روباتیک

مهرگان رستمی
9 اسفند 1402
بدون دیدگاه

روباتیک

رباتیک (Robotics) چیست؟ #

رباتیک علوم مهندسی و فناوری را برای طراحی، ساخت، بهره‌برداری و استفاده از ماشین‌هایی که برای انجام کارهای ساده تا پیچیده برنامه‌ریزی‌شده‌اند، ترکیب یا جایگزین می‌کند و به انسان کمک می‌کند.

ربات‌ها کارهای اساسی و تکراری را با کارایی و دقت بیشتری نسبت به انسان‌ها انجام می‌دهند و همین امر آن‌ها را برای صنایعی مانند تولید مناسب می‌کند. بااین‌حال، ورود هوش مصنوعی به رباتیک امکان مدیریت موقعیت‌های متنوع‌تری را در صنایع مختلف فراهم کرده است.

ربات (Robot) چیست؟ #

ربات یک ماشین قابل‌برنامه‌ریزی است که می‌تواند یک کار را انجام دهد، درحالی‌که اصطلاح رباتیک به رشته تحصیلی اشاره دارد که بر توسعه ربات‌ها و اتوماسیون تمرکز دارد. هر ربات دارای سطح متفاوتی از استقلال است. این سطوح از ربات‌های کنترل‌شده توسط انسان که وظایف را انجام می‌دهند تا ربات‌های کاملاً خودمختار که وظایف را بدون هیچ‌گونه تأثیر خارجی انجام می‌دهند، متغیر است.

ازنظر ریشه‌شناسی، کلمه “ربات” از کلمه “robota” به معنای “کار اجباری” گرفته‌شده است. این کلمه برای اولین بار در نمایشنامه سال 1920 با عنوان R.U.R. ظاهر شد، با اشاره به شخصیت‌های نمایشنامه که کارگرانی بودند که توانایی تفکر خلاقانه نداشتند.

جنبه‌های رباتیک #

ساختار مکانیکی (Mechanical Construction) #

جنبه مکانیکی یک ربات به آن کمک می‌کند تا وظایف خود را در محیطی که برای آن طراحی‌شده انجام دهد. به‌عنوان‌مثال، چرخ های مریخ‌نورد 2020 به‌صورت جداگانه نیرو می‌گیرند و از لوله‌های تیتانیومی ساخته‌شده‌اند که به آن کمک می‌کند محکم به سطح ناهموار مریخ بچسبد.

اجزای الکتریکی (Electrical Components) #

ربات‌ها برای کنترل و نیرو دادن به ماشین‌آلات به قطعات الکتریکی نیاز دارند. درواقع، یک جریان الکتریکی مثل باتری برای تأمین انرژی اکثر ربات‌ها موردنیاز است.

برنامه‌نویسی نرم‌افزار #

ربات‌ها سطحی از برنامه‌نویسی کامپیوتری دارند. بدون مجموعه‌ای از کدها که به او بگوید چه‌کاری انجام دهد، یک ربات فقط یک ماشین ساده خواهد بود. برنامه‌نویسی به ربات اجازه می‌دهد تا بداند چه زمانی و چگونه یک کار را انجام دهد.

اجزای اصلی یک ربات چیست؟ #

سیستم کنترل (Control System) #

این جزء شامل تمام اجزایی است که بخش پردازش مرکزی ربات را تشکیل می‌دهد و اغلب به‌عنوان سیستم کنترل شناخته می‌شود. دستگاه‌های کنترل طوری برنامه‌ریزی‌شده‌اند که به ربات می‌گویند چگونه از اجزای خاص خود استفاده کند، از جهاتی شبیه به نحوه ارسال سیگنال‌های مغز انسان به ارتباطات در سراسر بدن، برای انجام یک کار خاص. این وظایف رباتیک ممکن است از جراحی جزئی تا بسته‌بندی در خط تولید متغیر باشد.

سنسورها (Sensors) #

سنسورها به ربات اجازه می‌دهند تا محرک‌هایی را به شکل سیگنال‌های الکتریکی که توسط کنترل‌کننده پردازش می‌شوند، ارائه دهد و به ربات اجازه می‌دهد تا با دنیای بیرون تعامل داشته باشد. سنسورهای رایج در ربات‌ها شامل دوربین‌های ویدئویی است که به‌عنوان چشم عمل می‌کنند، حساس کننده‌های نوری که به نور واکنش نشان می‌دهند و میکروفون‌هایی که به‌عنوان گوش عمل می‌کنند. این سنسورها به ربات اجازه می‌دهد تا محیط اطراف خود را دریافت کند و بهترین گزینه منطقی را بر اساس لحظه فعلی پردازش کند و به کنترل‌کننده اجازه می‌دهد تا دستورات را به اجزای اضافی منتقل کند.

محرک‌ها (Actuators) #

وسیله‌ای تنها در صورتی ربات محسوب می‌شود که دارای قاب یا بدنه متحرک باشد. محرک‌ها اجزایی هستند که مسئولیت این حرکت را بر عهده‌دارند. این قطعات متشکل از موتورهایی هستند که سیگنال‌هایی را از سیستم کنترل دریافت می‌کنند و با هماهنگی یکدیگر حرکت می‌کنند تا حرکت موردنیاز برای انجام‌وظیفه اختصاری را انجام دهند. محرک‌ها می‌توانند از مواد مختلفی مانند فلز یا پلاستیک باشند و معمولاً توسط هوای فشرده (محرک‌های پنوماتیکی) یا روغن (محرک‌های هیدرولیک) کنترل می‌شوند، اما آن‌ها در اشکال مختلف برای انجام بهترین وظایف تخصصی خود وجود دارند.

منبع برق #

همان‌طور که بدن انسان برای عملکرد به غذا نیاز دارد، روبات‌ها نیز به برق نیاز دارند. ربات‌های ثابت، مانند ربات‌هایی که در یک کارخانه یافت می‌شوند، ممکن است با برق متناوب از طریق پریز دیواری تغذیه شوند، اما بیشتر ربات‌ها از باتری داخلی استفاده می‌کنند. بیشتر ربات‌ها از باتری‌های سرب اسید برای ویژگی‌های ایمنی و عمر طولانی‌شان استفاده می‌کنند، درحالی‌که بقیه ممکن است از نوع کوچک‌تر اما گران‌تر نقره کادمیوم استفاده کنند.

ایمنی، وزن، قابلیت تعویض و عمر مفید همگی فاکتورهای مهمی هستند که در طراحی منبع تغذیه برای روبات‌ها باید در نظر گرفته شوند.

برخی از انواع رایج ربات‌ها کدام‌اند؟ #

رایج‌ترین انواع ربات‌ها عبارت‌اند از:

ربات‌های متحرک خودمختار (Autonomous Mobile Robots)(AMRs): با استفاده از حسگرهای پیشرفته، هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی، ربات‌های متحرک مستقل قادر به انجام بسیاری از وظایف، ازجمله تحویل کالا، انجام بررسی‌های ایمنی و امنیتی، مأموریت‌های نجات، برداشت محصولات و حتی اکتشاف فضایی هستند.

وسایل نقلیه هدایت‌شونده خودکار (Automated Guided Vehicles)(AGVs): به‌عنوان یک نوع ربات متحرک خودمختار، وسایل نقلیه هدایت خودکار، روبات‌های متحرکی هستند که قادر به حرکت در مسیرهای نقشه‌برداری شده با استفاده از سیم‌های روی زمین، امواج رادیویی، دوربین‌ها، آهن‌رباها یا لیزر هستند. این ربات‌ها کاربردهای مختلفی ازجمله حمل‌ونقل کالاهای سنگین در کارخانه‌ها و انبارها دارند.

ربات‌های مفصلی (Articulated Robots): یکی از ویژگی‌های اصلی یک ربات مفصلی، اتصالات چرخشی است که می‌تواند از ساختارهای دو مفصلی ساده تا سیستم‌های پیچیده‌تر با مفاصل متعدد و مواد تعاملی متغیر باشد. ربات مفصلی یک نوع معمولی ربات صنعتی است و اغلب شبیه به شکل بازوی انسان است.

انسان‌نماها (Humanoids): ربات انسان‌نما شبیه به شکل کلی بدن انسان است. این طرح خاص معمولاً برای تقلید حرکات و تعاملات انسان استفاده می‌شود. یک مورد رایج برای ربات‌های انسان‌نما، خودکار کردن وظایفی است که کارایی را افزایش می‌دهد و در هزینه‌ها صرفه‌جویی می‌کند.

تاریخچه رباتیک #

تاریخچه رباتیک به قرن‌ها قبل برمی‌گردد، مفهوم ماشین‌های اتوماتیک و موجودات مصنوعی در فرهنگ‌ها و افسانه‌های مختلف یافت می‌شد. بااین‌حال، توسعه رباتیک مدرن به‌عنوان یک زمینه مطالعه و کاربرد عملی در قرن بیستم آغاز شد. در زیر مروری کوتاه بر مهم‌ترین نقاط عطف در تاریخ رباتیک است:

(قرن ۱۵ تا ۱۷):

در دوران رنسانس ادبی و فرهنگی، مخترعانی مانند لئوناردو داوینچی ماشین‌های پیچیده‌ای ازجمله ماشین انسان‌نما به نام ربات لئوناردو طراحی کردند.

(قرن ۱۸ تا ۱۹):

ظهور انقلاب صنعتی منجر به ایجاد ابزارهای خودکار مختلف برای تولید و تولید منسوجات شد. این ماشین‌های اساسی پایه و اساس روبات‌های خودکارسازی صنعتی را فراهم می‌کنند

(اوایل تا میان قرن بیستم):

در اواسط قرن بیستم توسعه ماشین‌های کنترل از راه دور به‌ویژه در محیط‌های خطرناک مشاهده شد. از این ماشین‌ها معمولاً برای کارهایی مانند خنثی‌سازی بمب استفاده می‌شد.

(۱۹۶۱):

یونی میت (Unimate)، که توسط جورج دوول (George Devol) و جوزف انگلبرگر (Joseph Engelberger) توسعه یافت، به‌عنوان اولین ربات صنعتی محسوب می‌شود. این ربات در سال ۱۹۶۱ در یک کارخانه خودروسازی جنرال موتورز نصب شد تا وظایفی مانند ریخته‌گری قالب و جوشکاری را انجام دهد.

(۱۹۷۰ تا ۱۹۸۰):

زمینه رباتیک با تحقیقات در دانشگاه‌ها و مؤسسات گسترش یافت. ربات‌های پیشتازی مانند “شیکی (Shakey)” که در اواخر دهه ۱۹۶۰ در موسسه تحقیقات استنفورد توسعه یافت و قابلیت‌های اولیه در حس و حرکت را نشان دادند.

(۱۹۸۰ تا ۱۹۹۰):

ربات‌های صنعتی در تولید، به‌ویژه در خطوط تولید خودروها، گسترش یافتند. این ربات‌ها قابلیت انجام وظایف تکراری با دقت را داشتند.

(۱۹۹۰ تا ۲۰۰۰):

رباتیک با یکپارچه‌سازی هوش مصنوعی و توسعه ربات‌های خودکار بهبود یافت. تحقیقات درزمینهٔ دید کامپیوتری، یادگیری ماشین و فناوری‌های حسگر به بهبود قابلیت‌های رباتیک کمک کرد.

(۲۰۰۰ تا ۲۰۱۰):

توسعه ربات‌های انسان‌نما مانند آسیمو (ASIMO) و رباتیک نرم (Soft Robotics) که حرکات طبیعی را تقلید می‌کند، پیشرفت‌هایی در طراحی ربات و تعامل با محیط را نشان داد.

(۲۰۲۰):

موفقیت و پیشرفت رباتیک درزمینه هایی مانند ربات‌های همکار (cobots)، رباتیک ازدحامی (Swarm robotics) و ادغام رباتیک در صنایع مختلف ادامه دارد، ازجمله بهداشت و خدمات.

چه صنایعی از رباتیک استفاده می‌کنند؟ #

بسیاری از صنایع از رباتیک برای بهره‌مندی از عملیات خود استفاده می‌کنند. برخی از محبوب‌ترین صنایع عبارت‌اند از:

کشاورزی #

رباتیک به روشی مقرون‌به‌صرفه برای مشاغل کشاورزی برای برآوردن نیازهای رو به رشد تبدیل‌شده است. کشاورزان از روبات‌های خودکار تخصصی برای انجام کارهای روزانه مانند کاشت، مدیریت آفات و علف‌های هرز و برداشت استفاده می‌کنند.

ساخت‌وساز #

ربات‌ها به تیم‌های ساخت‌وساز با فناوری‌های خودکار کمک می‌کنند که از کارایی، دقت و ایمنی در محل کار پشتیبانی می‌کند. پیشرفت‌های اخیر در رباتیک به شرکت‌های ساختمانی کمک کرده است تا ماشین‌آلات ساختمانی بزرگ مانند بیل مکانیکی و بولدوزر را به‌طور خودکار کنترل کنند و حتی کارهای تخصصی مانند بیل زدن و حفاری را انجام دهند.

انرژی #

صنعت انرژی برای بازرسی و ایمن‌سازی مکان‌های دوردست به روبات‌ها روی آورده است. درنتیجه، رباتیک با کاهش هزینه‌های نصب و نگهداری دستگاه‌های امنیتی، نقش مهمی در افزایش قیمت انرژی پاک داشته است.

بهداشت #

صنعت مراقبت‌های بهداشتی از ربات‌ها برای رهایی کارکنان خود از کارهای خسته‌کننده و تکراری مانند تمیز کردن، تحویل و توزیع دارو استفاده می‌کند. ربات‌ها همچنین می‌توانند کارهای پیچیده‌تری مانند جراحی، توان‌بخشی و تشخیص را انجام دهند. با پیشرفت صنعت رباتیک، دستگاه‌های پیشرفته‌تری برای بهبود کارایی متخصصان پزشکی و کیفیت مراقبت از بیمار درحال‌توسعه هستند.

صنعت تولید #

یکی از اولین پذیرندگان رباتیک، صنعت تولید است که از روبات‌ها برای افزایش کارایی کار، تخلیه وظایف یکنواخت یا خطرناک و توانمندسازی کارگران انسانی برای تمرکز بر کارهای پیچیده‌تر استفاده می‌کند.

معدن #

در سال‌های اخیر، شرکت‌های معدنی شروع به استفاده از دستگاه‌های خودکار برای نظارت، جمع‌آوری و تجزیه‌وتحلیل داده‌ها در صنعت معدن کرده‌اند. برای مثال، ماشین‌های خودکار می‌توانند معادن بسته یا متروکه را برای یافتن مواد خام باارزش جستجو کنند و همچنین محیط کار ایمن‌تری را برای کارگران انسانی فراهم کنند.

آینده رباتیک #

تکامل هوش مصنوعی پیامدهای مهمی برای آینده رباتیک دارد. در کارخانه‌ها، هوش مصنوعی را می‌توان با رباتیک ترکیب کرد تا دوقلوهای دیجیتالی ایجاد کند و شبیه‌سازی‌هایی را طراحی کند تا به شرکت‌ها در بهبود گردش کارشان کمک کند. همچنین هوش مصنوعی پیشرفته ربات‌ها را به خودکارسازی بیشتری مجهز کرده است. به‌عنوان‌مثال، پهپادها می‌توانند بسته‌ها را بدون دخالت انسان به مشتریان تحویل دهند. علاوه بر این، ربات‌ها می‌توانند به ابزارهای هوش مصنوعی مانند ChatGPT مجهز شوند که منجر به مکالمات پیچیده‌تر انسان و ربات می‌شود.

همان‌طور که هوش ربات‌ها تغییر کرده است، ظاهر آن‌ها نیز تغییر کرده است. ربات‌های انسان‌نما برای جلب‌توجه انسان‌ها در محیط‌های مختلف طراحی‌شده‌اند و همچنین توانایی درک و پاسخگویی به احساسات، حمل اشیا و جهت‌یابی در محیط را دارند. با این اشکال و توانایی‌ها، ربات‌ها می‌توانند نقش مهمی در خدمات مشتری، تولید، مراقبت‌های بهداشتی و سایر صنایع ایفا کنند.

اگرچه گسترش روباتیک نگرانی‌هایی را در مورد از دست دادن شغل به دلیل خودکارسازی ایجاد کرده است، ربات‌ها ممکن است نوع شغل انسان را تغییر دهند. انسان‌ها ممکن است خود را در حال همکاری با روبات‌ها بیابند و به همکاران رباتیک خود اجازه می‌دهند کارهای تکراری انجام دهند درحالی‌که وقت خود را روی مسائل پیچیده‌تر متمرکز می‌کنند. بااین‌حال، انسان‌ها باید با حضور روبات‌ها سازگار شوند، زیرا روباتیک در کنار سایر فناوری‌ها مانند هوش مصنوعی و یادگیری عمیق پیشرفت می‌کند.