روباتیک، همچنان در حال پیشرفت

تصویر: پهپاد خود اصلاح شونده

هیچ چیز نمی تواند این پهپاد را پایین نگه دارد. از elytra، مجموعه ای از بال های الهام گرفته از سوسک، برای اصلاح خود استفاده می کند

وقتی زندگی شما را زمین می اندازد، باید دوباره بلند شوید. کفشدوزک ها این توصیه را به معنای واقعی کلمه جدی می گیرند. اگر حشرات به پشت گیر کنند، می‌توانند از بال‌های بیرونی سخت خود، به نام elytra (که اخیراً از بازی Minecraft معروف شده) استفاده کنند تا در کسری از ثانیه موقعیت خود را اصلاح کنند.
 
محققان با الهام از این رویکرد، پهپادهای خود اصلاح کننده را با الیترا مصنوعی ساخته اند. شبیه‌سازی‌ها و آزمایش‌ها نشان می‌دهد که elytra مصنوعی نه تنها می‌تواند به نجات پهپادهای بال ثابت از موقعیت‌های خطرناک کمک کند، بلکه آیرودینامیک وسایل نقلیه را در طول پرواز نیز بهبود می‌بخشد.
 
سوسک ها، از جمله کفشدوزک ها، ده ها میلیون سال است که وجود داشته اند. در طی این زمان، آن‌ها چندین مکانیسم بقایی را توسعه داده اند که منبع الهام برای کاربردهای روباتیک مدرن است.
 
تیم سازنده به‌ویژه مجذوب الیترای سوسک‌ها بود که برای کفشدوزک‌ها بال‌های بیرونی خال‌های سیاه و قرمز معروف آن‌ها هستند. در زیر elytra بال عقبی قرار دارد، زائده نیمه شفافی که در واقع برای پرواز استفاده می شود.
 
وقتی کفشدوزک‌ها به پشت قرار می گیرند، از الیترای خود برای تثبیت خود استفاده می‌کنند و سپس پاها یا بال‌های عقبی خود را فشار می‌دهند تا برگردند و به راه خود بروند. تیم سازنده وسایل نقلیه هوایی میکرو (Micro Aerial Vehicles (MAVs)) را طراحی کرد که از تکنیک مشابهی استفاده می‌کنند، اما دارای محرک‌هایی هستند که نیروی خود را اصلاح می‌کنند. وورتسیس  توضیح می‌دهد: «همانند حشره، الیترای مصنوعی دارای درجاتی از آزادی است که به او اجازه می‌دهد تا در صورت واژگونی یا وارونه شدن وسیله نقلیه، جهت خود را تغییر دهد.»
 
محققان الیترای مصنوعی را با طول‌های مختلف (11، 14 و 17 سانتی‌متر) و گشتاورهای مختلف ایجاد و آزمایش کردند تا مؤثرترین ترکیب را برای خود راست کردن یک پهپاد بال ثابت تعیین کنند. در حالی که گشتاور تأثیر کمی بر عملکرد داشت، طول elytra تأثیرگذار بود.
 
در یک سطح صاف و سخت، طول های کوتاه تر الیترا نتایج متفاوتی را به همراه داشت. با این حال، طول بیشتر با میزان موفقیت کامل همراه بود. elytra ی طولانی‌تر سپس در شیب‌های مختلف 10 درجه، 20 درجه و 30 درجه و در جهت‌های مختلف آزمایش شد. پهپادها از elytra برای اصلاح خود در همه سناریوها استفاده کردند، به جز یک موقعیت در شیب تند.
 
این طرح همچنین در هفت زمین مختلف آزمایش شد: سنگفرش، شن و ماسه، ماسه ریز، سنگ، پوسته، خرده چوب و چمن. پهپادها توانستند با نرخ موفقیت کامل در تمام زمین‌ها، به استثنای چمن و ماسه‌های ریز، خود را اصلاح کنند.
 
وورتسیس می گوید تیم او امیدوار است از دیگر ویژگی های طراحی elytra سوسک ها بهره مند شود. «ما در حال حاضر در حال بررسی elytra برای محافظت از بال‌های تاشو در هنگام حرکت پهپاد روی زمین در میان بوته‌ها، سنگ‌ها و سایر موانع هستیم، درست مانند سوسک‌ها. این امر به پهپادها امکان می‌دهد تا مسافت‌های طولانی را با بال‌های باز و بزرگ پرواز کنند و با خیال راحت فرود بیایند و در قالبی فشرده در فضاهای باریک حرکت کنند.»
 

روباتیک ماهرانه می خواهد جعبه ها را با چوب چاپستیک جابجا کند این رویکرد می تواند از گیره یا مکش همه کاره تر باشد.

یک جفت دست روبات سفید که به هر کدام یک لوله سیاه وصل شده است. لوله ها به طرفین جعبه مقوایی فشار داده می شوند تا آن را بلند کنند.
   
تصویر:  روباتیک ماهرانه
 
جدای از هیاهو، لزوماً حوزه های زیادی وجود ندارد که روبات‌ها این پتانسیل را داشته باشند که وارد یک جریان کاری موجود شوند و فوراً مقدار قابل توجهی ارزش ارائه کنند. اما یکی از زمینه‌هایی که اخیراً شاهد ورود چندین شرکت روباتیک به آن بوده‌ایم، دستکاری جعبه‌ها است – به‌ویژه، استفاده از روبات‌ها برای تخلیه جعبه‌ها از پشت کامیون، به طور ایده‌آل بسیار سریع‌تر از انسان. این یک کار خوب برای روبات‌ها است، زیرا در نقاط قوت آن‌ها عمل می‌کند: شما می‌توانید در یک محیط نیمه ساختاریافته و معمولاً قابل پیش‌بینی کار کنید، سرعت، قدرت و دقت همگی ارزش بالایی دارند، و این شغلی نیست که انسان‌ها به آن علاقه خاصی داشته باشند یا طراحی شده برای آنها باشد.
 
در رویکردی که اخیراً ارائه شده، دستکاری جعبه بدون هیچ نوع مکش یا در واقع هیچ نوع گیره‌ای انجام می شود. در عوض، آن‌ها از چیزی استفاده می‌کنند که به بهترین شکل می‌توان آن را به عنوان یک جفت بازوی متحرک توصیف کرد، که هر کدام یک چاپستیک روباتیک را گرفته‌اند.
 
ما می توانیم اساساً هر چیزی را با استفاده از چاپستیک انتخاب کنیم. اگر با چاپستیک ها خوب هستید، می توانید دانه های تکی برنج را بردارید، و می توانید چیزهایی را بردارید که در مقایسه با مقیاس چاپستیک ها نسبتاً بزرگ هستند. تصور شما در مورد محدودیت است، پس آیا اگر روباتی داشته باشید که بتواند چیزها را با چاپستیک دستکاری کند، جالب نیست؟
 
قطعاً جالب است، اما آیا دلایل عملی وجود دارد که چرا استفاده از چاپستیک برای دستکاری جعبه ایده خوبی است؟ البته که وجود دارد! نکته خوب در مورد چاپستیک ها این است که آنها واقعاً می توانند تقریباً هر چیزی را در دست بگیرند (حتی اگر آنها را بزرگ کنید) و به ویژه در فضاهای محدود که تفاوت های زیادی در شکل، اندازه و وزن دارید، ارزشمند می شوند. آنها برای دستکاری نیز خوب هستند و می توانند اشیاء را با دقت به حرکت درآورند و تغییر مکان دهند. و در حالی که تمرکز در ابتدا بر روی یک کار تخلیه تریلر متمرکز است، داشتن این قابلیت دستکاری اضافی اجازه می دهد تا کارهای دستکاری دشوارتری در آینده در نظر گرفته شود، مانند بارگیری تریلر، وظیفه ای که لزوماً به همان اندازه تخلیه بار اتفاق می افتد اما بسیار پیچیده تر است.
 
حتی اگر تکنیک چاپستیک مزایای واضحی دارد، معایبی نیز دارد، و بزرگترین آنها این است که استفاده از تکنیک دستکاری مانند این بسیار دشوارتر است. «نقاط منفی رویکرد چاپستیک ها این است که هر انسانی به شما می گوید، شما به نرم افزار کنترل پیچیده ای نیاز دارید تا بتوانید کار کنید. اما این بخشی از چیزی است که ما به بازی می‌آوریم: نه فقط یک طراحی سخت‌افزاری هوشمندانه، بلکه نرم‌افزاری برای کار با آن نیز.»
 
در همین حال، آنچه تاکنون از سایر شرکت‌ها در این فضا دیده‌ایم، استفاده کاملاً ثابت از سیستم‌های مکش برای جابجایی جعبه است. اگر سطح صاف و غیرقابل نفوذی دارید (مانند اکثر جعبه ها)، مکش می تواند سریع و قابل اطمینان و با حداقل برنامه ریزی فانتزی کار کند. با این حال، مکش دارای محدودیت هایی برای دستکاری است، زیرا ذاتاً بسیار چسبنده است، به این معنی که انجام هر کاری با دقت می تواند دشوار و/یا زمان بر باشد. سایر مسائل مربوط به مکش عبارتند از حساسیت آن به دما و رطوبت، تمایل آن به بلع تمام کثیفی که ممکن است، و این واقعیت که شما باید آرایه مکش را بر اساس بزرگترین و سنگین ترین چیزهایی طراحی کنید که پیش بینی می کنید باید با آنها مقابله کنید. این آخرین مورد یک مشکل خاص است زیرا اگر می‌خواهید اشیاء کوچک‌تر را نیز دستکاری کنید، با یک آرایه مکش که بسیار بزرگ‌تر از آن چیزی است که می‌خواهید، تلاش می‌کنید.
 
در حالت ایده‌آل، شما می‌خواهید چیزی بسازید که برای اولین بار کار می‌کند، نه اینکه مجبور باشید بارها و بارها تکرار کنید. به دست آوردن کامل آن در اولین تلاش احتمالا غیر واقعی است، اما هر چه بهتر بتوانید چیزها را از قبل شبیه سازی کنید، می توانید به آن نزدیک تر شوید. "کاری که ما توانستیم انجام دهیم این است که کل سیستم ادراک و کنترل برنامه ریزی خود را به گونه ای تنظیم کنیم که دقیقاً شبیه زمانی باشد که آن کد روی روبات واقعی اجرا می شود." وقتی چیزی را روی روبات شبیه‌سازی شده اجرا می‌کنیم، در 95 درصد مواقع با واقعیت مطابقت دارد، که صراحتاً بی‌سابقه است. با استفاده از مدل‌سازی سخت‌افزاری با وفاداری بسیار بالا، یک شبیه‌ساز بلادرنگ، و نرم‌افزاری که می‌تواند مستقیماً بین سیم‌کارت و واقعی منتقل شود، ماهرانه می‌تواند با اطمینان نحوه عملکرد سیستم خود را حتی بر روی چیزهای بسیار دشوار شبیه‌سازی، مانند تماس و چسبندگی، مدل‌سازی کند. ایده این است که نتیجه نهایی سیستمی خواهد بود که می تواند سریعتر توسعه یابد و در عین حال وظایف پیچیده تر را بهتر از سایر راه حل ها انجام دهد.
 
ما همچنین تعجب می‌کردیم که چرا این سیستم به جای چیزهایی که کمی چسبنده‌تر هستند، مانند چاپستیک‌هایی با سطح مقطع مربع، و شاید با مقداری اصطکاک بالاتر روی سطح داخلی، از چوب‌های کوچک گرد صاف استفاده می‌کند. مزیت طراحی فعلی متقارن بودن آن حول محور چرخشی آن است، به این معنی که برای کنترل کامل آن فقط به پنج درجه آزادی نیاز دارید. معنای عملی این است که همه چیز می‌تواند بسیار ساده‌تر شود – الگوریتم‌های کنترل ساده‌تر می‌شوند، الگوریتم‌های سینماتیک معکوس ساده‌تر می‌شوند، و مهمتر از همه، تعداد موتورهایی که باید در روبات رانده شوند کاهش می‌یابد.
   
تصویر: دکستروس 18 ماه پیش سرمایه اولیه را دریافت کرد و از آن زمان آنها روی نرم‌افزار و سخت‌افزار سیستم خود کار می‌کردند. (دستکاری کننده های چاپستیک روی دو برج که می توانند به صورت جانبی حرکت کنند.)
   

Parrot یک پهپاد 4G الهام گرفته از اشکالات را رونمایی کرد. ANAFI Ai برای حرفه ای ها طراحی شده است و دارای برد ارتباطی (تقریباً نامحدود) است.

  تصویر: یک کوادکوپتر سفید با قسمت جلویی پیازی و یک دوربین طلایی رنگ که روی گیمبال خاکستری نصب شده است. هواپیماهای بدون سرنشین طوطی.
 
Parrot تقریباً چهار سال پیش پهپاد Anafi را منتشر کرد. خیلی ها از طرفداران پهپادهای کوچک مصرفی هستند - طراحی زیبا، قابل حمل فوق العاده، دوربین عالی و پرواز آسان. اما بزرگ‌ترین مشکل آنافی (مخصوصاً چهار سال بعد) این است که خیلی شبیه باهوش‌ترین پهپادها نیست، بدون هیچ‌کدام از جلوگیری از موانع موجود در هواپیماها که اکنون به استاندارد تبدیل شده است. امروز، Parrot هوش مصنوعی Anafi را معرفی می‌کند، طراحی مجدد Anafi برای حرفه‌ای‌ها که امکان جلوگیری از موانع، دوربین عظیم و اتصال 4G را اضافه می‌کند که به پهپاد اجازه می‌دهد به هر جایی (و پشت هر جسمی) که می‌توانید پرواز کنید. یک سیگنال 4G قابل اعتماد.
 
در حالی که طراحی Anafi AI تا حدودی یادآور Anafi قبلی است (احتمالاً به این دلیل که Parrot می‌گوید هر دو طرح از حشرات الهام گرفته شده‌اند)، زمانی که از باتری عبور کنید ظاهر کاملاً متفاوت است. "سر" پهپاد در اطراف چیزی است که به نظر می رسد یک هیت سینک عظیم (با یک فن اختصاصی در بالا) است همراه با یک سیستم دوربین کاملاً جدید که در جلو ساخته شده است. دوربین اصلی (در وسط) بر روی یک گیمبال سه محوره با لرزشگیر مکانیکی و الکترونیکی قرار دارد و دارای یک سنسور 48 مگاپیکسلی است که می‌تواند ویدیوی 4K با سرعت 60 فریم در ثانیه فیلم‌برداری کند.
 
در هر طرف دوربین اصلی دوربین های جلوگیری از موانع قرار دارند. در بیانیه مطبوعاتی آمده است که سیستم اجتناب از مانع "موانع را در همه جهات تشخیص می دهد" و ظاهراً این کار را با این دو دوربین به لطف توانایی چرخش حیرت انگیز 311 درجه مستقل از دوربین اصلی انجام می دهد. ایده این است که اگر شما در حال پرواز به سمت بالا، پایین یا عقب هستید، سیستم استریو قادر خواهد بود به اطراف بچرخد تا از موانع در آن جهت جلوگیری کند. نه همه جهت‌ها، و نه همه به طور همزمان، اما روشی نوآورانه برای انجام آن است که جرم، هزینه و سربار محاسباتی را کاهش می‌دهد.
 
منحصر به فرد ترین ویژگی Anafi AI اتصال 4G آن (با سیم کارت خود) است، به نقل از بیانیه مطبوعاتی.
 
با 4G، پیوند داده بین پهپاد و خلبان در هر شرایطی قوی می شود. 4G که قبلاً به طور گسترده و قابل اعتماد در سراسر جهان مستقر شده است، انتقال برد بلند را در باندهای فرکانس پایین در 700MHz-900MHz ارائه می دهد. علاوه بر این، اتصال 4G به این معنی است که متخصصان می توانند با پهپاد در هر فاصله ای کار کنند.
 
مکان‌های زیادی وجود دارد که 4G در آن‌ها بد است یا اصلا وجود ندارد. خوشبختانه، پیوند 4G اختیاری است و الزامی نیست، و همچنان می‌توانید مستقیماً از طریق تلفن و رادیو موجود در کنترلر به پهپاد متصل شوید. جابجایی بین رادیو کنترلر و 4G بدون درز است. و با کنترلر به عنوان یک گزینه بازگشتی، مطمئناً می توانdم مزایای (بالقوه) 4G را دریافت کنیم، اگرچه توجه به این نکته مهم است که پرواز پهپاد فراتر از خط دید عموماً توسط FAA در اینجا در ایالات متحده مجاز نیست. ما از هانری سیدوکس، مدیر عامل Parrot در مورد این سؤال پرسیدیم، زیرا به نظر می رسد محدودیت قابل توجهی در یکی از متمایزترین ویژگی های هوش مصنوعی Anafi وجود دارد:
 
ما به پرواز خارج از خط دید اعتقاد داریم، معتقدیم که مهم است، و معتقدیم که 4G امن ترین سیستم رادیویی است که می توانید برای این کار داشته باشید. انگیزه و هدف برای بسیاری از کشورها برای اجازه پرواز هواپیماهای بدون سرنشین خارج از خط دید وجود دارد. این مقررات گام به گام، کشور به کشور در حال آمدن است. و ما معتقدیم که این آینده پهپاد است.
 
ما کاملاً با سیدوکس موافقیم، اما گام‌های زیادی باید برداشته شود، و دولت‌ها مطمئن می‌شوند که این گام‌ها تا حد امکان کوچک و آهسته برداشته شوند. در حال حاضر، سخت است که بدانیم این ویژگی 4G چقدر ارزشمند خواهد بود. در غیر این صورت، ما به دنبال یک پهپاد 900 گرمی با حداکثر زمان پرواز 32 دقیقه هستیم. حداکثر سرعت 16 متر در ثانیه است. استقلال نسبتاً استاندارد است، اگرچه عملکرد فتوگرامتری مستقل "درجه نظرسنجی" به نظر می رسد می تواند عالی باشد.
 
آخرین چیزی که در این مرحله در مورد هوش مصنوعی آنافی قابل ذکر است این است که به نظر می رسد Parrot تمرکز زیادی بر روی دسترسی هر چه بیشتر این پهپاد برای توسعه دهندگان دارد. هسته نرم افزار جدید FreeFlight 7  این شرکت منبع باز است و یک کیت توسعه برنامه برای هر دو برنامه iOS و Android وجود دارد. مهمتر از آن، شما می توانید کد سفارشی خود را بنویسید که می تواند در هنگام پرواز روی هواپیمای بدون سرنشین اجرا شود. سیدوکس نمونه‌ای از بازرسی توربین بادی را به ما ارائه کرد - یک توسعه‌دهنده می‌تواند کدی بنویسد تا این کار را به طور کامل برای توربین‌های بادی با هر اندازه و در هر مکانی به طور کامل خودکار کند. به عنوان یک توسعه دهنده، شما اساساً از طریق Anafi SKD به همه چیز دسترسی دارید، از جمله تمام سنسورهای پرواز (به علاوه سنسورهای اجتناب از موانع)، شبکه اشغال و حتی دسترسی به اینترنت.
   
همه اینها بسیار امیدوارکننده به نظر می رسد، اما البته در حال حاضر فقط تصاویر و برخی مواد بازاریابی خوش بینانه داریم. مانند هر روبات دیگری، آزمایش واقعی این است که ببینیم هوش مصنوعی Anafi در دنیای واقعی چقدر خوب عمل می کند.
 
منبع:
میشل همپسون، ایوان آکرمن، ieee