تكوين الروبوتات

كي نفهم كيف تعمل الروبوتات بطريقة منطقية وبسيطة لابد من  دراسة البنية المادية الرئيسية للجنس البشري التي ستمكنه من العيش بشكل صحيح ولو بثورة عامة.

ويمكن نحديد أربعة مكونات رئيسية  وذلك على النحو التالي:
1. الهيكل العظمي الذي يشكل الأساس والأساس للهيكل المادي البشري.
2. الجهاز العضلي لتحريك الهيكل العظمي.
3. نظام حساسات لقياس واستقبال المعلومات داخل الجسم والبيئة المحيطة.
4. مصدر طاقة لتشغيل كل من الجهاز العضلي وشبكة الاستشعار (الأيض).
5. يقوم نظام معالجة مركزي (الدماغ) بتحليل المعلومات والبيانات ويملي تعليمات على الجهاز العضلي للتحرك بطريقة مناسبة

ليس هذا فقط ، من أجل الحصول على البنية البشرية الصحيحة نحتاج إلى مجموعة من الأشياء غير الملموسة أو يمكننا أن نسميها خاصية من سمات الروحانية مثل القدرة على التفكير والوعي والضمير (الأخلاق) ، ولكن من أجل تشكيل بنية مادية بحتة ، ما تم تعداده سابقًا يمكن أن يحقق الغرض.

من ناحية أخرى ، ومن أجل بناء روبوت ، نحتاج إلى المكونات المادية السابقة ، لأنها تتكون من أجزاء متحركة تعمل على محركات وإمدادات الطاقة الكهربائية ، بالإضافة إلى وحدة معالجة مركزية تلعب دور الدماغ التي تتحكم في المكونات السابقة ، بحيث يكون لدينا آلة تؤدي سلوك وسلوك أي كائن حي ، بما في ذلك البشر ، لذلك ، في هذه المقالة ، سنلقي الضوء على المبادئ الأساسية لتصنيع الروبوتات وشرح كيفية عملها.

يقول جوزيف إنجلبيرجر ، الرائد في مجال الروبوتات: “لا يمكن أن أجد تعريفًا خاصًا بالروبوت، ولكنني قادر على تمييز أيٍّ منها عندما أراه”
، إذا أخذت في الاعتبار كل ما يسميه البشر الروبوت ، فلا من الممكن العثور على تعريف شامل له ، نظرًا لأن لدى الجميع فكرة عما يمثله الروبوت ، ربما سمعت عن العديد من الروبوتات الشهيرة:

1. Robomower: روبوتات جز العشب.

2. Sony’s AIBO: كلب روبوت يتعلم من خلال التفاعلات مع البشر.

3. Curiosity: روبوتات على المريخ.

4. Industrial robots: الماكينات المؤتمتة التي تعمل على خطوط التصنيع والإنتاج.

5. Data: الكائن الهجين بين الإنسان والروبوتات كما في فيلم Star Trek

6. BattleBots: الروبوتات الطائرة قابلة للتحكم عن بعد والتي تُفجَّر في ساحة المعركة.

7. Honda’s ASIMO: الروبوت الذي يستطيع المشي على قدمين.

8. HAL: سفينة الفضاء المؤتمتة وذاتية القيادة في فيلم A Space Odyssey. 9

9.R2D2, C3-EPO: الروبوتات الذكية التي تتحدث مع الناس في فيلم حرب النجوم 

يعتبر عامة الناس هذه الأشياء التي تم ذكرها سابقًا على أنها روبوتات ، لكن صانعي الروبوت لديهم تعريف محدد ، قائلين أن الروبوت هو كل آلة لديها وحدة معالجة تمكنها من تحريك أجزاء من جسمها ، على سبيل المثال يمكن اعتبار السيارات الحديثة الروبوتات لأنها تحتوي على معالج يتيح لها التحكم في جميع أجزائها الميكانيكية والإلكترونية ، وبناءً على ما سبق ، فلنلق نظرة على العناصر الرئيسية الموجودة في الروبوتات اليوم.

الغالبية العظمى من الروبوتات لها خصائص مشتركة. تحتوي جميع الروبوتات على جسم متحرك ، يحتوي بعضها على عجلات ، ويحتوي البعض الآخر على أجزاء متحركة يمكن أن تكون مصنوعة من المعدن أو البلاستيك ، والأجزاء المتحركة متصلة ببعضها البعض عن طريق المفاصل. تستخدم بعض الروبوتات أيضًا المحركات بينما يستخدم البعض الآخر النظام الهيدروليكي لتنفيذ الحركة ، ويستخدم البعض الآخر نظام دفع الهواء (الغازات المضغوطة) ، ويمكن استخدام كل ما سبق في الروبوت نفسه ، بالإضافة إلى ذلك ، يحتاج الروبوت إلى مزود الطاقة لتشغيل هذه المحركات ، لذلك يتم استخدام البطاريات في معظمها يأتي البعض الآخر من مأخذ الحائط.

تحتاج الروبوتات الهيدروليكية أيضًا إلى مضخة السوائل وتحتاج الروبوتات الهوائية إلى ضاغط أو خزانات هواء مضغوط. تتصل هذه الصمامات بالدوائر الكهربائية التي تتحكم في مسارها لتحديد كمية السوائل أو الهواء المتدفق عبر الصمام بواسطة هذه الدائرة الكهربائية ، وبالتالي يتم ضخ السائل أو الهواء المضغوط في الآلات ، لتحريك ساق الروبوت ، وبالتالي السيطرة عليه في الموضع المناسب.

تمتلك الروبوتات أيضًا نظام تحكم يرشدها لأداء سلوك معين ، حيث يتم حقنها ببرنامج لوظيفة ، وعندما يريدون تغيير هذه الوظيفة ، يتم إعادة حقنهم ببرنامج آخر ، وهذا يعني أن هذا النوع من الآلات قابل للبرمجة. تتمتع الروبوتات عمومًا بالقدرة على الحركة ، في حين أن تلك التي تؤدي وظائف حسية أخرى مثل الرؤية واللمس والرائحة أقل شيوعًا ، وتستخدم تصميمًا قياسيًا يربط العجلات المتشابكة بمفاصل الروبوت. من خلال هذا المستشعر من الممكن تحديد اتجاه الدوران ومدى انحراف العجلة بالنسبة للعجلة الأخرى ، وبالتالي ضبط حركة الروبوت ، وهو نفس النظام المستخدم في الماوس ، يمكن القول أنه باستخدام عدد كبير من المسامير والمفاصل يمكن أن تحصل على أشكال مختلفة من الحركة ، وبالتالي الحصول علىروبوتات معقدة للغاية. سنتحدث الآن عن التصميم الأكثر شيوعًا في عالم الروبوت ، وهو الذراع الروبوتية ، أو الذراع الروبوتية. الذراع الروبوتية:

تأتي كلمة robot من كلمة robota التشيكية التي تعني العمل الاستبدادي ، وهذا يصف غالبية عمل الروبوتات بشكل عام ، والتي تقوم بمهام مملة للبشر أو صعبة وخطيرة تتطلب قوة هائلة. بالحديث عن ذراع الروبوت ، يمكن القول أن الذراع يتكون بشكل عام من سبعة قطاعات معدنية وستة مفاصل ، والكمبيوتر يتحكم في هذا الروبوت من خلال مجموعة من الأوامر لأداء مجموعة من الحركات المتناوبة المتكاملة والدقيقة مما يسمح بتحريك الذراع بدقة عالية ، ويمكن تكرار هذه الحركة أكثر من مرة من أجل ضبطها بشكل صحيح ، يمكن أيضًا استخدام مستشعرات الحركة لضمان تحرك الروبوت بالطريقة الصحيحة وبالدقة المطلوبة.

يشبه الروبوت الصناعي بستة مفاصل إلى حد كبير الذراع البشري ، حيث يحتوي على ما يعادل الكتف والمرفق والمعصم ، ويمكن تثبيت الكتف على قاعدة ثابتة بدلاً من الجسم المتحرك ، لذلك هذا النوع من الروبوت يحتوي على سبعة أنواع الحركات التي تسمح لها بالعمل بحرية ، والعودة إلى الذراع البشري هي المهمة الأساسية بالنسبة لها هي تحريك اليد من مكان إلى آخر ، وبالمثل ، فإن مهمة الذراع الروبوتية تكمن في تحريك الجزء السفلي المفيد إلى المكان المطلوب للقيام بعمل معين (الإمساك وحمل أشياء مختلفة) ، ويمكن أن يحتوي هذا الذراع على أجهزة استشعار وأجهزة استشعار تجمع معلومات حول الغرض مثل الحجم والوزن والكمية الثقافة وغيرها ، وهذا يمنع الروبوت من السقوط أو الانهيار الأشياء التي يحملها ، حيث يمكن أن يحمل هذا الذراع نهاية ليزر للقطع أو اللحام ، أو يمكنه حمل أدوات للرسم ..

تم تصميم الذراع الروبوتية لمنحها القدرة على التحكم في البيئة المحيطة ، على سبيل المثال يمكن للروبوت وضع أغطية الفول السوداني على خط الإنتاج. لتعليمه كيفية القيام بهذه المهمة ، تتم برمجة وحدة التحكم الخاصة بهذا الذراع من خلال تخزين تسلسل محدد لمجموعة من الحركات في الذاكرة لتكرار الحركات نفسها في كل مرة تشعر فيها بوجود حاوية فول سوداني في خط الإنتاج ، و في مثال آخر ، تلعب هذه الروبوتات دورًا مهمًا في خطوط تجميع السيارات لأنها أكثر كفاءة ودقة من البشر ، حيث تتم عمليات الحفر والقطع في نفس المكان ويتم تثبيت البراغي بنفس القوة لجميع السيارات في خط التصنيع بالإضافة إلى عدد الساعات التي يمكن أن تعمل فيها هذه الروبوتات ، كما أنها تلعب دورًا مهمًا في تصنيع الرقائق الإلكترونية ، حيث تضع عناصر صغيرة في موضعها وهذا مناسب دون أي أخطاء في الرقاقة ، بالإضافة إلى ما سبق ، يعتبر من السهل التصنيع والبرمجة بالمقارنة مع الروبوتات الأخرى حيث تظل مستقرة في البيئة التي تعمل فيها ، حيث تصبح الأمور أكثر صعوبة عند إرسال روبوت خارج بيئته، لتكون أولى العوائق لتزويد الروبوت بنظام حركة مستقل ومتكامل ، أي يتم تزويده بعجلات في حالة أن المسار أو المسار سلس بينما يميل العلماء إلى استخدام الأرجل في التضاريس الوعرة لأنها أكثر تكيفًا من العجلات ، في المقابل يساعد بناء الساق العلماء على فهم طبيعة حركة الكائنات الحية ، خاصة في البحث البيولوجي.

تسمح المكابس الهيدروليكية والهوائية لذراع الروبوت بالتحرك ذهابًا وإيابًا ، ويتم وضع هذه المكابس على الذراع لتعمل كعضلات على العظام في الهيكل الحي ، وبالتالي يتم استخدام المكابس التي تعمل بتردد معين للحصول على الحركة الصحيحة ، أي يجب أن يكون لدى مصمم الروبوت معلومات كافية للجمع بين حركات المكبس للمشاركة في عملية المشي وآلية التكامل مع بعضها البعض ، ثم ضع هذه المعلومات في الكمبيوتر أو جهاز التحكم لهذا الروبوت. يمتلك هذا النوع من الروبوتات المحمولة أيضًا جيروسكوبات نظام توازن مدمجة تسمح له بالتحرك بدقة وبشكل صحيح. عالم الحشرات للحصول على التصميم الأمثل للساقين ، تتمتع الحشرات ذات الأرجل الستة بتوازن استثنائي ، للتكيف مع أنواع مختلفة من التضاريس ، مهما كانت صعبة.

يتحكم الرجل في مجموعة من الروبوتات المحمولة عن طريق إرسال أوامر مختلفة باستخدام الأسلاك المرفقة أو الإشارات اللاسلكية أو الأشعة تحت الحمراء. يسمى هذا النوع من الروبوتات الروبوتات البعيدة أو الروبوتات العميلة ويستخدم لاستكشاف المناطق الخطرة ، أو الأماكن التي يصعب الوصول إليها مثل أعماق البحار أو داخل البراكين ، والتي يمكن تصميمها جزئيًا بواسطة الروبوتات البعيدة ، وتوجيه الروبوتات للوصول إلى موقع معين ، وهناك يقومون بباقي العمل بشكل مستقل حسب البرنامج المحدد. الروبوتات المستقلة:

هناك نوع آخر من الروبوتات يسمى الروبوتات المستقلة ، والتي يمكن أن تعمل من تلقاء نفسها باستخدام المعالج الخاص بها ، والفكرة الأساسية هي برمجة المعالج بآلية تستجيب للتأثيرات الخارجية بالطريقة المناسبة ، والصدمة والذهاب الروبوت هو أبسط الروبوتات التي تعمل بهذه الطريقة ، حيث أنه يحتوي على مستشعر لاكتشاف العوائق في المسار المستقيم ، عندما يصطدم بعائق يغير اتجاهه إلى اليمين ويستمر في الاتجاه الجديد ، لاتخاذ اتجاه معين (يمين) عند كل عقبة تواجهه أثناء المشي

نلاحظ أن الروبوتات المتقدمة أكثر حداثة من هذه الفكرة ، لذلك يضيف العلماء برامج وأجهزة استشعار أن الروبوت أكثر دقة وأكثر ذكاء في التغلب على العقبات ، ويمكن نقله بشكل فعال في مجموعة متنوعة من البيئات ، نجد أنها تستخدم بشكل أساسي أو ينعكس من عقبة الأشعة تحت الحمراء ، مجانا. يمكن للروبوت تقدير المسافة بدقة من العائق بدقة ، اعتمادًا على انعكاس هذه الأشعة من الجسم أمامه والوقت الذي تستغرقه الموجة المنعكسة. ومع ذلك ، يمكن للروبوتات الأكثر تقدمًا التي تحيط بها استخدام الرؤية ثلاثية الأبعاد مع كاميرتين تمنح الروبوت قدرة عالية. لرؤية تفاصيل المنطقة المحيطة وتحديدها ، والقدرة على تحديد مواقع الكائنات والكائنات المختلفة ، ولكن بعض الروبوتات تعمل في بيئة مألوفة فقط. تعتمد روبوتات جز العشب ، على سبيل المثال ، على علامات محددة مدفونة في التربة لمعرفة حدود الفناء أو الحديقة ، ولكن الروبوتات الأكثر تقدمًا يمكنها التحليل والتكيف مع البيئات غير المألوفة ، قد يتطلب العمل على تضاريس معينة العديد من الإجراءات ، على سبيل المثال ، يمكن للروبوت بناء خريطة للأرض أمامها ، اعتمادًا على المستشعرات ، هذا النوع من النظام مفيد جدًا للروبوتات الاستكشافية التي عمل بها في بيئات غير معروفة مثل تلك التي تعمل على كواكب أخرى ، عندما يكون هذا النوع من الروبوتات وأجهزة الاستشعار معلقة ، سيعملون مع بعضهم البعض ومع بقية الأجزاء ، وخاصة المحركات بطريقة متكاملة دون الاعتماد على التوجيه الكامل بواسطة الكمبيوتر ، وفقًا للقرار المناسب للتغلب على العائق ، أي أنه يستمر في احسب واستشعر وحاول حتى تجاوز هذه العقبة.

على مر السنين ، لم يقتصر صنع الروبوت على المصانع الكبيرة ومراكز البحث ، حيث قامت مجموعة من الفرق أو الأشخاص في المرآب أو في الأقبية بعمل روبوتات صغيرة من الخدمات المختلفة باستخدام الروبوتات القديمة ومكونات النظام الإلكتروني وحتى وحدات تحكم ألعاب الفيديو القديمة ، على سبيل المثال يعتبر الروبوت Homebrew Robot شائعًا جدًا على الإنترنت ، حيث تم تصميمه للعمل والخدمة الذاتية ، مما أدى إلى خلق قدرة تنافسية عالية في هذا المجال ، وخاصة الروبوتات المستخدمة في مجال الألعاب مثل محاربة الروبوتات ، ولكن من الجدير بالذكر أن هذا النوع لا يعتبر روبوتًا حقيقيًا لأنه لا يحتوي على وحدة تحكم قابلة للبرمجة ، من ناحية أخرى هناك مجموعة من الروبوتات التنافسية مع التحكم في النفس كلاعب كرة قدم حيث تلعب بالكرة دون الحاجة إلى تدخل بشري ، لذا فإن الفريق بأكمله يتضمن العديد من الروبوتات التي تتصل بجهاز كمبيوتر مركزي يرى ملعب كرة القدم بأكمله وكاميرا فيديو يمكن أن تميز بين لاعبيه ، الخصم ، الكرة ، واللاعبين الهدف على الجانبين ، معالجة المعلومات كل ثانية وتحديد كيفية توجيه فريقه

تميزت ثورة الكمبيوتر بقدرة استثنائية على التكيف ، حيث يستخدمها مبرمجو الكمبيوتر والمهندسون والهواة لتصميم أغراضهم الخاصة ، أي أنه لا يزال من الممكن اعتبار الروبوتات أداة لأجهزة المطبخ ذات هدف وعمل معين ، ولكن معظم الشركات الرائدة نسعى جاهدين لجعل الروبوتات قادرة على التكيف والبرمجة ، وبناءً على ذلك تم إنشاء منصة جديدة تسمى مجموعة مجموعات مطوري الروبوت ، وهي مجموعة تأتي مع منصة برمجيات مفتوحة المصدر مصممة خصيصًا لمجموعة من الوظائف الروبوتية الشائعة ، ثم يمكن للمطورين الوصول بسهولة إلى أهداف مع بعض الوظائف الجاهزة مثل القدرة على تتبع الهدف والاستماع إلى الأوامر الصوتية والمناورة حول العقبات ، حيث أنه من غير المألوف أن يتم دمج هذه الوظائف من حزمة واحدة بسيطة ، ويمكن أيضًا تجهيزها بأجهزة استشعار بالأشعة تحت الحمراء ، المحركات والميكروفون وكاميرا الفيديو مع مجموعة من أجزاء هيكل الألومنيوم الميكانيكية والعجلات المتينة ، كل هذا ، إلى جانب مجموعة واحدة من ط الحزم المتكاملة ، وتكلف 700 دولار لكل مجموعة ، قد لا تكون رخيصة ، لكنها تعتبر خطوة رائعة لدخول عالم الروبوتات وفتح الطريق أمام روبوتات جديدة لتنظيف المنزل ورعاية الحيوانات الأليفة.

عندما نتحدث عن الروبوتات ، يجب أن نشير إلى الجزء الأكثر إثارة في هذا المجال وهو الذكاء الاصطناعي (AI) ، حيث يوافق الجميع على أن الروبوتات يمكن أن تعمل في خط التصنيع ، ولكن لا يوجد إجماع على ما إذا كان هذا الروبوت قادرًا على الحصول على نوع من الذكاء في يوم من الأيام ، في النهاية يمكن أن يكون الذكاء الاصطناعي إعادة تدوير للإنسان وآلية الإدراك وهذا يشمل القدرة على التعلم والقدرة على التفكير والقدرة على استخدام اللغة وصياغة الأفكار الرئيسية ، ربما نحن لم تصل إلى هذا الوقت في عصرنا ولكننا نحقق تقدمًا كبيرًا بمرور الوقت ، حيث يمكن لروبوتات الذكاء الاصطناعي تكرار بعض الحركات ، وحل المشكلات في مناطق معينة حيث أن الخوارزمية الأساسية المستخدمة في حل المشكلات باستخدام الذكاء الاصطناعي هي جدًا بسيطة ، لذلك يبدأ حل المشكلات بجمع البيانات في البيئة المحيطة والبيئة الداخلية من خلال أجهزة الاستشعار والمدخلات البشرية ، ثم يقارن الكمبيوتر أو وحدة تحكم الروبوت هذه البيانات ، مع نظرائها المخزنة في الذاكرة ، ثم تقرر ما تعنيه هذه البيانات. ثم سيقوم الروبوت بمعالجة المعلومات في مجموعة من الإجراءات بالتوازي لتوقع أي إجراء سيكون الأكثر نجاحًا بناءً على البيانات ونتائج المعالجة. بالطبع ، يمكن للكمبيوتر حل المشاكل الوحيدة المبرمجة ليتم حلها ، وآلات الشطرنج هي أفضل الأمثلة على هذا النوع من الكمبيوتر.

بعض الروبوتات الحديثة لديها أيضًا قدرة محدودة على التعلم ، فهي تقوم بتخزين معلومات جديدة ساهمت في حل مشكلة معينة وتطبيق نفس الخوارزمية عندما تواجه نفس العائق أو شيء مشابه ، على الرغم من أن الروبوتات تفعل ذلك في حالات محدودة حيث لا يمكنها استيعاب جميع المعلومات الجديدة كبشر ومع ذلك ، يمكن أن تتعلم من محاكاة الفعل البشري نفسه. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لبعض الروبوتات التفاعل اجتماعيا. على سبيل المثال ، يمكن لروبوت Kismet التعرّف على لغة جسم الإنسان وتحوّل الصوت والاستجابة بشكل مناسب ، ثم يدرس المطورون كيفية التفاعل مع البشر. رضيع يعتمد على نغمة المتحدث والتفاعل البصري كأساس لنظام تعليمي مشابه لهذا التفاعل البشري.

يعمل هذا النوع من الروبوتات المصنعة في مختبرات الذكاء الاصطناعي باستخدام هيكل تحكم غير تقليدي. بدلاً من استخدام أجهزة الكمبيوتر المركزية للتحكم في كل خطوة ، يتم إعطاء المعلومات ذات المستوى المنخفض والإجراءات ذات المستوى الأدنى للقيام بالباقي ، ويعتقد رودني بروكس أن هذا النوع من الروبوت هو الأقرب إلى الذكاء البشري ، فإن التحدي الحقيقي للذكاء الاصطناعي يكمن في فهم آلية الذكاء الطبيعي ، حيث تكمن الصعوبة في عدم وجود نموذج بسيط وملموس للعمل عليه ، كما هو الحال في القلب الاصطناعي ، على سبيل المثال ، كما نعلم أن الدماغ الطبيعي يحتوي على مليارات ومليارات الخلايا العصب يعتمد مبدأ التفكير والتعلم على بناء موصلات البروتين الكهربائية بين الخلايا المختلفة. ومع ذلك ، لا نعرف علاقة هؤلاء الموصلات بعملية الوعي في الكائن الحي ، لذلك يمكن القول أن بحث الذكاء الاصطناعي يبدو نظريًا إلى حد ما ، لذلك يركز بروكس وفريقه على الروبوتات البشرية لأنهم يعتقدون أن الأفضل طريقة الحصول على الذكاء البشري هي من خلال الخبرة والتعلم من العالم الخارجي. كما يصبح من السهل التفاعل مع البشر ، وبالتالي يسهل على الروبوتات التعلم.

هذا البحث مفيد لفهم آلية الذكاء الطبيعي ، وبالنسبة لبعض الباحثين فإن هذه الرؤية هي الهدف الأساسي لتصميم الروبوتات ، بينما يتصور البعض الآخر عالماً نعيش فيه جنبًا إلى جنب مع الروبوتات الذكية حيث يتم استخدامها للعمل اليدوي والصحة الرعاية والاتصالات ، ويتوقع خبراء الروبوتات تطوير هذه الآلات سيؤدي في نهاية المطاف إلى السايبورج ، مما يعني البشر والآلات في كائن واحد وبالتالي التطور إلى نوع جديد من الروبوت ، أو يمكن للبشر تنزيل المعلومات المخزنة في أذهانهم داخل روبوت قوي يعيش لآلاف السنين ، وعلى أي حال ستلعب الروبوتات دورًا كبيرًا في حياتنا اليومية في المستقبل ، وفي العقود القادمة ستنتقل الروبوتات تدريجيًا من المجالات الصناعية والعلمية إلى الحياة اليومية ، أي بنفس الطريقة التي تستخدمها أجهزة الكمبيوتر غزت المنازل في الثمانينيات من القرن الماضي.