پژوهش‌های روباتیک با کاربردهای مختلف

پژوهش‌های روباتیک با کاربردهای مختلف

در زیر آب‌ها
انسان‌ها حتی اگر به کپسول‌های هوای فشرده و تجهیزات غواصی هم مجهز باشند، باز هم حین کنکاش در اعماق آب‌ با محدودیت‌های زیادی مواجه می‌شوند. اما در مقابل، زیردریایی‌های بدون سرنشین که با کابل به مرکز کنترل متصل می‌شوند، غواصی‌های طولانی در اعماق را ساده‌تر می‌کنند. امروزه، برای پژوهش‌های گوناگون از روبات‌هایی که از راه دور کنترل می‌شوند، استفاده می‌شود و البته این روبات‌ها نیز محدودیت‌هایی دارند که ناشی از محدودیت طول کابل و میزان تبحر شخص در کنترل روبات است. از این‌رو، پژوهشگران تلاش می‌کنند روبات‌هایی بسازند که خودکنترل بوده و بدون نیاز به عامل انسانی وظایف خود را انجام دهند.

البته، همین حالا نیز از زیردریایی‌های خودکار یا AUVها (سرنام Autonomous Underwater Vehicles) که پس از جمع‌آوری داده‌ یا نمونه‌برداری، به محل اولیه خود بازمی‌گردند، استفاده می‌شود. اما چنانچه دکتر توماس روشنباخ از سرپرستان انستیتوهای فرانهوفر آلمان توضیح می‌دهد، استفاده از این فناوری هنوز هزینه‌های زیادی دارد. البته، این شرایط به زودی تغییر خواهد کرد، زیرا متخصصان چهار انستیتوی علمی با همکاری هم مشغول تولید نسل جدیدی از روبات‌های زیردریایی کوچک‌تر، قدرتمندتر و ارزان‌تر هستند. این AUVها باید بتوانند وظایف مختلفی را که در نقاطی با شرایط و عمق متفاوت به آن‌ها محول می‌شود، به درستی انجام دهند. مهندسان یکی از چهار زیرمجموعه همکار در این پروژه، وابسته به انستیتوی فرانهوفر، مشغول ساخت چشم‌های روبات زیردریایی هستند. بینایی ‌این روبات مبتنی بر گونه خاصی از فناوری دریافت و تحلیل نور است که روبات بر‌اساس آن حتی می‌تواند در آب‌های تیره و گل‌آلوده نیز موقعیت خود را تشخیص دهد. روبات پیش از هر چیز فاصله خود را از یک جسم خاص تعیین می‌کند، سپس یک پرتو لیزری از دوربین موجود روی‌ روبات تابیده شده و به جسم برخورد می‌کند و بازتاب آن دریافت می‌شود. چند میکروثانیه پیش از دریافت بازتاب پرتو لیزر، دوربین مذکور دیافراگم خود را باز می‌کند و حسگرهای دوربین پالس‌های نوری را دریافت می‌کنند. زیرمجموعه دوم این گروه تحقیقاتی نیز در حال ساخت مغز روبات است که در واقع برنامه کنترل‌کننده‌ای است که روبات زیردریایی را به اجرای قوانین خاص مجبور می‌کند تا برای مثال همواره از دیواری که مشغول بررسی آن است، فاصله مشخصی داشته باشد.

زیرمجموعه سوم پژوهشگران انستیتو عهده‌دار ساخت محفظه سیلیکونی روبات است تا مدارهای الکترونیکی بتوانند تحت فشار موجود در آب‌های عمیق نیز به خوبی کار کنند. وظیفه دیگر این گروه ساخت گوش‌‌های این روبات است تا به‌وسیله حسگرهای مافوق صوت بررسی اجسام مختلف را ممکن شود. برخلاف فناوری پیشین که در روبات‌های قبلی از آن‌ها استفاده شده‌بود، در فناوری جدید از امواج صوتی با فرکانس بالا استفاده می‌شود که در صورت برخورد به مانع منعکس و توسط حسگر ثبت می‌شوند. باتری‌های لیتیومی قدرتمند ساخته شده در انستیتوی فرانهوفر نیز که منبع انرژی روبات محسوب می‌شوند، در محفظه‌ سیلیکونی نگه‌داری می‌شوند. نمونه کنونی این روبات موشکی شکل دو متر طول دارد و به دو چشم، دو گوش، یک مغز، یک موتور و چند باتری مجهز است و پیش‌بینی می‌شود، این روبات در سال جاری میلادی در عمق شش‌هزار متری به خدمت گمارده شود.

 
شکل1- این روبات زیردریایی موشکی شکل نتیجه پژوهش‌های انستیتوی فرانهوفر است و می‌تواند در عمق شش هزار متری به کنکاش بپردازد (منبع عکس: انستیتوی فرانهوفر)

روی خشکی
نقش روبات‌ها در مواردی همچون آموزش کودکان تا چه اندازه می‌تواند پررنگ باشد؟ آیا کودکان این موجودات ساخت دست بشر را جدی خواهند گرفت؟ گروهی از پژوهشگران دانشگاه واشنگتن مشغول بررسی این موضوع هستند که نوزادان چگونه موجودات دارای حس و اندیشه را از موجودات بی‌جان تشخیص می‌دهند. نتایج این تحقیق که در شماره اکتبر/نوامبر نشریه شبکه‌های عصبی (Neural Networks) به چاپ رسید، نشان می‌دهد که چگونه نوزادان تشخیص می‌دهند که جسمی مانند روبات، دارای حس و هوشیاری است یا یک جسم بی‌جان محسوب می‌شود.

در این تحقیق، آن نوزادانی که تعامل اجتماعی روبات با انسان‌ها را دیدند، چهار برابر بیش از نوزدانی که این تعامل را ندیده بودند، نسبت به یادگیری از روبات رغبت نشان دادند. اندرو ملتزوف از نویسندگان مقاله مذکور می‌گوید: «وقتی نوزادان در متن تعاملات اجتماعی قرار بگیرند، موارد گوناگون را به بهترین وجه یاد می‌گیرند، اما پرسش این است که چه عاملی باعث می‌شود که نوزاد یک موقعیت خاص را موقعیت اجتماعی تلقی کند؟»

اوو خود پاسخ می‌دهد، تنها ظواهر امر کافی نیست، بلکه این حرکت و تعامل‌ با دیگران است که یک مورد خاص را برای نوزاد معنی‌دار می‌کند.فرضیه محققان دانشگاه واشنگتن این است که اگر نوزادان ببینند انسان‌ها با روبات‌ها تعاملات دوستانه‌ای دارند، روبات‌ها را به عنوان موجوداتی هشیار تصور خواهند کرد. ملتزوف علاوه بر این اظهار می‌دارد، نوزادان در این صورت نسبت به یادگیری موارد مختلف از روبات‌ها نیز راغب خواهند بود.

در این پژوهش 64 نوزاد هجده ماهه روی پای والدینشان می‌نشستند و توسط بروکز، یکی از محققان دانشگاه یک به یک مورد آزمایش قرار می‌گرفتند. آن‌ها چند دقیقه اول با یک اسباب‌بازی سرگرم می‌شدند تا به محیط آزمایش عادت کنند. وقتی نسبت به محیط احساس راحتی پیدا می‌کردند، بروکز حفاظی را که یک روبات آهنی در پس آن مخفی شده بود، کنار می‌زد. این روبات دارای بازو، پا، نیم‌تنه و یک سر مکعبی شکل بود که لنزهای دوربینش نقش چشم را بازی می‌کردند. روبات توسط یکی از پژوهشگران، از پشت صحنه حرکت داده می‌شد. بروکز با توجه به سناریوی از پیش نوشته شده از روبات می‌پرسید: آیا می‌خواهد بازی کند؟ سپس شروع می‌کرد به بازی کردن با روبات. سپس از روبات سؤال‌هایی را می‌پرسید که به طورمعمول از نوزادان پرسیده می‌شود: شکمت کجاست؟ سرت کدام است؟ و روبات به ترتیب به نیم‌تنه و سرش اشاره می‌کرد. بروکز پس از آن دست‌هایش را تکان می‌داد و روبات از او تقلید می‌کرد. به گفته بروکز نوزادان چنان مشتاقانه این صحنه را دنبال می‌کردند که سرهایشان همراه با حرکات آن‌ها مرتب به این سو و آن سو می‌رفت، گویی که دارند یک مسابقه پینگ پنگ را تماشا می‌کنند. بروکز پس از پایان این سناریوی نود ثانیه‌ای از اتاق خارج می‌شد، سپس پژوهشگران بررسی می‌‌کردند که آیا نوزاد روبات را چیزی فراتر از قطعات آهنی تصور می‌کند یا خیر.

 
شکل2- اندرو ملتزوف (سمت چپ) از سرپرستان انستیتوی علوم یادگیری و مغز دانشگاه واشنگتن و راجش رائو (سمت راست) دانشیار علوم و مهندسی کامپیوتر این دانشگاه به همراه آدم آهنی‌ای که از آن برای آزمایش تعاملات اجتماعی نوزادان استفاده شد (منبع عکس: دانشگاه واشنگتن)


روبات بوق‌های کوتاهی می‌زد و سرش را به آرامی و طوری که بتواند توجه نوزاد را به خود جلب کند، تکان می‌داد. سپس روبات سرش را به طرف یک اسباب‌بازی‌ که کنار میز نزدیک محل نشستن والدین و کودکان قرار داده شده بود، برمی‌گرداند. از هر شانزده نوزادی که بازی بروکز با روبات را دیده بودند، سیزده نوزاد نگاه روبات را دنبال کردند. گروه دیگری از نوزادان نیز به عنوان گروه کنترل درستی آزمایش انتخاب شده بودند و هر چند روبات به آن‌ها نشان داده بود، اما بازی بروکز با روبات را ندیده بودند. در این گروه فقط سه نوزاد از بین شانزده نوزاد به جایی که روبات می‌نگریست نگاه می‌کردند.

به گفته راجش رائو دانشیار علوم و مهندسی کامپیوتر و سرپرست آزمایشگاه سیستم‌های عصبی دانشگاه واشنگتن، این بررسی‌ها نشان می‌دهند که اگر بخواهیم روبات‌هایی بسازیم که انسان‌ها را همراهی کنند، صرف ساختن ظاهر انسانی برای آن‌ها کافی نیست. چنین روبات‌هایی باید بتوانند با انسان‌ها روابط اجتماعی برقرار کنند و این برای علم روباتیک یک چالش جالب محسوب می‌شود. چالشی که نشان می‌دهد همراه با توجه به ظرایف فنی‌ای که نقش روبات‌ها را در زندگی مردم پررنگ‌تر می‌کند، ظرایف اجتماعی نیز باید مورد توجه قرار گیرند.