثیر به سزایی بر روی انتظاراتمان از ربات‌ها و توانایی‌هایشان گذاشته است. اما ربات را می‌توان این گونه تعریف کرد:
تعریف بالا نه خیلی عمومی است و نه خیلی معین و جزئی.
اختلاف‌های بسیاری بر سر تعریف ربات، ناشی از اختلاف در تعریف مرز بین ربات و ماشین است. اما این مرز، یک مرز قطعی و کاملاً مشخص نیست بلکه یک مرز غیر قطعی و فازی است که به میزان هوشمندی ماشین ارتباط دارد. به طوری که:
هر چه یک ماشین هوشمندتر باشد؛
بیشتر می‌توان آن را یک
ربات
دانست.
رباتیک چیست؟
رباتیک؛ علم مطالعه ربات‌ها است و شامل طراحی، ساخت، راه اندازی و بکارگیری ربات‌ها می‌باشد. رباتیک در واقع یک علم میان رشته‌ای شامل علوم مختلف به ویژه مهندسی مکانیک، مهندسی الکترونیک و مهندسی کامپیوتر می‌باشد.
برای آشنایی بیشتر با علم رباتیک، به بررسی ربات جارو برقی می‌پردازیم:
یک ربات جاروبرقی، توسط سنسورهایش محیط اطراف خود را بررسی می‌کند و از دریافت اطلاعات محیط پیرامون و پردازش آنها، برای حرکت اتوماتیک به اطراف اتاق، دور زدن مبلمان و دوری از پلکان‌ها استفاده می‌کند. همچنین برای اطمینان از پوشش دهی کامل اتاق و تمیز کردن دقیق‌تر، مسیر خود را محاسبه می‌کند سپس با عملگر مکنده، گرد و غبار و آشغال‌ها را به درون خود می‌کشد.
در نتیجه، این ربات هر سه ویژگی دریافت اطلاعات، پردازش و محاسبه بر روی اطلاعات و عمکرد مکانیکی را دارا می‌باشد.
ربات ها چگونه کار می‌کنند؟
در مثال قبل متوجه شدید که ربات ها دارای سه ویژگی اصلی هستند و این سه مؤلفه از یک ربات تا ربات دیگر متفاوت می‌باشد. در مورد ارتباط با دنیای پیرامون، برخی ربات ها از دستگاه های فاصله سنج به اسم سونار استفاده می‌کنند، در حالی که سایر ربات ها به سنسورهای متعدد، از جمله دوربین ها، ژیروسکوپ ها و مسافت یاب های لیزری متکی هستند. همچنین بخش محاسباتی ربات نیز می‌تواند شامل یک مدار الکترونیکی کوچک، پردازنده چند هسته‌ای یا حتی شبکه‌ای از کامپیوترها باشد و دراین مورد ربات ها بیشترین تفاوت‌ها را با یکدیگر دارند.
گرچه ربات ها از نظر دریافت اطلاعات، محاسبه و عملکرد متفاوت هستند، اما همه آنها به روشی مشابه کار می‌کنند. سنسورهای آنها اطلاعات حاصل از اندازه گیری‌ها را به یک کنترلر یا کامپیوتر برای پردازش ارسال می‌کنند و سپس سیگنال های کنترل را به موتور ها و محرک ها می‌فرستند. یک ربات دائماً در حال تکرار این سه مؤلفه می‌باشد. این چرخه در رباتیک را “حلقه بازخورد” می‌نامند.
برای روشن شدن این موضوع، Big Dog که یک ربات چهارپا می‌باشد و توسط شرکت آمریکایی Boston Dynamics برای حرکت در زمین‌های ناهموار ساخته شده است را در نظر بگیرید. این ربات مجهز به سنسورهایی برای اندازه‌گیری موقعیت مفصل پاها و نیروهای اعمال شده بر روی آنها می‌باشد. همچنین از ژیروسکوپ ها و سنسور های IMU برای ردیابی موقعیت آن نسبت به زمین استفاده می‌شود.
بر اساس اطلاعات دریافتی از سنسورها، کامپیوتر Big Dog محاسبه می‌کند که کدام محرک هیدرولیک را باید برای حرکت پاهای ربات فعال کند. همانطور که Big Dog قدم بر می‌دارد، مرتباً (چندین هزار بار در ثانیه) اطلاعات سنسور، رایانه و محرک خود را در یک حلقه بازخورد مرور می‌کند که به ربات اجازه می‌دهد تا به طور مستقل قدم بزند، یورتمه برود، از تپه‌ها بالا رود و از موانع عبور کند.
برای ساخت Big Dog مهندسین بوستون داینامیکس چگونگی دویدن و برقراری تعادل حیوانات واقعی را مورد مطالعه قرار داده‌اند و از بعضی از این ایده‌ها برای طراحی سیستم‌های دریافت اطلاعات، محاسبات و فعال سازی ربات استفاده و در نهایت این سه مؤلفه را در یک حلقه بازخورد ترکیب کردند.
ویژگی Autonomous یا “خودمختار” بودن ربات ها
مفهوم کلیدی دیگری که باید به آن اشاره کنیم، مفهوم خود مختاری است. همان طور که گفتیم ربات‌ها ماشین‌هایی خود مختار هستند اما همانطور که انسان ها از سطح هوش متفاوتی برخوردارند، ربات‌ها نیز از نظر خودمختار بودن در سطح‌های متفاوتی می‌باشند. برخی از آنها از راه دور و توسط اپراتورهای انسانی کنترل می‌شوند، در صورتی که بعضی از ربات ها می‌توانند بدون هیچ نوع مداخله انسانی کار خود را انجام دهند.
واقعیت این است که ربات‌ها چالش‌های بزرگی در پیش رو دارند. مثلاً ربات‌های خانگی هنوز هم نسبت به ذهنیتی که انسان‌ها از ربات دارند، بسیار متفاوت هستند. بسیاری از مشکلاتی که ربات ها را محدود به امور تحقیقاتی در این رشته کرده است، هنوز هم وجود دارند. در کنار این بحث‌ها، دو موضوع اصلی هزینه و پیچیدگی نیز مطرح است. قطعات رباتیک، به ویژه عملگرها و بازوهای رباتیک، هنوز هم بسیار پر هزینه هستند. مشکل پیچیدگی ربات‌ها به این خاطر است که وقتی سنسورها، رایانه‌ها، نرم افزارها و رابط‌های کاربری را در یک ربات با هم ترکیب و در دنیای واقعی آن را عملیاتی کنند، این طبیعی است که یک سری مشکلات عملکردی در دستگاه به وجود می‌آید و ممکن است باعث شود تا یک ربات به صورتی کند یا ناهماهنگ یا به صورت ناامن عمل کند یا ممکن است اصلاً نتواند کار کند.
خوشبختانه، روند پیشرفت در حل این مشکلات سریع و سریع‌تر شده است. کالین انگل، مدیر عامل و بنیان گذار irobot، می‌گوید: “رباتیک در سه سال گذشته، به اندازه پنج دهه گذشته پیشرفت کرده است!” حوزه‌هایی که شاهد پیشرفتهای امیدوار کننده هستند شامل تکنولوژی ساخت سنسورها، یادگیری ماشین و مسیریابی است. ربات‌ها در شناخت اشیاء، نقشه برداری از فضاهای داخلی و فضای باز و حرکت در محیط های انسانی در حال بهینه شدن هستند.
نقش توسعه نرم افزاری در پیشرفت دانش رباتیک
پیشرفت در فناوری پردازنده‌‌ها و سنسورها باعث شده است که رایانه‌ها و تلفن‌های هوشمند بهتر و ارزان‌تر شوند و این گام دیگری در زمینه عملکرد بهتر ربات‌ها می‌باشد و تجهیز آنها به سیستم دریافت اطلاعات و محاسبات قدرتمند را آسان‌تر می‌کند. فایده دیگر آن است که محققان در هنگام طراحی و ساخت یک ربات مجبور نیستند به اصطلاح، چرخ را دوباره اختراع کنند و این بدان معنا است که آنها می توانند به جای تمرکز بر ساخت موتورها، سنسورها و پردازنده ها، تمرکز بیشتری بر روی مکانیزم‌های حرکتی، برنامه نویسی و توسعه نرم افزاری ربات‌ها داشته باشند.
بخش نرم افزاری ربات‌ها بسیار در عملکرد آنها تاثیرگذار است. چرا که بدون الگوریتمهای مؤثر و قوی و استفاده از هوش مصنوعی، یک ربات هرگز قادر به دستیابی به موفقیت چشمگیری نخواهد بود. همچنین ابزارهای شبیه سازی، کنترل و ارتباطی ربات‌ها با سرعت روز افزون رو به بهبود هستند.
منبع: robots.ieee.org
اطلاعات مفید و جالبی بود. ممنون
خواهش می‌کنم. ممنون که مطالعه کردین.
جالب بود
ممنون از نظر شما