روبات

ربات ها دسته ای متنوع هستند. برخی از چرخ ها برای حرکت استفاده می کنند، در حالی که برخی دیگر روی دو، چهار یا حتی شش پا راه می روند . روبات های زیر آب می توانند شنا کنند و پهپادها می توانند به آسمان بروند. برخی از ربات‌ها ریزتراشه‌های ظریف را در امکاناتی بی‌نظیر جمع‌آوری می‌کنند. دیگران در کارخانه‌های خودروسازی غبارآلود کار می‌کنند. روبات هایی به اندازه یک سکه و روبات هایی بزرگتر از یخچال وجود دارند . برخی از ربات ها می توانند پنکیک درست کنند . دیگران می توانند روی مریخ فرود بیایند .این تنوع - در اندازه، طراحی، قابلیت‌ها - به این معنی است که ارائه تعریفی از چیستی ربات آسان نیست. در واقع، اصطلاح "ربات" برای افراد مختلف به معنای متفاوت است. حتی خود متخصصان ربات نیز تصورات متفاوتی در مورد ربات بودن یا نبودن دارند. و برای بسیاری از ما، داستان های علمی تخیلی به شدت بر ظاهر و توانایی ما از یک ربات تأثیر گذاشته است.

یک تعریف ساده از ربات

پس چه چیزی یک ربات را می سازد؟ در اینجا تعریفی وجود دارد که نه خیلی کلی است و نه خیلی خاص:

ربات یک ماشین مستقل است که قادر به تشخیص محیط خود، انجام محاسبات برای تصمیم گیری و انجام اقدامات در دنیای واقعی است.

به خلاء روباتیک Roomba فکر کنید . از حسگرها برای رانندگی مستقل در یک اتاق، دور زدن مبلمان و اجتناب از پله ها استفاده می کند. محاسباتی را انجام می دهد تا مطمئن شود که کل اتاق را پوشش می دهد و هنگام تصمیم گیری در مورد اینکه آیا یک نقطه به تمیز کردن کامل تری نیاز دارد یا خیر. و همانطور که رادنی بروکس ، رباتیک ، یکی از خالقان Roomba، توضیح می دهد، با "مکیدن خاک" عملی را انجام می دهد. اما هیچ تعریفی کامل نیست. ممکن است استدلال کنید، و شاید درست باشد، که تعریف بالا می تواند به خوبی ماشین ظرفشویی، ترموستات، آسانسور، درب اتوماتیک و بسیاری از سیستم ها و وسایل دیگر را در اطراف ما توصیف کند.

چه چیزی چیزی را ربات می کند؟

به عنوان مثال، کروز کنترل در خودروها را در نظر بگیرید. سرعت حرکت خودرو را حس می کند، آن را با سرعت از پیش تعیین شده مقایسه می کند و در صورت نیاز شتاب می گیرد یا ترمز می کند. آیا کروز کنترل یک ربات است؟

بروکس به نوبه خود علاقه ای به در نظر گرفتن ماشین ظرفشویی یک کلاس از ربات ها ندارد. اما سایر روباتیک ها سخت گیری کمتری دارند. یک ترموستات خانگی می تواند دمای محیط را اندازه گیری کند، یک برنامه از پیش تنظیم شده را بررسی کند و سیستم گرمایش یا سرمایش را بر این اساس روشن کند. برای گیل پرات ، یک رباتیک دیگر، این کافی است که ترموستات را یک ربات ساده بنامیم.

چیزی که در مورد این یا هر تعریف دیگری باید در نظر داشت این است که ربات ها معمولاً می توانند سه کار را انجام دهند:

1. حس
2. محاسبه کنید
3. عمل کنید

این سه جزء از روباتی به روباتی دیگر بسیار متفاوت است. برخی از ربات‌ها برای درک جهان از دستگاه‌های ساده مانند سونار تشخیص موانع استفاده می‌کنند، در حالی که روبات‌های دیگر به حسگرهای متعددی از جمله دوربین‌ها، ژیروسکوپ‌ها و فاصله‌یاب‌های لیزری متکی هستند.

به همین ترتیب، بخش محاسباتی می‌تواند همه چیز را از یک مدار الکترونیکی کوچک گرفته تا یک پردازنده قدرتمند چند هسته‌ای یا حتی مجموعه‌ای از رایانه‌های تحت شبکه را شامل شود.

در مورد عمل، این جایی است که ربات ها بیشترین تفاوت را دارند: برخی از ربات ها می توانند در اطراف حرکت کنند. دیگران می توانند چیزها را دستکاری کنند. برخی از ربات ها می توانند به اطراف حرکت کنند و چیزها را دستکاری کنند. برخی برای انجام وظایف خاص طراحی شده اند، در حالی که برخی دیگر تطبیق پذیرتر هستند و می توانند کارهای مختلفی را انجام دهند.

ربات ها چگونه کار می کنند؟

اما اگرچه روبات‌ها از نظر نحوه حس، محاسبه و عمل متفاوت هستند، اما همه آنها به روشی مشابه عمل می‌کنند: حسگرهای آنها اندازه‌گیری‌ها را به یک کنترل‌کننده یا رایانه می‌خورند، که آنها را پردازش می‌کند و سپس سیگنال‌های کنترلی را به موتورها و محرک‌ها می‌فرستد. یک ربات دائماً در حال تکرار این چرخه حسی-محاسباتی-عملی است، چیزی که رباتیک‌ها آن را «حلقه بازخورد» می‌نامند. بنابراین می توان گفت که بازخورد تکنیکی است که ماشین ها را «هوشمند» می کند و تقریباً هر روباتی از بازخورد استفاده می کند.

برای ملموس‌تر کردن مسائل، BigDog را در نظر بگیرید ، یک ربات چهارپا در زمین ناهموار که توسط Boston Dynamics ساخته شده است . BigDog از حسگرهایی برای اندازه گیری موقعیت مفاصل پای خود و نیروهای اعمال شده بر آنها استفاده می کند. همچنین از ژیروسکوپ و یک واحد اندازه گیری اینرسی (IMU) برای پیگیری موقعیت خود نسبت به زمین استفاده می کند. بر اساس این اطلاعات، رایانه BigDog محاسبه می‌کند که کدام محرک‌های هیدرولیکی را برای حرکت دادن پاهای رباتیک باید فعال کند.

همانطور که BigDog یک قدم برمی دارد، به طور مداوم (چند هزار بار در ثانیه) اطلاعات حسگر، رایانه و محرک خود را در یک حلقه بازخورد به روز می کند که به ربات اجازه می دهد تا به طور مستقل راه برود، یورتمه بیفتد، از تپه ها بالا برود و از موانع عبور کند. سازندگان آن حتی BigDog را در حالی که در حال راه رفتن بوده و ربات سقوط نکرده است، لگد زده اند.

برای ساخت BigDog، مهندسان Boston Dynamics چگونگی دویدن و تعادل حیوانات واقعی را مطالعه کردند. آنها از برخی از این ایده‌ها برای توسعه سیستم‌های سنجش، محاسبات و محرک استفاده کردند و سپس این سه جزء را در یک حلقه بازخورد ترکیب کردند که به BigDog چابکی فوق‌العاده می‌دهد و به او اجازه می‌دهد از تپه‌ها بالا برود و حتی در جاده‌ای یخی راه برود. اخیراً، Boston Dynamics چابکی ربات را با ماشین‌هایی مانند Spot و Atlas به حد بالایی رساند .

استقلال در ربات ها چطور؟

بیایید به تعریف اصلی خود برگردیم. مفهوم کلیدی دیگری که باید به آن اشاره کنیم، مفهوم خودمختاری است. گفتیم ربات‌ها ماشین‌های مستقلی هستند، اما سطح استقلال از روباتی به روباتی دیگر متفاوت است. برخی از ربات ها از راه دور توسط اپراتورهای انسانی کنترل می شوند. ربات های دیگر می توانند بدون هیچ گونه دخالت انسانی بدود. و تعداد زیادی از ربات ها هم به کنترل از راه دور و هم به رفتار مستقل متکی هستند.

باز هم، مردم در مورد میزان استقلال یک ماشین برای نامیدن یک ربات اختلاف نظر دارند. می توانید سعی کنید تعریف اصلی را مطابق با نظر خود در مورد این موضوع تغییر دهید، اما واقعیت این است که اکثر تعاریف هرگز کامل نخواهند بود. زمانی که از جوزف انگلبرگر، پیشگام روباتیک خواسته شد یک روبات را تعریف کند، گفت: "من نمی دانم چگونه یک ربات را تعریف کنم، اما وقتی ربات را می بینم، یکی را می شناسم!"

آینده رباتیک

سوال دیگری که ممکن است از خود بپرسید این است که ربات من کجاست؟ کجا هستند آن همه سیستم های رباتیک مفید و انسان نماهایی که داستان های علمی تخیلی وعده داده بودند تا الان داشته باشیم؟ چرا یک ربات نمی تواند لباس های من را بشوید؟

واقعیت این است که چالش‌های بزرگی برای رباتیک وجود دارد و ربات‌های خانگی کاربردی هنوز سال‌ها با آن فاصله دارند. بسیاری از همان مشکلاتی که ربات‌ها را محدود به کارخانه‌ها و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی می‌کرد، امروزه نیز وجود دارند. دو موضوع اصلی هزینه و پیچیدگی است.

درک هزینه آسان است: اجزای رباتیک، از جمله سنسورها و رایانه‌های تخصصی، اما به‌ویژه محرک‌های چرخ‌ها و بازوهای رباتیک، هنوز بسیار پرهزینه هستند. و هر چه بخواهید توانایی بیشتری برای ساخت ربات خود داشته باشید، به اجزای بیشتری نیاز خواهید داشت، بنابراین هزینه به سرعت افزایش می یابد.

در مورد مشکل پیچیدگی، وقتی سنسورها، رایانه‌ها، محرک‌ها، نرم‌افزارها و رابط‌های کاربری را در یک ربات ترکیب می‌کنید و سعی می‌کنید آن را در دنیای واقعی کار کنید، هنوز همه چیز به خوبی کار نمی‌کند. ربات خیلی کند عمل می کند. یا به شیوه ای ناامن عمل می کند. یا مانند بسیاری در یک مسابقه بزرگ روباتیک که برخی از پیچیده‌ترین روبات‌های جهان را در خود جای داده بود، روی زمین می‌چرخد.

به بیان دیگر، همه چیز آنطور که نیاز است کار نمی کند تا آن ربات را به یک سیستم تجاری کاربردی تبدیل کند.

اکنون این خبر خوب است: پیشرفت در حل آن چالش‌ها نه تنها اتفاق می‌افتد، بلکه سریع‌تر و سریع‌تر اتفاق می‌افتد. دانیلا راس ، رباتیک در MIT، معتقد است که "عصر روباتیک واقعاً در راه است." او می‌گوید پیشرفت‌ها در فناوری رباتیک تأثیر زیادی بر زندگی روزمره خواهد داشت زیرا روبات‌ها آزمایشگاه را ترک می‌کنند و به ماشین‌های مفید و توانمندی تبدیل می‌شوند که در محیط‌های واقعی کار می‌کنند.

حوزه هایی که شاهد پیشرفت های امیدوارکننده ای هستند عبارتند از بینایی ربات، یادگیری و ناوبری. ربات ها در تشخیص اشیاء و افراد، نقشه برداری از فضاهای داخلی و خارجی و حرکت در محیط های واقعی انسانی بهتر می شوند. دستکاری ربات و حرکت دوپا نیز در حال پیشرفت است، هرچند کندتر.

یک پیشرفت کلیدی این است که پیشرفت‌های فناوری در پردازنده‌ها و حسگرها که رایانه‌ها و گوشی‌های هوشمند را بهتر و ارزان‌تر می‌کنند، به نفع ربات‌ها نیز هستند. تجهیز ربات ها به سیستم های سنجش و محاسباتی قدرتمند آسان تر می شود. مزیت دیگر این است که محققان مجبور نیستند در هنگام مونتاژ ربات به اختراع مجدد چرخ ادامه دهند و این بدان معناست که آنها می توانند توجه بیشتری به نرم افزار رباتیک داشته باشند.

هوش مصنوعی برای روبات ها

نرم افزار رباتیک کار بزرگی است. بدون الگوریتم های موثر و قوی، یک ربات هرگز نمی تواند کارهای زیادی انجام دهد. ابزارهای شبیه‌سازی، کنترل و یادگیری ربات در حال بهتر شدن هستند، اما بسیاری از متخصصان ربات دوست دارند که با سرعت بیشتری بهبود یابند. این امیدواری وجود دارد که پیشرفت‌های اخیر در هوش مصنوعی (AI) می‌تواند به رباتیک کمک زیادی کند، و این در حال حاضر یک حوزه تحقیقاتی بسیار فعال است .

استانداردهای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری که به ربات‌های مختلف اجازه می‌دهد راحت‌تر با هم ارتباط برقرار کنند، هنوز وجود ندارند، اما روبات‌های امروزی نمونه‌های آزمایشگاهی بی‌نظیر سابق نیستند. سازندگان بزرگ ربات‌ها به پلت‌فرم‌های نرم‌افزاری باز (یا عمدتاً باز) مانند سیستم‌عامل ربات تکیه می‌کنند و بر روی جوامع کاربری خود برای توسعه قابلیت‌هایی که هرگز قادر به توسعه خودشان نیستند، ضربه می‌زنند.

منبع: robotsguide