ربات نرم چیست؟

ما می‌توانیم ربات‌ها را برنامه نویسی کنیم تا یک وظیفه را میلیون‌ها بار با حداقل خطا انجام دهند، کاری که برای ما بسیار دشوار است.

حتی تماشای آن‌ها حین کار نیز می‌تواند بسیار تاثیرگذار و هیجان‌انگیز باشد. ما می‌توانیم ساعت‌ها به ربات‌هایی که در یک کارخانه کار می‌کنند، نگاه کنیم.

اما مسئله‌ای که برای ما قابل تامل است، این است که اگر این ربات‌ها را از کارخانه بیرون بیاوریم و به جایی ببریم که اصلا برای آن‌ها شناخته شده نیست، نمی‌توانند یک کار ساده مثل باز کردن در را که به دقت بالایی هم احتیاج ندارد، انجام دهند.

در اکثر اوقات هیچ راهی هم برای جبران نیست. خب به نظر شما، دلیل آن چیست؟

اتصالات ربات ها چگونه است؟

برای چندین سال، ربات‌ها با تاکید بر سرعت و دقت طراحی شده‌اند که این موضوع در ساختارهای خیلی خاصی کاربرد دارند.

اگر به یک بازوی رباتیکی دقت کنید، می‌بینید که مجموعه‌ای از اتصالات و موتورهاست که به دقت در کنار یکدیگر چیده شده‌اند، که ما این مجموعه را عملگر می‌نامیم.

اتصالات ربات‌ها در واقع همان مفصل‌های رباتیکی است که ربات‌ها اتصالات خود را حول محور مفاصل خود حرکت می‌دهند.

در ساختار ربات، باید محیط مورد نظر را به دقت در نظر گرفته و اندازه گیری کنیم تا بدانیم چه چیزهایی در محیط وجود دارد.

باید هر یک از حرکات ربات را به طور کامل و درست برنامه ریزی کنیم؛ زیرا، یک خطای کوچک می‌تواند به محیط اطراف یا حتی خود ربات آسیب جدی وارد کند.

اهمیت ربات های نرم

می‌خواهیم کمی درباره ربات‌های نرم صحبت کنیم.

اکنون به مغز ربات فکر نکنید یا حتی توجه نکنید که ما چقدر در برنامه نویسی ربات‌ها، دقت می‌کنیم.

بدن یک ربات انسان نما را در نظر بگیرید.

بدن آن‌ها در بعضی موارد خطرناک بوده و حتی بلااستفاده است؛ زیرا، در بعضی موارد نیاز است که بدن یک ربات تغییر شکل بدهد و منعطف شود تا بهتر بتواند با محیط اطراف خود ارتباط برقرار کند.

به این فکر کنید که یک ربات، نرم باشد، نرم‌تر از هر چیزی که در اطرافتان می‌بینید!

شاید فکر کنید که اگر ربات نرم باشد، نمی‌تواند هیچ کاری انجام دهد، در صورتیکه طبیعت خلاف این موضوع را به ما ثابت کرده است.

برای مثال

یک اختاپوس که جزو جانوران نرم‌تن محسوب می‌شود، می‌تواند در کف اقیانوس، زیر هزاران کیلوگرم فشار هیدرواستاتیک، حرکت کند و با چیزهایی که در محیط اطرافش وجود دارد و به مراتب از خودش سخت‌تر است، ارتباط برقرار کند.

این حیوان به علت انعطاف پذیری بالایی که دارد، به راحتی می‌تواند هرکاری انجام دهد؛ برای مثال، می‌تواند یک پوست نارگیل را با خود حمل کند یا حتی درب یک شیشه را باز کند.

در این جا مشخص می‌شود که این توانایی فقط به خاطر هوش این حیوان نیست، بلکه به خاطر ساختار بدنی نرم او است.

اهمیت انعطاف پذیری در ساختار بدنی ربات های نرم

همه ما انسان‌ها دستوراتی را برای انجام یک کار از مغز خود دریافت می‌کنیم اما این بدن ما، شکل، جنس و ساختار آن است که نقشی اساسی را در یک کار فیزیکی بازی می‌کند؛ زیرا، ما با اجزای بدن خود مانند دست و پا که انعطاف پذیر هستند، با محیط اطراف خود ارتباط برقرار می‌کنیم.

بدون اینکه نیاز به اندازه گیری محیط اطراف خود داشته باشیم. به این امر، هوش مجسم گفته می‌شود.

آیا بهتر نیست بخشی از این هوش مجسم، در ربات‌ها یا ماشین‌های رباتیکی قرار داده شود تا آن‌ها از تلاش بیش از حد در محاسبات و حس کردن محیط رها شوند؟

برای این کار، می‌توانیم از استراتژی طبیعت پیروی کنیم؛ همان‌طور که ما انسان‌ها از استراتژی طبیعت یعنی انعطاف پذیری و ساختار بدنی نرم پیروی می‌کنیم.

رباتیک نرم چیست؟

در طراحی ماشین‌ها برای تعامل ساده با محیط، می‌توان فهمید که طبیعت به طور مکرر از مواد نرم و به ندرت از مواد سخت استفاده می‌کند.

این امر نیز در صنعت رباتیک رخ داده است که به آن، رباتیک نرم گفته می‌شود.

در رباتیک نرم، هدف اصلی ساختن دستگاه‌های فوق دقیق نیست بلکه هدف اصلی این است که ربات‌ها بتوانند با شرایط غیرمنتظره روبرو شوند تا بتوانند با اطراف خود به راحتی ارتباط برقرار کنند.

ربات نرم چیست؟

چیزی که باعث نرمی یک ربات می‌شود:

اول سازگاری و انعطاف پذیری بدن آن است که از موادی مانند ژل‌ها و الاستومرها ساخته شده‌اند و می‌توانند در شرایط دشوار، نرم و انطاف پذیر باشند.

پس دیگر از اتصالات سخت خبری نیست.

دوم اینکه برای حرکت دادن آن‌ها، از چیزی به نام محرک استفاده می‌شود تا به طور پیوسته بتوان ربات نرم را کنترل کرد.

ربات نرم تعداد زیادی اتصال و مفاصل دارد، اما هیچ ساختار سختی ندارد.

فرایند ساخت یک ربات نرم

ساختن یک ربات نرم، فرآیندی بسیار متفاوت نسبت به ربات‌های سخت دارد.

ربات نرم نیز مانند ربات سخت اتصالات و دنده و پیچ دارد اما باید به صورت کاملا مشخصی با یکدیگر ترکیب شوند.

پس در ربات های نرم، بیشتر اوقات فقط محرک را از پایه و به طور مخصوصی ساخته می‌شود.

ماده انعطاف پذیر الاستومر به گونه‌ای شکل داده می‌شود که به محیط اطراف خود واکنش مناسبی بدهد. ربات های نرم مانند شکل زیر هستند.

همانطور که می‌بینید، ربات های نرم ساختار بسیار نرمی دارند، در صورتیکه ربات های سخت به هیچ عنوان به این شکل نیستند.

چند مثال بامزه از ربات های نرم

مثال اول یک ربات کوچک و بامزه است که در دانشگاه هاروارد ساخته شده و با جریان‌های فشاری که در بدنش اعمال می‌شود، حرکت می‌کند.

همچنین این ربات نرم و کوچک به خاطر انعطاف پذیری، می‌تواند زیر یک پل کوتاه بخزد و بعد از کمی تغییر شکل به حرکت خود ادامه دهد.

این یک نمونه خیلی ابتدایی از ربات های نرم است.

اما نمونه‌های پیشرفته‌تری هم ساخته شده‌اند که می‌توانند با دنیای بیرون خود تعامل داشته باشند، مثل اینکه ماشین از روی آن‌ها رد شود!

مثال دوم یک ماهی رباتیک است که درست مثل یک ماهی واقعی در آب شنا می‌کند.

این ربات نرم در دانشگاه MIT ساخته شده است که دمی نرم دارد که از محرک ساخته شده و تحت فشار هوا است.

مثال سوم اختاپوس رباتیک است.

این ربات نرم در واقع یکی از اولین پروژه‌هایی است که در زمینه رباتیک نرم ساخته شده است.

در اینجا یک بازوی رباتیکی مصنوعی را مشاهده می‌کنید. در واقع اختاپوس رباتیکی، از چندین بازوی رباتیکی مصنوعی ساخته شده است که می‌تواند در آب شنا کند و مانند یک اختاپوس واقعی، کاوش دریایی انجام دهد.

این ربات نرم در برخورد با صخره‌های مرجانی، نه آسیب می‌بیند و نه صخره‌ها را تخریب می‌کند.

مثال چهارم ربات نرمی است که توسط دانشگاه استنفورد ساخته شده است.

این ربات نرم با فشار هوا حرکت می‌کند که بدن آن در تماس با محیط مقاوم بوده و آسیبی نمی‌بیند.

الگوی ساخت این ربات از گیاهان است. که همچون گیاهان رونده رشد می‌کند تا بتواند با گستره وسیعی از محیط اطراف خود مواجه شود.

استفاده از ربات نرم در زمینه پزشکی

Giada Gerboni، که مهندس بیومدیکال و از محققان این ربات نرم در دانشگاه استنفورد است، می‌گوید:« من یک مهندس بیومدیکال هستم. و کاربردی که من [برای این ربات نرم] بیش از همه به آن علاقه دارم، در زمینه پزشکی است.

دشوار است که بتوان تعاملی بسیار نزدیک را با بدن انسان تصور کرد، به گونه‌ای که بخواهیم به درون بدن انسان برویم.

برای مثال، برای انجام یک عمل کوچک تهاجمی.

ربات‌های نرم می‌توانند برای جراحی بسیار مفید باشند، چون آن‌ها می‌توانند با استفاده از سوراخ‌های کوچک و ابزار مستقیم وارد بدن شوند.

این ابزارها باید با ساختارهای بسیار ظریفی که درون بدن انسان است، تعامل کنند. در محیطی که بسیار متغیر است. به همین دلیل، این کار باید ایمن انجام شود.

 بنابراین بردن دوربین درون بدن، یعنی بردن چشمان جراح به منطقه مورد نظر برای جراحی.

اگر از یک تکه ابزار سخت مثل آندوسکوپ کلاسیک استفاده کنید، این کار بسیار چالش‌برانگیز خواهد بود.

با گروه تحقیقاتی قبلی‌ام در اروپا، این ربات نرم دوربین‌دار را برای جراحی ساختیم که با یک آندوسکوپ کلاسیک بسیار متفاوت است.

این ربات به دلیل انعطاف‌پذیری قطعات، می‌تواند حرکت کند، در هر جهتی خم شود و همچنین تغییر طول بدهد. این ربات در واقع توسط جراحان استفاده شد تا ببینند چه کاری دارند انجام می‌دهند.

اینجا ربات نرم را در حین کار می‌بینید که فقط به داخل می‌رود. این یک شبیه‌ساز بدن است، نه یک بدن واقعی.

این ربات نرم به اطراف حرکت می‌کند و یک نوری هم به همراه دارید، چون معمولا، درون بدن‌تان نور زیادی نیست.»

ربات نرم جراح می شود!

گاهی یک عمل جراحی می‌تواند تنها با استفاده از یک سوزن انجام شود. یک ربات نرم رسیدن به اهداف مختلفی را ممکن می‌سازد، مثل تومورها در اعماق یک اندام جامد.

 حتی می‌توان اندامی را که در راه رسیدن به هدف باید از آن اجتناب کرد، دور زد. گرچه قبل از ربات نرم، ربات جراح داوینچی عمل جراحی را برای پزشکان آسان کرده است.

سخن آخر…

علم رباتیک بسیار هیجان‌انگیز است. ربات های نرم، ربات‌هایی هستند که باید با ساختارهای نرم ساخته شوند. ما از یک چیز باید مطمئن باشیم و آن هم این است که «ربات‌ها نرم‌تر و امن‌تر خواهند شد و به کمک مردم خواهند آمد!»