علم الروبوتات
علم الروبوتات
علم الروبوتات هو قطاع متعدد التخصصات من العلوم والهندسة مخصص لتصميم وبناء واستخدام الروبوتات الميكانيكية. سيمنحك دليلنا فهمًا ملموسًا للروبوتات ، بما في ذلك أنواع مختلفة من الروبوتات وكيفية تطبيقها في مختلف الصناعات.
ما هو علم الروبوتات؟
تكنولوجيا الروبوتات هي نقطة تقاطع بين العلوم والهندسة والتكنولوجيا التي تنتج آلات تسمى الروبوتات ، والتي تحل محل (أو تنسخ) الأفعال البشرية. عادة ما تبدو مفاهيم الروبوتات المبالغ فيها عن الإنسان كأنها صورة كاريكاتورية للشيء الحقيقي … أم أنها تفكير تقدمي أكثر مما ندرك؟ تكتسب الروبوتات قدرات فكرية وميكانيكية لا تجعل إمكانية وجود آلة تشبه R2-D2 بعيدة المنال في المستقبل.
ما هو الروبوت؟
الروبوت هو نتاج مجال علم الروبوتات ، حيث يتم بناء آلات قابلة للبرمجة يمكن أن تساعد البشر أو تحاكي الأعمال البشرية. تم بناء الروبوتات في الأصل للتعامل مع المهام الرتيبة (مثل بناء السيارات على خط التجميع) ، لكنها توسعت منذ ذلك الحين إلى ما هو أبعد من استخداماتها الأولية لأداء مهام مثل مكافحة الحرائق وتنظيف المنازل والمساعدة في العمليات الجراحية المعقدة بشكل لا يصدق. يتمتع كل روبوت بمستوى مختلف من الاستقلالية ، بدءًا من الروبوتات التي يتحكم فيها الإنسان والتي تنفذ المهام التي يتحكم فيها الإنسان بشكل كامل إلى الروبوتات ذاتية التحكم التي تؤدي المهام دون أي تأثيرات خارجية.
مع تقدم التكنولوجيا ، كذلك يتقدم نطاق علم الروبوتات. في عام 2005 ، تم العثور على 90٪ من جميع الروبوتات في تجميع السيارات في مصانع السيارات. تتكون هذه الروبوتات بشكل أساسي من أذرع ميكانيكية مهمتها اللحام أو الشد في أجزاء معينة من السيارة. اليوم ، نشهد تعريفًا متطورًا وموسعًا للروبوتات يتضمن تطوير وإنشاء واستخدام الروبوتات التي تستكشف أقسى ظروف الأرض ، والروبوتات التي تساعد في تطبيق القانون وحتى الروبوتات التي تساعد في جميع جوانب الرعاية الصحية تقريبًا.
بينما يتوسع عالم الروبوتات بشكل عام ، يتمتع الروبوت ببعض الخصائص المتسقة:
- تتكون جميع الروبوتات من نوع من البناء الميكانيكي. يساعد الجانب الميكانيكي للروبوت على إكمال المهام في البيئة التي صُمم من أجلها. على سبيل المثال ، تم تجهيز عجلات Mars 2020 Rover بمحركات فردية ومصنوعة من أنابيب التيتانيوم التي تساعدها على التحكم بقوة في التضاريس الوعرة للكوكب الأحمر (المريخ).
- تحتاج الروبوتات إلى مكونات كهربائية تتحكم في الماكينة وتشغلها. بشكل أساسي ، هناك حاجة إلى تيار كهربائي (بطارية ، على سبيل المثال) لتشغيل غالبية كبيرة من الروبوتات.
- تحتوي الروبوتات على مستوى معين من برمجة الكمبيوتر على الأقل. بدون مجموعة من التعليمات البرمجية التي تخبره بما يجب القيام به ، سيكون الروبوت مجرد قطعة أخرى من الآلات البسيطة. إن إدخال برنامج في الروبوت يمنحه القدرة على معرفة وقت وكيفية تنفيذ مهمة ما.
نحن ملزمون حقًا برؤية وعد صناعة الروبوتات عاجلاً وليس آجلاً ، حيث يواصل الذكاء الاصطناعي والبرمجيات أيضًا التقدم. في المستقبل القريب ، وبفضل التطورات في هذه التقنيات ، ستستمر الروبوتات في أن تصبح أكثر ذكاءً ومرونة وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة. سيستمرون أيضًا في كونهم نقطة محورية رئيسية في المصانع الذكية ، حيث سيواجهون تحديات أكثر صعوبة ويساعدون في تأمين سلاسل التوريد العالمية.
على الرغم من أن صناعة الروبوتات صغيرة نسبيًا ، إلا أنها مليئة بوعد مثير للإعجاب بالتقدم لم يكن الخيال العلمي يحلم به إلا مرة واحدة. من أعمق أعماق محيطاتنا إلى آلاف الأميال في الفضاء الخارجي ، سيتم العثور على الروبوتات وهي تؤدي مهام لا يمكن للبشر أن يحلموا بتحقيقها بمفردهم.
أنواع الروبوتات
تأتي الروبوتات الميكانيكية بجميع الأشكال والأحجام لتنفيذ المهمة التي صممت من أجلها بكفاءة. تختلف جميع الروبوتات في التصميم والوظائف ودرجة الاستقلالية. بدءًا من “RoboBee” التي يبلغ طولها 0.2 ملليمترًا إلى سفينة الشحن الآلية “Vindskip” التي يبلغ طولها 200 مترًا ، تظهر الروبوتات لتنفيذ المهام التي لا يستطيع البشر القيام بها. بشكل عام ، هناك خمسة أنواع من الروبوتات:
1) الروبوتات المبرمجة مسبقًا
تعمل الروبوتات المبرمجة مسبقًا في بيئة خاضعة للرقابة حيث تقوم بمهام بسيطة رتيبة. مثال على الروبوت المبرمج مسبقًا سيكون ذراعًا ميكانيكيًا على خط تجميع السيارات. يقوم الذراع بوظيفة واحدة – لحام الباب ، وإدخال جزء معين في المحرك ، وما إلى ذلك – وتتمثل مهمته في أداء هذه المهمة لفترة أطول وأسرع وأكثر كفاءة من الإنسان.
2) الروبوتات الشبيهة بالبشر
الروبوتات الشبيهة بالبشر هي روبوتات تشبه و / أو تحاكي السلوك البشري. عادةً ما تؤدي هذه الروبوتات أنشطة شبيهة بالبشر (مثل الجري والقفز وحمل الأشياء) ، وهي مصممة أحيانًا لتبدو مثلنا ، حتى لو كان لها وجوه وتعبيرات بشرية. اثنان من أبرز الأمثلة على الروبوتات الروبوتية هما صوفيا Hanson Robotics و Boston Dynamics’ Atlas.
3) الروبوتات المستقلة
تعمل الروبوتات المستقلة بشكل مستقل عن المشغلين البشر. عادة ما يتم تصميم هذه الروبوتات لتنفيذ المهام في بيئات مفتوحة لا تتطلب إشرافًا بشريًا. إنها فريدة تمامًا لأنها تستخدم أجهزة استشعار لإدراك العالم من حولهم ، ومن ثم استخدام هياكل صنع القرار (عادةً جهاز كمبيوتر) لاتخاذ الخطوة التالية المثلى بناءً على بياناتهم ومهمتهم. من الأمثلة على الروبوت المستقل المكنسة الكهربائية Roomba ، التي تستخدم أجهزة استشعار للتجول بحرية في جميع أنحاء المنزل.
4) الروبوتات عن بعد
الروبوتات المهيأة عن بعد هي روبوتات شبه مستقلة تستخدم شبكة لاسلكية لتمكين التحكم البشري من مسافة آمنة. عادة ما تعمل هذه الروبوتات في ظروف جغرافية قاسية ، والطقس الحرج ، وما إلى ذلك. ومن أمثلة الروبوتات التي يتم التحكم فيها عن بعد ، الغواصات التي يتحكم فيها الإنسان المستخدمة لإصلاح تسرب الأنابيب تحت الماء أثناء التسرب النفطي لشركة بريتيش بتروليوم أو الطائرات بدون طيار المستخدمة للكشف عن الألغام الأرضية في ساحة المعركة.
5) الروبوتات المعززة
إن الروبوتات المعززة إما أن تعزز القدرات البشرية الحالية أو تحل محل القدرات التي قد فقدها الإنسان. مجال الروبوتات للتضخيم البشري هو مجال يمكن أن يصبح فيه الخيال العلمي حقيقة في وقت قريب جدًا ، مع الروبوتات التي لديها القدرة على إعادة تعريف البشرية من خلال جعل البشر أسرع وأقوى. بعض الأمثلة على الروبوتات المعززة الحالية هي أطراف صناعية آلية أو هياكل خارجية تستخدم في رفع الأوزان الثقيلة.
هل تعتبر برامج الروبوتات روبوتات؟
روبوت البرمجيات هو نوع وفير من برامج الكمبيوتر التي تنفذ المهام بشكل مستقل ، مثل روبوت المحادثة أو متتبع ارتباطات الويب. ومع ذلك ، نظرًا لأن روبوتات البرامج موجودة فقط على الإنترنت وتنشأ داخل جهاز كمبيوتر ، فإنها لا تعتبر روبوتات. لكي يتم اعتبار الجهاز روبوتًا ، يجب أن يكون له شكل مادي ، مثل الجسم أو الهيكل.
كيف تعمل الروبوتات؟
الروبوتات المستقلة
الروبوتات المستقلة قادرة على العمل بشكل مستقل تمامًا ومستقل عن تحكم المشغل البشري. تتطلب هذه عادةً برمجة أكثر كثافة ولكنها تسمح للروبوتات بأن تحل محل البشر عند القيام بمهام خطيرة أو عادية أو مستحيلة ، من نشر القنابل والسفر في أعماق البحار إلى أتمتة المصانع. لقد أثبتت الروبوتات المستقلة أنها الأكثر اضطرابًا في المجتمع ، حيث تقضي على الوظائف منخفضة الأجر ولكنها تقدم إمكانيات جديدة للنمو.
الروبوتات المعتمدة (الغير مستقلة)
الروبوتات المعتمدة هي روبوتات غير مستقلة تتفاعل مع البشر لتعزيز وتكميل أفعالهم القائمة بالفعل. هذا شكل جديد نسبيًا من التكنولوجيا ويتم توسيعه باستمرار ليشمل تطبيقات جديدة ، ولكن أحد أشكال الروبوتات المعتمدة التي تم تحقيقها هو الأطراف الصناعية المتقدمة التي يتحكم فيها العقل البشري.
مثال شهير للروبوت المعتمد ابتكره Johns Hopkins APL في عام 2018 لمريض يدعى جوني ماثيني ، رجل بترت ذراعه فوق المرفق. تم تزويد ماثيني بالطرف التعويضي المعياري (MPL) حتى يتمكن الباحثون من دراسة استخدامه على مدار فترة مستدامة. يتم التحكم في MPL عن طريق تخطيط كهربية العضل ، أو الإشارات المرسلة من طرفه المبتور والتي تتحكم في الطرف الاصطناعي. بمرور الوقت ، أصبح ماثيني أكثر كفاءة في التحكم في MPL وأصبحت الإشارات المرسلة من طرفه المبتور أصغر وأقل تغيرًا ، مما أدى إلى مزيد من الدقة في حركاته والسماح لماثيني بأداء مهام دقيقة.
علم الروبوتات : تعرف عليه أكثر..
المكونات الرئيسية للروبوت
صُممت الروبوتات لتقديم حلول لمجموعة متنوعة من الاحتياجات وتفي بعدة أغراض مختلفة ، وبالتالي فهي تتطلب مجموعة متنوعة من المكونات المتخصصة لإكمال هذه المهام. ومع ذلك ، هناك العديد من المكونات التي تعتبر أساسية في بناء كل روبوت ، مثل مصدر الطاقة أو وحدة المعالجة المركزية. بشكل عام ، تندرج مكونات الروبوتات في هذه الفئات الخمس:
نظام التحكم
يشمل جميع المكونات التي تشكل وحدة المعالجة المركزية للروبوت ، والتي يشار إليها غالبًا باسم نظام التحكم الخاص به. أنظمة التحكم مبرمجة لإخبار الروبوت بكيفية استخدام مكوناته المحددة ، بشكل مشابه في بعض النواحي لكيفية إرسال الدماغ البشري للإشارات في جميع أنحاء الجسم ، من أجل إكمال مهمة محددة. يمكن أن تشمل هذه المهام الروبوتية أي شيء من الجراحة طفيفة التعمق إلى تعبئة خط التجميع.
مجسات (المستشعرات)
توفر المستشعرات للإنسان الآلي محفزات على شكل إشارات كهربائية تتم معالجتها بواسطة وحدة التحكم وتسمح للروبوت بالتفاعل مع العالم الخارجي. تشمل المستشعرات الشائعة الموجودة داخل الروبوتات كاميرات الفيديو التي تعمل كعيون ومقاومات ضوئية تتفاعل مع الضوء والميكروفونات التي تعمل مثل الأذنين. تسمح هذه المستشعرات للإنسان الآلي بالتقاط ما يحيط به ومعالجة الاستنتاج الأكثر منطقية بناءً على اللحظة الحالية ويسمح لوحدة التحكم بنقل الأوامر إلى المكونات الإضافية.
المحركات
كما ذكرنا سابقًا ، لا يمكن اعتبار الجهاز على أنه روبوت إلا إذا كان به هيكل أو جسم متحرك. المحركات هي المكونات المسؤولة عن هذه الحركة. تتكون هذه المكونات من محركات تستقبل إشارات من نظام التحكم وتتحرك جنبًا إلى جنب لتنفيذ الحركة اللازمة لإكمال المهمة المعينة. يمكن تصنيع المحركات من مجموعة متنوعة من المواد ، مثل المعدن، وعادة ما يتم تشغيلها باستخدام الهواء المضغوط (مشغلات تعمل بالهواء المضغوط) أو الزيت (مشغلات هيدروليكية) ولكنها تأتي في مجموعة متنوعة من الأشكال لتحقيق أدوارها المتخصصة على أفضل وجه.
مزود الطاقة
مثل جسم الإنسان يحتاج إلى الطعام من أجل العمل ، فإن الروبوتات تتطلب الطاقة. قد تعمل الروبوتات الثابتة ، مثل تلك الموجودة في المصنع ، على طاقة التيار المتردد من خلال مقبس الحائط ، ولكن بشكل أكثر شيوعًا ، تعمل الروبوتات عبر بطارية داخلية. تستخدم معظم الروبوتات بطاريات الرصاص الحمضية لصفاتها الآمنة وفترة صلاحيتها الطويلة بينما قد يستخدم البعض الآخر مجموعة كادميوم الفضة الأكثر إحكاما ولكن أيضًا الأكثر تكلفة. السلامة والوزن وإمكانية الاستبدال ودورة الحياة كلها عوامل مهمة يجب مراعاتها عند تصميم مصدر طاقة الروبوت.
تتضمن بعض مصادر الطاقة المحتملة لتطوير الروبوتات في المستقبل أيضًا الطاقة الهوائية من الغازات المضغوطة ، والطاقة الشمسية ، والطاقة الهيدروليكية ، والقمامة العضوية لتخزين طاقة دولاب الموازنة من خلال الهضم اللاهوائي والطاقة النووية.
المؤثرات النهائية (المستجيبات)
المؤثرات النهائية هي المكونات المادية والخارجية التي تسمح للروبوتات بإنهاء تنفيذ مهامها. غالبًا ما تحتوي الروبوتات في المصانع على أدوات قابلة للتبديل مثل رشاشات الطلاء والمثاقب ، وقد يتم تجهيز الروبوتات الجراحية بمشارط وأنواع أخرى من الروبوتات يمكن بناؤها بمخالب أو حتى أيدي لمهام مثل عمليات التسليم والتعبئة ونشر القنابل وغير ذلك الكثير.
استخدامات الروبوتات
تمتلك الروبوتات مجموعة متنوعة من حالات الاستخدام التي تجعلها التكنولوجيا المثالية للمستقبل. قريباً ، سنرى الروبوتات في كل مكان تقريبًا. سنراهم في مستشفياتنا وفي فنادقنا وحتى في طرقنا.
الصناعة
ربما تكون الصناعة التحويلية هي أقدم وأشهر مستخدمي الروبوتات. تعمل هذه الروبوتات والروبوتات المشتركة (الروبوتات التي تعمل جنبًا إلى جنب مع البشر) على اختبار المنتجات وتجميعها بكفاءة ، مثل السيارات والمعدات الصناعية. تشير التقديرات إلى أن هناك أكثر من ثلاثة ملايين روبوت صناعي قيد الاستخدام في الوقت الحالي.
الخدمات اللوجستية
أصبحت روبوتات الشحن والمناولة ومراقبة الجودة أمرًا ضروريًا لمعظم تجار التجزئة وشركات الخدمات اللوجستية. نظرًا لأننا نتوقع الآن وصول حزمنا إلى سرعات فائقة ، فإن شركات الخدمات اللوجستية توظف روبوتات في المستودعات ، وحتى على الطريق ، للمساعدة في زيادة كفاءة الوقت. في الوقت الحالي ، هناك روبوتات تأخذ أغراضك من الرفوف ، وتنقلها عبر أرضية المستودع وتعبئتها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الزيادة في عدد روبوتات الجانب الأخر (الروبوتات التي ستسلم الحزمة الخاصة بك إلى باب منزلك بشكل مستقل) تضمن لك مواجهة وجهاً لوجه مع روبوت لوجستي في المستقبل القريب.
المنازل
لم يعد الأمر خيالًا علميًا. يمكن رؤية الروبوتات في جميع أنحاء منازلنا ، وتساعد في الأعمال المنزلية ، وتذكرنا بجداولنا الزمنية وحتى الترفيه عن أطفالنا. أشهر مثال على الروبوتات المنزلية هو المكنسة الكهربائية المستقلة Roomba. بالإضافة إلى ذلك ، تطورت الروبوتات الآن للقيام بكل شيء من قص العشب بشكل مستقل إلى تنظيف حمامات السباحة.
التنقل
هل هناك أي شيء يشبه الخيال العلمي أكثر من السيارات ذاتية القيادة؟ لم تعد هذه السيارات ذاتية القيادة مجرد خيال. مزيج من علم البيانات والروبوتات ، تأخذ المركبات ذاتية القيادة العالم من خلال العاصفة. تعمل شركات صناعة السيارات ، مثل Tesla و Ford و Waymo و Volkswagen و BMW جميعًا على الموجة التالية من التنقل التي ستتيح لنا الجلوس والاسترخاء والاستمتاع بالرحلة. تعمل شركتا Rideshare Uber و Lyft أيضًا على تطوير مركبات مشاركة الركوب ذاتية القيادة التي لا تتطلب من البشر تشغيل السيارة.
الرعاية الصحية
قطعت الروبوتات خطوات هائلة في مجال الرعاية الصحية. تستخدم هذه الأعاجيب الميكانيكية في كل جانب من جوانب الرعاية الصحية تقريبًا ، من العمليات الجراحية بمساعدة الروبوت إلى الروبوتات التي تساعد البشر على التعافي من الإصابة في العلاج الطبيعي. ومن الأمثلة على الروبوتات في العمل في مجال الرعاية الصحية ، مساعدو الرعاية الصحية في Toyota ، الذين يساعدون الأشخاص على استعادة القدرة على المشي ، و “TUG” ، وهو روبوت مصمم للتجول بشكل مستقل في جميع أنحاء المستشفى وتوصيل كل شيء من الأدوية إلى البياضات النظيفة.
في الآونة الأخيرة ، تم توظيف الروبوتات من قبل شركات الأدوية للمساعدة في تسريع مكافحة COVID-19. تُستخدم هذه الروبوتات الآن لملء وختم مسحات اختبار COVID-19 ، كما يتم استخدامها من قبل بعض الشركات المصنعة لإنتاج معدات الوقاية الشخصية وأجهزة التنفس.
