راهنمای روبات‌ها

روبات های مدرن بی شباهت به کودکان نوپا نیستند: تماشای سقوط آنها خنده دار است، اما در اعماق قلب مان می دانیم که اگر زیاد بخندیم، آنها ممکن است پیچیده گی هایی بسازند و برای شروع جنگ جهانی سوم بزرگ شوند. هیچ یک از خلاقیت های دیگر بشریت چنین ترکیب گیج کننده ای از هیبت، تحسین و ترس را القا نمی کند: ما می خواهیم روبات ها زندگی ما را آسان تر و ایمن تر کنند، اما نمی توانیم خود کاملاً به آنها اعتماد کنیم. ما آنها را بر اساس تصویر خودمان می سازیم، اما می ترسیم که آنها جایگزین ما شوند.
 هنگامی که آن پوست تغییر شکل می دهد، دیودهای نوری تشخیص می دهند که چگونه نور LED ها تغییر می کند تا مشخص شود دقیقا کجای نوک انگشت را لمس کرده اید و چقدر سخت این لمس صورت گرفته است.اما این ترس و وحشت هیچ مانعی برای رونق بخشی روباتیک نیست. روبات ها سرانجام به اندازه کافی باهوش و از نظر جسمانی توانمند شده اند تا بتوانند از کارخانه ها و آزمایشگاه ها خارج شده و راه بروند و غلت بزنند و حتی در بین ما جهش کنند. ماشین ها رسیده اند.
 
ممکن است نگران باشید که روباتی قرار است کار شما را بدزدد، و ما متوجه این موضوع می شویم. بالاخره این سرمایه داری است و اتوماسیون اجتناب ناپذیر است. اما ممکن است در آینده نزدیک بیشتر در کنار یک روبات کار کنید تا این که روباتی جایگزین شما شود. و حتی خبرهای بهتر: به احتمال زیاد با یک روبات دوست می شوید تا این که یکی از آنها شما را بکشد. هورا برای آینده!
 

تاریخچه روبات ها

تعریف "روبات" از همان ابتدا گیج کننده بوده است. این کلمه برای اولین بار در سال 1921 در نمایشنامهR.U.R.  از کارل کیپک یا روبات های جهانی Rossum ظاهر شد. "روبات" در زبان چک به معنی "کار اجباری" آمده است. هر چند این روبات ها بیشتر در معنا روبات بودند تا در فُرم. آنها شبیه انسان بودند و به جای این که از فلز ساخته شوند، از خمیر شیمیایی ساخته شده بودند. این روبات ها بسیار کارآمدتر از همتایان انسانی خود بودند و همچنین بسیار قاتل تر - آنها در نهایت به یک قتل عام می پرداختند.
 
R.U.R.  می توانست استعاره ماشین غیرقابل اعتماد (مانندTerminator ، The Stepford Wives، Blade Runner  و غیره) را ایجاد کند که این استعاره همچنان تا به امروز ادامه دارد – که البته این بدان معنا نیست که فرهنگ عامه روبات های دوستانه را کاملاً نپذیرفته است.
 
تعریف واقعی دنیای ما از "روبات" نیز همانند تصویرهای تخیلی لغزنده است. از 10 روباتیکس بپرسید و 10 پاسخ مختلف خواهید گرفت - به عنوان مثال در مورد این که چقدر لازم است خودگردان باشد. اما آنها در برخی از دستور العمل های کلی به توافق می رسند: یک روبات یک ماشین هوشمند و دارای تجسم فیزیکی است. یک روبات می تواند تا حدی وظایف خودگردان را انجام دهد. و یک روبات می تواند محیط خود را حس کرده و دستکاری کند.
به نظر می رسد روباتیک در حال رسیدن به نقطه عطفی است، جایی که قدرت پردازش و هوش مصنوعی با هم ترکیب می شوند تا ماشین ها را به راستی بشناسند.

روبو - کابین

تعامل انسان و روبات

رشته ای از روباتیک است که رابطه افراد و ماشین ها را مطالعه می کند. به عنوان مثال، یک ماشین خودران می تواند علامت توقف را ببیند و در آخرین لحظه به ترمز ضربه بزند، اما این امر عابران پیاده و مسافران را به وحشت می اندازد. با مطالعه تعامل انسان و روبات، روباتیک ها می توانند دنیایی را شکل دهند که در آن افراد و ماشین ها بدون آسیب رساندن به یکدیگر با هم کنار می آیند.
 

انسان نما

انسان نما یک روبات علمی تخیلی کلاسیک است. این شاید چالش برانگیزترین شکل روبات برای مهندسین باشد، زیرا راه رفتن و تعادل روی دو پا هم از نظر فنی دشوار است و هم از نظر انرژی پرهزینه است. اما انسان نماها ممکن است در عملیات نجات امید بخش باشند، جایی که بتوانند در محیطی که برای انسان طراحی شده است بهتر عمل کنند، مثلاً در یک راکتور هسته ای.
 

فعال کننده

به طور معمول، ترکیبی از موتور الکتریکی و گیربکس است. محرک ها بیشترین قدرت دهندگی به روبات ها را دارند.
 

روباتیک نرم

حوزه ای از روباتیک است که از مواد و موتورهای سنتی به نفع مواد عموماً نرم تر و پمپاژ هوا یا روغن برای جا به جایی قطعات آن صرف نظر می کند.
 

لیدار

Lidar (light detection and ranging) یا تشخیص و محدوده سنجی نوری، سیستمی است که محیط یک روبات را با استفاده از لیزرها برای ساخت یک نقشه سه بعدی کاملاً پوشش می دهد. این امر هم برای خودروهای خودران و هم برای روبات های خدماتی که باید بدون آسیب وارد آوردن به انسان ها با آنها کار کنند، بسیار مهم است.
 

تکینگی

نقطه ای فرضی است که در آن ماشین ها آن قدر پیشرفت می کنند که انسان ها مجبور به تحمل یک بحران اجتماعی و وجودی می شوند.
 

تعدد

تعدد، این ایده است که روبات ها و هوش مصنوعی جایگزین انسان نمی شوند، بلکه مکمل آنها هستند.
روبات های نرم معمولاً شکننده هستند و برای حرکت دادن اشیاء از  نیروی هوا یا روغن استفاده می کنند. به عنوان مثال، یک نوع خاص از ماهیچه روبات از الکترودها برای فشار دادن به یک کیسه روغن استفاده می کندکه منبسط شده و منقبض می شود تا وزنه ها را بکشد.
به یک هواپیمای بدون سرنشین ساده فکر کنید که آن را هدایت می کنید. این روبات نیست اما به هواپیمای بدون سرنشین این قدرت را بدهید که بتواند خود را بلند کرده و بر روی زمین فرود بیاید و اشیاء را حس کند، و ناگهان بسیار روباتیک تر می شود. این هوش و حس و خودگردان است که عناصر کلیدی هستند.
 
اما اولین بار در دهه 1960 بود که یک شرکت چیزی را ایجاد کرد که با این دستور العمل ها مطابقت داشت. در آن زمان SRI International  در سیلیکون ولی Shakey را توسعه داد، که اولین روبات واقعاً متحرک و هوشمند بود. این روبات، برج روی چرخ، که نامی کاملاً با مسما بود، نامیده شده بود – و بدقواره، کند، و پیچ خورده بود. در حالی که مجهز به دوربین و سنسور ضربه بود، Shakey  می توانست در یک محیط پیچیده حرکت کند. این یک ماشین با اعتماد به نفس خاص نبود، اما آغاز انقلاب روباتیک بود.
 
در همان زمانی که Shakey در حال لرزیدن بود، بازوهای روباتی شروع به تغییر در تولید کردند. اولین آنها Unimate بود که بدنه خودروها را جوش می داد. امروزه فرزندان آن بر کارخانه های اتومبیل سازی تسلط دارند و کارهای خسته کننده و خطرناک را با دقت و سرعتی بسیار بیشتر از دقت و سرعت هر انسانی انجام می دهند. اگر چه آنها در جای خود گیر افتاده اند، اما هنوز هم بسیار با تعریف ما از روبات مطابقت دارند - آنها ماشین های هوشمندی هستند که محیط خود را حس کرده و دستکاری می کنند.
 درMIT ، محققان سیستمی را توسعه داده اند که کف را مثلاً در گوشه راهرو تماشا می کند و حرکات ظریفی را متمایز می کند که از طرف دیگر منعکس می شوند و چشم گنگ انسان نمی تواند آنها را ببیند. یک چنین فناوری می تواند روزی تضمین کند که روبات ها در ساختمان های هزارتو به انسان برخورد نمی کنند و حتی به خودروهای خودران اجازه می دهد صحنه های مسدود را ببینند.با این حال، روبات ها تا حد زیادی در کارخانه ها و آزمایشگاه ها محدود بودند، جایی که یا دور خود می چرخیدند یا در حال بلند کردن اجسام در محل خود ثابت بودند. سپس، در اواسط دهه 1980، هوندا برنامه روباتیک انسان نما را راه اندازی کرد. این شرکت P3 را توسعه داد، که می توانست بسیار خوب راه برود و همچنین دست تکان دهد و دست بدهد، که باعث خوشحالی جنتلمن های زیادی می شد. این در کار آسیمو ، دوپای مشهور، به اوج خود رسید، که یک بار سعی کرد رئیس جمهور اوباما را با یک توپ فوتبال خوب لگد زده شده بیرون اندازد.
 
امروزه روبات های پیشرفته در همه جا در حال ظهور هستند. به همین دلیل می توانید به ویژه قدردان سه فناوری باشید: سنسورها، محرک ها و هوش مصنوعی.
 
به این ترتیب، سنسورها، ماشین هایی که برای تحویل فلافل در پیاده روها می چرخند، تنها می توانند به لطف بخش بزرگی از چالش بزرگ دارپا 2004، که در آن تیم های روباتیک با اتومبیل های خودران برای مسابقه در صحرا حرکت می کردند، در جهان ما حرکت کنند. راز آنها؟Lidar ، که پرتوهای لیزر را پرتاب می کند تا نقشه سه بعدی جهان را بسازد. مسابقه بخش خصوصی برای توسعه اتومبیل های خودران قیمت لیدار را به طرز چشمگیری کاهش داده است، تا جایی که مهندسان می توانند روبات های هوشمند را با قیمت (نسبی) ارزانی بسازند.
ما می خواهیم روبات ها زندگی ما را آسان تر و ایمن تر کنند، اما نمی توانیم خود کاملاً به آنها اعتماد کنیم. ما آنها را بر اساس تصویر خودمان می سازیم، اما می ترسیم که آنها جایگزین ما شوند.
 
لیدار اغلب با چیزی به نام بینایی ماشین ترکیب می شود – که دوربین های دو بعدی یا سه بعدی هستند که به روبات امکان می دهند تصویر بهتری از جهان اطراف خود بسازد. آیا می دانید فیس بوک چگونه لیوان شما را به طور خودکار تشخیص می دهد و شما را در تصاویر برچسب می زند؟ همین اصل در مورد روبات ها وجود دارد. الگوریتم های فانتزی به آنها این امکان را می دهد که مکان های مشخص یا اشیاء را انتخاب کنند.
 لیدار اغلب با چیزی به نام بینایی ماشین ترکیب می شود – که دوربین های دو بعدی یا سه بعدی هستند که به روبات امکان می دهند تصویر بهتری از جهان اطراف خود بسازد.حسگرها چیزی هستند که روبات ها را از برخورد با چیزها باز می دارند. به همین دلیل است که یک نوع روبات می تواند شما را زیر نظر داشته باشد، شما را دنبال کرده و وسایل شما را به هم یزند. بینایی ماشین همچنین به روبات ها اجازه می دهد تا درختان گیلاس را اسکن کنند تا تعیین کنند که کجا بهتر است آنها را تکان دهید، و به پر کردن شکاف های عظیم نیروی کار در کشاورزی کمک می کنند.
 
فناوری های جدید وعده می دهند که روبات ها می توانند جهان را به گونه ای درک کنند که بسیار فراتر از توانایی انسان است. ما در مورد دیدن گوشه ها صحبت می کنیم: درMIT ، محققان سیستمی را توسعه داده اند که کف را مثلاً در گوشه راهرو تماشا می کند و حرکات ظریفی را متمایز می کند که از طرف دیگر منعکس می شوند و چشم گنگ انسان نمی تواند آنها را ببیند. یک چنین فناوری می تواند روزی تضمین کند که روبات ها در ساختمان های هزارتو به انسان برخورد نمی کنند و حتی به خودروهای خودران اجازه می دهد صحنه های مسدود را ببینند.
 
درون هر یک از این روبات ها، راز بعدی وجود دارد: محرک، که کلمه ای شگفت انگیز برای موتور الکتریکی و گیربکس ترکیبی است که در اتصال روبات پیدا خواهید کرد. این محرک است که تعیین می کند یک روبات چقدر قوی است و چقدر هموار یا غیر هموار حرکت می کند. بدون محرک ها، روبات ها مانند عروسک های پارچه ای مچاله می شوند. حتی روبات های نسبتاً ساده ای مانند Roombas وجود خود را مدیون محرک ها هستند. اتومبیل های خودران نیز پر از این چیزها هستند.
 
محرک ها برای تقویت بازوهای عظیم روبات در خط مونتاژ اتومبیل عالی هستند، اما یک حوزه جدید، معروف به روباتیک نرم، به ایجاد محرک هایی اختصاص داده شده است که در سطح کاملاً جدیدی کار می کنند. بر خلاف روبات های باربر یا MULE (Material Unit Lift Enhancer به معنی تجهیزات و روبات های بالابر که برای حمل و قرار دادن مواد سنگین در محل های ساخت و ساز طراحی و ساخته شده اند)، روبات های نرم معمولاً شکننده هستند و برای حرکت دادن اشیاء از  نیروی هوا یا روغن استفاده می کنند. به عنوان مثال، یک نوع خاص از ماهیچه روبات از الکترودها برای فشار دادن به یک کیسه روغن استفاده می کندکه منبسط شده و منقبض می شود تا وزنه ها را بکشد. برخلاف عملگرهای سنتی بزرگ، می توانید تعدادی از آنها را برای افزایش قدرت جمع کنید: به عنوان مثال، یک روبات به نام Kengoro با 116 محرک که روی کابل ها کشیده می شوند، حرکت می کند و به دستگاه اجازه می دهد تا مانورهای ناخوشایند بشر مانند فشارها را انجام دهد. این حرکت بسیار طبیعی تر از حرکتی است که با موتورهای الکتریکی سنتی که در مفاصل نصب شده اند به دست می آورید.
 در اواسط دهه 1980، هوندا برنامه روباتیک انسان نما را راه اندازی کرد. این شرکت P3 را توسعه داد، که می توانست بسیار خوب راه برود و همچنین دست تکان دهد و دست بدهد، که باعث خوشحالی جنتلمن های زیادی می شد. این در کار آسیمو ، دوپای مشهور، به اوج خود رسید، که یک بار سعی کرد رئیس جمهور اوباما را با یک توپ فوتبال خوب لگد زده شده بیرون اندازد.و سپس Boston Dynamics وجود دارد، که روبات انسان نمای اطلس را برای چالش روباتیک دارپا در سال 2013 ایجاد کرد. در ابتدا، تیم های تحقیقاتی روباتیک دانشگاه تلاش کردند تا دستگاه را وادار به انجام وظایف اساسی چالش اصلی 2013 و دور نهایی در 2015 کنند، مانند چرخاندن سوپاپ ها و باز کردن درها. اما بوستون داینامیکس از آن زمان اطلس را به یک چیز شگفت انگیز تبدیل کرده است که می تواند عقبگرد را پشت سر بگذارد و از دوپایان دیگر که هنوز راه رفتن برایشان سخت است پیشی بگیرد. (و برخلاف ترمیناتور، گرما را جمع نمی کند.) Boston Dynamics همچنین اجاره یک روبات چهارپا به نام Spot را آغاز کرده است که وقتی در مد نگران کننده ای قرار گیرد و توسط انسان لگد یا کشیده شود می تواند خود را بازیابی کند. اگر ما بخواهیم دنیایی را بسازیم که تمام وقت خود را صرف کمک به روبات ها برای خروجشان از وضعیت های بغرنج نکنیم، حصول این نوع ثبات امری کلیدی خواهد بود. و همه این ها به لطف محرکِ متواضع است.
 
همزمان که روبات هایی مانند اطلس و اسپات از نظر فیزیکی قوی تر می شوند، به لطف هوش مصنوعی، آنها هوشمندتر نیز می شوند. به نظر می رسد روباتیک در حال رسیدن به نقطه عطفی است، جایی که قدرت پردازش و هوش مصنوعی با هم ترکیب می شوند تا ماشین ها را به راستی بشناسند. و برای ماشین ها، درست مانند انسان، حواس و هوش از هم جدا نیستند - اگر سیب تقلبی را بردارید و قبل از زدن آن به دهان خود متوجه پلاستیکی بودن آن نشوید، خیلی باهوش نیستید.
 
این یک مرز جذاب در روباتیک است (تکرار حس لامسه، عدم خوردن سیب های تقلبی). به عنوان مثال، شرکتی به نام SynTouch  نوک انگشتان روباتیکی را توسعه داده است که می تواند طیف وسیعی از احساسات، از دما گرفته تا زبری را تشخیص دهد. نوک انگشت دیگری از دانشگاه کلمبیا لمس با نور را تکرار می کند، بنابراین به یک معنا لمس را می بیند: این دستگاه با 32 دیود نوری و 30LED ، روی پوست سیلیکون پوشانده شده است. هنگامی که آن پوست تغییر شکل می دهد، دیودهای نوری تشخیص می دهند که چگونه نور LED ها تغییر می کند تا مشخص شود دقیقا کجای نوک انگشت را لمس کرده اید و چقدر سخت این لمس صورت گرفته است.
 
روبات های فردا به دور از گنده بک های با سنگینی و رخوت حرکت کننده که درهای خودرو را در خطوط مونتاژ خودرو بلند می کنند، واقعاً بسیار حساس خواهند بود.
 انسان نماها ممکن است در عملیات نجات امید بخش باشند، جایی که بتوانند در محیطی که برای انسان طراحی شده است بهتر عمل کنند، مثلاً در یک راکتور هسته ای.
منبع: مت سیمون، wired.com