روبات محصولی بیولوژیکی یا دستگاهی مکانیکی

موضوع روباتیک یکی از معدود مباحثی است که طیف وسیعی از اقشار مختلف جامعه را به خود جذب کرده است

موضوع روباتیک یکی از معدود مباحثی است که طیف وسیعی از اقشار مختلف جامعه را به خود جذب کرده است. دانشمندان دهه های متمادی‏، در پی ارائه وسیله (یا موجودی!) هستند که قادر باشد از بار فعالیت انسان کم نموده و کار مربوطه را با دقت بیشتر و بدون خستگی به انجام برساند. از طرف دیگر مردم عادی نیز به موضوع روباتیک به عنوان یک موضوع جنجالی می نگرند،‏‏‏‏‏‏‏‏‏ برخی دیدگاهی تحسین آمیز و برخی دیگر دیدگاهی توبیخی نسبت به روبات و سازندگان آن دارند.

قبل از اینکه بطور کامل وارد بحث شویم بهتر است کمی به تاریخچه واژه روبات بپردازیم و ببینیم کلمه روبات از چه زمانی در میان مردم به عنوان یک مفهوم رواج یافت ( قبل از این اسم گذاری، طراحی های مختلفی با اسم های متفاوتی ارائه شدند که مفهوم روبات را با خود به یدک می کشیدند ) .

یک نمایشنامه نویس اهل چکسواکی بنام Karel Capek (۱۹۳۸-۱۸۹۰) در سال ۱۹۲۱ برای اولین بار واژه ”روبات“ را در نمایشنامه خود استفاده نمود که بمعنی «کارگر اجباری» یا «کارگر مزدور» است.

"کارل چاپک" علاوه بر عرضه آثار به یاد ماندنی و تأثیرگذار بسیاری، بارها به عنوان نامزد دریافت جایزه نوبل، معرفی گردید. نمایشنامه مزبور با عنوان «روباتهای جهانی بنام روسوم» در ژانویه ۱۹۲۱ برای اولین بار به صحنه رفت. در این نمایشنامه ابتدا فوائد چنین موجوداتی را معرفی و در پایان با اشاره به مضرات اجتماعی آن، همچون بیکار ماندن قشر وسیعی از مردم به پایان می رسد(بسیاری گمان می کنند که چاپک از اینکه واژه روبات به یک واژه و مفهوم جهانی تبدیل شده است بسیار خرسند است اما من اینگونه گمان نمی کنم. زیرا به عقیده چاپک، روبات توسط فعل و انفعالات شیمیایی و بیولوژیکی بوجود می آید وکاملا مخالف نظریه مکانیکی بودن آنها بود. با این حال واژه روبات برخلاف نظریه چاپک در تمامی جهان یک وسیله مکانیکی در نظر گرفته می شود و این برای چوپک اصلا خوشایند نیست! ).

روباتها دو رکن اساسی دارند که هر یک بدون دیگری ناقص هستند. اولین رکن، داشتن مغزی متفکر که توانایی نتیجه گیری و در نهایت تصمیم گیری را داشته باشند و دومین رکن، داشتن تحرک فیزیکی دستگاه ساخته شده می باشد، بدین معنا که سیستمی که توانایی تصمیم گیری را داشته باشد ولی فاقد هر گونه تحرک فیزیکی باشد، روبات نامیده نمی شود.

در مواردی که سیستم مکانیکی روبات توانایی حمل مغز متفکر خود را نداشته باشد (همچون مسابقات روبوکاپ یا فوتبال روبات ها) اطلاعات از طریق اشعه مادون قرمز یا امواج مافوق صوت به بخش مکانیکی ارسال و حرکت مورد نظر اجرا می شود. بیش از آنکه بصورت دقیقتر وارد بحث شویم، بهتر است با قوانین یکی از محبوبترین بازی های روباتیک آشنا شده و سپس مطالب را با داشتن پیش زمینه ای شفافتر، دنبال کنیم. در هنگام مطالعه، به شیوهای تصمیم گیری روبات ها و محدودیتهای آنها توجه نمایید، تا در قسمت نتیجه گیری، بهترین، صحیح ترین و معقولترین دید را نسبت به این موجودات جدید داشته باشیم.

نکته :دلیل استفاده از این نوع روبات در ارائه مطلب، علاوه بر جذاب بودن آن، این است که اینگونه مسابقات از طیف وسیعی از تکنولوژی موجود در روباتیک بهره می برند.

● مسابقات روبوکاپ:

قوانین مسابقات روبوکاپ (روبات های فوتبالیست) در ابعاد کوچک بر اساس استانداردهای جهانی به شرح زیر است:

۱) ابعاد زمین مسابقه:

زمین مسابقه ربوکاپ به اندازه یک میز تنیس تقریبا ۲۷۴ × ۵ / ۱۵۲ سانتیمتر است که رنگ آن در استانداردهای جهانی سبز می باشد. معمولا مسطح بودن زمین مسابقه از گزینه های پیش فرض می باشد. اما گاهی مسابقات را با فرض اینکه روبات باید زمین شیب دار را نیز بپیماید نیز انجام می دهند.

چهار پانل کوچک به طول تقریبی۲ / ۴ سانتیمتر در گوشه زمین قرار داده می شود تا از محصور ماندن توپ در آن اماکن جلوگیری شود. گوشه های انتهایی این پانل ها با رنگ سبز مشخص می شوند.

ارتفاع زمین استاندارد خاصی ندارد، تنها نکته مهم این است که ارتفاع میز جلوی دید سیستم جامع نظارت بصری(Global Vision System ) را نگیرد (در ادامه این مقاله با این سیستم اشنا خواهید شد ).

۲) خصوصیات روبات:

کل مساحت اشغال شده توسط روبات نباید از ۱۸۰ سانتیمتر مربع تجاوز کند. ماکزیمم طول روبات میتواند ۱۸ سانتیمتر باشد در صورتیکه مسابقه از سیستم جامع نظارت استفاده نماید، ارتفاع روبات نباید بیش از ۱۵ سانتیمتر باشد، در غیر اینصورت، ماکزیمم ارتفاع به cm ۲۲ می رسد.

۳) تعداد اعضای تیم:

یک تیم روبوکاپ می تواند تا پنج روبات را مورد استفاده قرار دهد.

۴) دروازه:

عرض دروازه ۵۰ سانتیمتر است که تقریبا یک سوم عرض زمین است. دروازه ۱۸ سانتیمتر عمق دارد. یک جدار ۱۰ سانتی در انتهای دروازه قرار دارد (تور دروازه، در بازی روبوکاپ استفاده نمی شود) که از افتادن روباتها جلوگیری به عمل می آورد. رنگ جدار و دیواره دروازه آبی تیره با زرد مات است. روباتها نمی توانند وارد محوطه دروازه شوند.

۵) توپ :

ابعاد توپ همان ابعاد توپ گلف است که رنگ نارنجی دارد.

۶) رنگ ها :

رنگهای استفاده شده در بازیهای روبوکاپ به این شرح هستند:

▪ رنگ زمین سبز تیره می باشد (از آنجا که قوانین ITTF متغیر میباشد، طراح روبات باید تدابیری را برای احتمال هر گونه تغییر جزئی در نظر بگیرد

▪ دیواره زمین سفید است.

▪ توپ نارنجی رنگ است.

▪ رنگ دروازه، زرد یا آبی تیره است.

▪ خطوط زمین، سفید رنگ است.

۷) علائم استفاده شده در زمین بازی:

خطی سفید رنگ به عرض یک سانتیمتر در طول زمین (وسط) کشیده شده است. همچنین دایره ای به شعاع ۲۵ سانتیمتر در مرکز زمین رسم شده است.

۸) مدت زمان مسابقه:

زمانبندی مسابقه بدین صورت است :

نیمه اول، استراحت بین دو نیمه و نیمه دوم. مدت زمان هر نیمه ۱۵دقیقه می باشد.

۹) دیوار زمین مسابقه :

دیواری به ارتفاع۱۰ سانتیمتر سرتاسر زمین بازی را احاطه کرده است. رنگ دیوار اطراف زمین سفید است و رنگ دروازه ها به همان ترتیبی است که در قسمت بالا توضیح داده شد.

۱۰) محوطه جریمه:

محوطه جریمه ۵ / ۲۲ سانتیمتر از دروازه فاصله و۱۰۰ سانتیمتر پهنا دارد. رنگ استفاده شده برای مشخص کردن محوطه، سفید و پهنای آن ۱ سانتیمتر است.

نکته جالب اینجاست که از هر تیم، تنها یک روبات اجازه دارد وارد این محوطه شود. در صورتیکه روبات دروازه بان توپ را در اختیار داشته باشد یا با توپ در تماس باشد، روبات مهاجم می بایست مأدبانه به عقب برگردد و محوطه را ترک گوید. همچنین تنه زدن به دروازه بان، ایجاد مزاحمت یا سر راه ایشان قرار گرفتن مجاز نیست!

۱۱) ارتباطات بی سیم :

روبات ها می توانند به صورت بی سیم با مرکز کنترل ارتباط برقرار کنند. به منظور جلوگیری از تداخل امواج و اطلاعات ارسالی دو تیم با یکدیگر، هر تیم قبل از شروع بازی، میبایست فرکانسی غیر از فرکانس تیم رقیب خود را برگزیند.

۱۲) سیستم جامع نظارت بصری:

استفاده از این سیستم در بازی روبوکاپ مجاز است. این سیستم به منظور هماهنگ کردن روباتها با یکدیگر و مشخص کردن محل هر کدام مورد استفاده قرار می گیرد. برای این منظور، یک یا دو دوربین مدار بسته مورد بهره برداری قرار می گیرد. حداقل ارتفاع دوربین ها از روی زمین بازی دو متر است. محل قرار گرفتن دوربین ها اختیاری می باشد. تیم ها برای اولویت در تعیین محل دوربین های خود، قرعه کشی می کنند تا مشخص شود کدام تیم می تواند پیش از رقیب، محل دوربین های خود را تعیین کند.

۱۳) نور دهی :

زمین مسابقه میبایست نور دهی مناسبی داشته باشد که میزان آن به صورت استاندارد معین شده است.

۱۴) دروازه بان:

مدت زمانی که دروازه بان می تواند در محوطه جریمه، توپ را در اختیار داشته باشد ۱۵ ثانیه می باشد. دروازه بان تنها پس از اینکه با یکی از روبات های رقیب، در داخل محوطه جریمه یا با یکی از روبات های هم تیم، خارج از محوطه تماس پیدا کند، می تواند توپ را در اختیار بگیرد.

۱۵) در طول بازی:

▪ تعویض بازیکن زمانی امکان پذیر است که روبات آسیب ببیند. در آن صورت تنها ۵ دقیقه به تیم فرصت داده می شود که بازیکن را معالجه (!) یا تعویض نماید.

▪ زمان اضافه در پایان هر نیمه به زمان بازی افزوده می شود.

▪ روبات ها اجازه ندارند از دست خود استفاده نمایند (البته در صورتیکه دست داشته باشند).

۱۶) چگونگی توقف بازی:

داور توقف بازی را شفاهاً یا بوسیله سوت اعلام می کند و هر تیم موظف است روبات های خود را از این تصمیم داور مطلع نماید.

قوانین متعدد دیگری نیز در اینگونه مسابقات وجود دارد ولی گمان می کنم که تا به اینجا خوانندگان به مفهومی کلی از چگونگی هدایت روبات ها و نحوه عملکرد آنها پی برده باشند.

روباتها به صورت کلی (هر کدام در کار مخصوص به خود) خواهان « تقلید از انسان » می باشند. بعنوان مثال، در صورتیکه یکی از روبات های بازیکن در مسابقه روبوکاپ بدلیل رفتار ناشایست و دشمنانه با بازیکنان تیم رقیب بعنوان متخلف تشخیص داده شود، با دریافت کارت قرمز از زمین بازی اخراج می شود. ممکن است این سؤال در ذهنتان ایجاد شود که چگونه ممکن است یک روبات از خود رفتار خصمانه نشان دهد.

● آیا روزی خواهد رسید که ما بتوانیم ربات های کشتی گیر یا زورخانه ای طراحی کنیم؟

این مسئله را می توان اینگونه بیان کرد که طراح روبات هنگام تعلیم دادن به یکی از بازیکنان خود از او می خواهد که در صورت مشاهده توپ در دست دروازه بان جلوی مسیر وی قرار گیرد و مزاحم حرکت آزاد او شود. در اینصورت طراح یا برنامه نویس روبات می تواند باعث این رفتار غیر دوستانه باشد. شاید بپرسید، آیا ممکن است یک روبات اخلاق ورزشی را که با آن توسط برنامه نویس آموزش دیده است، رها سازد و روشی غیر ورزشی را بر خلاف میل طراح خود پیش رو بگیرد؟ در جواب این سوال باید گفت، تنها عاملی که می تواند منجر به چنین تغییری در رفتار یک روبات شود، وجود اشکال فنی در روبات است در غیر این صورت یک روبات (هر چند هم که ناهنجاری اجتماعی داشته باشد!!) بر خلاف میل مربی خود کاری انجام نمی دهد. یکی از جنجالی ترین مباحث فلسفی هوش مصنوعی که به موضوع ما مربوط می شود، جمله زیر است:

«روبات دروغ نمی گوید و همچنین یک روبات حقیقت را نیز نمی گوید» »No machine can lie. Not it can tell the truth«

از شما می خواهم که خود کمی در این زمینه فکر کنید. تنها بعنوان نقطه شروع این نکته را یادآور می شوم که ”نظریه نسبیت انیشتن“ علاوه بر داشتن بُعد علمی، بُعد فلسفی را نیز در بر داشت. بعنوان نمونه، زیبایی تنها زمانی معنا پیدا می کند که با چیزی یا کسی مقایسه شود و به خودی خود مفهومی ندارد. بدین معنی که زیبایی یک مفهوم مطلق نیست. مفهوم دروغ و حقیقت را نیز می توان به گونه ای مشابه مورد بررسی قرار داد که آن را بر عهده خوانندگان عزیز می گذاریم.

در زمینه روباتیک، این مسئله هم مفید و هم مضر است. مفید است بدین دلیل که تمام حرکات و فعالیت های روبات زیر نظر است و مضر است زیرا اجازه خلاقیت و ابتکار را از روبات می گیرد.

اشاره به این نکته را ضروری میدانم که در دنیای روباتیک نیز قاعده ”پسر نوح با بدان بنشست ... “ مصداق دارد بدین صورت که هر چقدر یک روبات مؤدب و سر به زیر باشد، در صورتیکه توسط یک مربیِ ناشایست، تحت تعلیم قرار گیرد تبدیل به یک ربات بد می شود!

حال با داشتن معلوماتی که در اختیارتان قرار گرفت می توانیم کمی فنی تر به موضوع روباتیک بنگریم.

در مسابقات روبوکاپ، زمین مسابقه از لحاظ اندازه، ابعاد مشخصی دارد. این ابعاد از قبل به روبات ها شناسانده می شوند. در این مسابقه همچون بسیاری از موارد، روبات ها در طول مدت هر نیمه، بدون دخالت خارجی انسان و تنها بر اساس عملکرد داخلی خود و گزارشی که توسط دوربین ها برایشان ارسال می شوند به ادامه مسابقه می پردازند. همانطوری که اشاره شد روبات های مسابقات روبوکاپ، وضعیت بازی را از طریق دوربینی که بالای زمین بازی قرار دارد پیگیری می کنند. در روبات های کاوشگر که به مناطق خطرناک و یا ناشناخته ارسال می شوند، روبات ها معمولا خود، دوربین ها را حمل می کنند. از آنجا که وجود تنها یک دوربین امکان شناسایی فاصله مانع، از روبات را نمی دهد، این روبات ها به دو دوربین که در قسمت پیشین آنها نصب می شود، مجهز می شوند. در این حالت زاویه بوجود آمده میان دوخط (خط مانع تا دوربین شماره یک، و خط مانع تا دوربین شماره دو) نمایانگر نسبت فاصله مانع از روبات خواهد بود(همانطور که میدانید در هندسه نیز اندازه زاویه محاطی از زاویه مرکزیِ روبرو به همان کمان، کمتر است، زیرا فاصله نقطه تقاطع دو خط، از کمان دورتر است ).

در توضیحات مسابقات روبوکاپ شاهد بودید که بیشترین تاکید روی رنگ ها بود. روبات ها برای تشخیص و حرکت نیاز به یک شاخص منحصر به فرد دارند و به سختی می توانند از چیزهای غیر قابل تشخیص یا جزئی همچون ساختار فیزیکی روبات های تیم رقیب، برای شناسایی آنها استفاده نمایند. بنابراین رنگ بهترین انتخاب برای تشخیص اماکن و بقیه فاکتورهای فیزیکی بشمار می آید. این موضوع تنها به مسابقات روبوکاپ منحصر نمی شود، بلکه در بیشتر فعالیت های روباتیک از همین رویه استفاده می شود.

از دیگر انواع روبات ها می توان به بازوهای مکانیکی اشاره نمود که می توانند به صورت شبانه روزی در کارخانه های صنعتی (همچون صنایع ماشین سازی) مورد استفاده قرار گیرند. این نوع روبات ها به دلیل فعالیت در یک محدوده مکانی مشخص، ساده تر از انواع سیار (Mobile ) روبات ها می باشند. در روبات های سیار (همچون روباتهای Puppet که در قعر اقیانوس ها و داخل آتشفشان ها مورد استفاده قرار می گیرند) بدلیل گسترده بودن حیطه مکانی فعالیت، به امکانات حساس تر و دقیق تری نیاز دارند تا بتوانند با شرایط جدید و غیر قابل پیش بینی مقابله کنند.

در روبات های سیار بعد از انجام برنامه نویسی و قرار دادن روبات در محیط فعالیت یا کاوش، روبات میبایست بدون دخالت خارجی و تنها بر اساس شرایط محیطی، بهترین عکس العمل را از خود نشان دهد. در بسیاری از این روبات ها برای تشخیص موانع، که سر راه روبات ها قرار می گیرند، از اشعه مادون قرمز یا امواج ماورای صوت استفاده می شود (دقیقاً همان کاری که خفاش در تاریکی انجام می دهد تا به مانع برنخورد). بعنوان مثال، در روبات های کاوشگر در صورتیکه روبات بر روی یک منطقه ناهموار قرار گیرد، با استفاده از این تکنیک سعی می کند راهی را برای خود برگزیند. در صورتیکه هیچ راه همواری را پیدا نکرد، یکی از راه ها را بصورت تصادفی انتخاب نموده سعی می نماید مسیر خود را با نیروی بازو باز نماید.

موضوع دیگری که در مورد روبات ها جالب توجه است این است که ساختن روبات دو پا (همچون انسان) از پیچیده ترین موضوعات دانش روباتیک به حساب می آید که نیاز مبرمی به سیستم تعادل(Balance System ) دارد. بدین دلیل بیشتر روبات های ساخته شده از چهار یا شش پا (همچون حشرات) یا چرخ برای کنترل تعادل استفاده می کنند.

در حال حاضر افزایش روز افزون تعداد علاقمندان به روباتیک این دانش را از حیطه قلمرو صنعتی و تحقیقاتی به یک دانش جذاب عمومی تبدیل کرده است، نتیجه این فرایند تبدیلی، حضور روزافزون روباتهای خانگی در فعالیت های روزمره است.

در پایان ، آشنایی با یکی از تعاریف روبات مناسب بنظر می رسد:

▪ تعریف روبات:

روبات وسیله ای اتوماتیک است که توانائی انجام کارهایی را در حیطه فعالیت انسان، داشته است.

مهندس محمد ماجد اسدی