تاریخ آخرین ویرایش : سه شنبه،7-11-1399
تعداد بازدید :17

ساخت روبات های هوشمند با شبیه سازی رایانه ای

درباره آینده روبات‌ها پیشگویی‌های جالبی شده است. برای مثال کره جنوبی در سال ۲۰۰۷ پیش‌بینی کرده بود که بین سال‌های ۲۰۱۵ و ۲۰۲۰ هر شهروند کره‌ای و بسیاری از خانواده‌های اروپایی در خانه خود یک روبات خواهند داشت. همچنین در همین سال اعلام کرده بود که در سال ۲۰۱۸ روبات‌های جراح بر سر کار خواهند آمد. هر چه روبات‌ها باهوش‌تر باشند، انسان‌ها و به‌ویژه سازندگان آنها خرسندتر می‌شوند. بر اساس محاسبات پروژه «تِک کَست»، در سال ۲۰۲۲ روبات‌های هوشمندی در بین ما خواهند بود که می‌توانند محیط پیرامون خود را حس کنند، تصمیم بگیرند و در ۳۰ درصد از خانه‌ها و سازمان‌ها حضور فعال داشته باشند.
مثال دیگر، پیش بینی شرکت «آی روبات» (iRobot)است که بر اساس آن در سال ۲۰۳۴ روبات‌ها بیشتر کارهای خانه را انجام خواهند داد. وزارت دفاع ایالات متحده نیز در سال ۲۰۰۶ پیش‌بینی کرد که در سال ۲۰۳۵ نخستین روبات سرباز تمام خودران و هوشمند وارد صحنه نبرد خواهد شد.
شاید اگر قرار باشد روباتی واقعاً به درد انسان‌ها بخورد، باید بتواند اشیاء را از جا بلند کند، آنها را در دست نگه داشته و از آنها استفاده کند یا این که توانایی قرار دادن قطعات در کنار هم و ساختن یا تعمیر کردن یک وسیله به‌خصوص را داشته باشد. ساخت روباتی با این ویژگی‌ها مستلزم ادغام حوزه‌های فنی مختلف است که کار آسانی نیست.
خوشبختانه در «دانشگاه لیهای» در ایالات متحده عده‌ای پژوهشگر هستند که نگاه متفاوتی به روبات‌ها و توانایی‌هایشان دارند. آنها روی پروژه‌هایی کار می‌کنند که چالش‌های بزرگ فنی را می‌طلبند. یکی از این پروژه‌ها ابداع یک رویکرد تازه برای طراحی و ساخت روبات‌های نرم است که آینده همکاری انسان و ماشین را رقم می‌زند. این رویکرد برگرفته از حرکات عضلات طبیعی جانوران است؛ زبان زرافه، بازوهای هشت پا و خرطوم فیل از جمله ساختارهای نرم جانوری هستند که توجه پژوهشگران را به خود جلب کرده‌اند. ساخت اجزای روباتیکی شبیه به این اندام‌ها با رویکرد شبیه سازی رایانه‌ای میسر می‌شود.
با شبیه سازی رایانه‌ای دقیق و اصولی، مهندسین و طراحان روباتیک ایمن‌تر، سریع‌تر و با صرف هزینه کمتر اقدام به طراحی روبات‌های آینده می‌کنند؛ روبات‌هایی که ارتقاء یافته هستند و بدون خطر و با راندمان بالا وظایف خود را انجام می‌دهند.
تلاقی مهندسی روباتیک، یادگیری ماشین و شبیه‌سازی مبتنی بر دانش فیزیک، ظهور روبات‌هایی را امکان پذیر می‌کند که ایده‌آل سازندگان و طراحان هستند. پرسش مهم این است که مرحله گذار از بحث و جدل آکادمیک به فناوری روباتیکی که با کمک شبیه‌سازی رایانه‌ای پا به عرصه وجود می‌گذارد چگونه اتفاق خواهد افتاد؟
سرمایه‌گذاری کافی، همکاری، رقابت و گردآوری مدل‌ها و «کدهای منبع» (source code)معتبر، عبور از مرحله گذار را تسریع خواهند کرد. چند دهه طول کشید تا صنایع هوانوردی و خودروسازی با فناوری دیجیتال همسو شوند. این تجربه کمک می‌کند تا شبیه‌سازی رایانه‌ای به جای چند دهه، در عرض چند سال موفقیت‌های تحسین برانگیزی را در طراحی روبات‌های هوشمند به ارمغان بیاورد.
آماده‌سازی شبکه عصبی روبات
پژوهشگران دانشگاه لیهای پروژه روباتیک نرم را با همکاری دانشگاه‌های یِیل، واشنگتن و براون آغاز کرده‌اند. آنها با استفاده از مدل‌های ریاضیاتی و تکنیک‌های تعریف شده در علوم رایانه مانند الگوریتم‌های جستجو، در صدد ساختن یک سیستم رایانه‌ای هستند که به روبات بگوید چگونه حرکت کند. نمونه آشنای این ایده، روبات ـ جاروبرقی رومبا است که به طور خودران روی زمین حرکت می‌کند و دارای سیستم برنامه ریزی مشخصی است.
در این جاروبرقی هوشمند همان فناوری‌هایی به کار رفته که پژوهشگران پروژه روباتیک نرم از آنها استفاده می کنند. روبات جاروبرقی‌های رومبا می‌دانند که دیواری در مقابلشان است. آنها یک نقشه داخلی دارند که تضمین می‌کند می‌توانند بدون برخورد به اشیاء و موانع در همه جای خانه حرکت کنند.
این نقشه درونی مانند مغز انسان عمل می‌کند. مغز ما سیگنال‌هایی به عضلاتمان می‌فرستد و عضلات ما متناسب با کاری که می‌خواهیم انجام دهیم کوتاه، بلند، منقبض یا منبسط می‌شوند. سیستم رایانه‌ای پروژه روباتیک نرم نیز کار مشابهی را انجام می‌دهد. بدین ترتیب آنها می‌توانند یک خرطوم فیل بسازند که متشکل از صدها یا هزاران واحد ماژولار است.
پژوهشگران برای ساخت اندام‌های نرم روباتیک به دقت ساختار بیولوژیک اندام‌های نرم جانوران را مورد مطالعه قرار داده‌اند. آنها می‌خواهند ببینند سلول‌های ماهیچه‌ای چگونه هماهنگ با تاندون‌ها (زردپی) و دیگر بافت‌ها عمل می‌کنند تا حرکات شکل بگیرند. سپس با استفاده از این داده‌های بیولوژیکی، یک خرطوم فیل را در رایانه شبیه‌سازی می‌کنند. اجزای خرطوم و اتصالات آن با خطوط متقاطع و رنگی مشخص می‌شوند. به عنوان مثال، خطوط قرمز نمایانگر سلول‌های ماهیچه‌ای فعال هستند و خطوط خاکستری، چربی و بافت‌های اتصال دهنده را نشان می‌دهند.
آنها با استفاده از یک ابزار شبیه ساز، مدل‌های ریاضیاتی را اِعمال می‌کنند تا به عضو شبیه‌سازی شده تعلیم دهند به دور یک شی ء مجازی، برای مثال یک دایره بپیچد. این شیء دایره‌ای شکل تداعی کننده یک دیسک سه بعدی است.
پژوهشگران به منظور طراحی مغز یا نقشه‌ای که در نهایت به روبات سه بعدی فرمان می‌دهد چگونه حرکت کند، از تکنیک‌هایی استفاده می‌کنند که در ساخت شبکه‌های عصبی مصنوعی به کار می‌روند؛ به عبارتی دیگر، نوعی یادگیری ماشین که روی مغز انسان مدل‌سازی شده است. این شبکه‌های عصبی به دنبال فرایندی که شبیه به فرایند یادگیری در انسان است با کمک داده‌ها تعلیم داده می‌شوند. داده‌ها از طریق روندی که مشابه روش آزمون و خطا است به این سیستم عصبی مصنوعی آموزش می‌دهند.
برای این که خرطوم شبیه‌سازی شده حلقه شود، دایره را بردارد و به قسمت دیگر صفحه نمایش منتقل کند چند مرحله و فرایند آزمون و خطا پشت سر گذاشته می‌شوند و در این حین سیستم آن‌چه را که لازم است فرا می‌گیرد.
در واقع این سیستم چیزی را بلد نیست، در نتیجه زمانی که رشته‌های ماهیچه ای به یک سو جمع می‌شوند از پیش نمی‌داند چگونه قرار است حرکت کند، اما شبکه عصبی می‌داند که اگر تغییری در رشته‌های ماهیچه‌ای خود به وجود آورد، به شکل مشخصی حرکت خواهد کرد و سرانجام با تلاش‌های خود صفحه مدور را در محل مناسب قرار خواهد داد.
این فرایند را می‌توان به عمل چهار دست و پا راه رفتن یک کودک تشبیه کرد. زمانی که کودک می‌خواهد نحوه خزیدن روی زمین را یاد بگیرد، در ابتدا حرکاتی را انجام می‌دهد که نتیجه‌ای نخواهند داشت، اما بعد از مدتی و با تلاش های بیشتر بالاخره لحظه‌ای فرا می‌رسد که ناگهان در می‌یابد چگونه مشکل را حل کند، یعنی چگونه چهار دست و پا روی زمین حرکت کند. کودک بالاخره این عمل را انجام می‌دهد، چون شبکه عصبی اش از روی تجربه آن را فرا گرفته است.

روزنامه اطلاعات



نظرات:

برای ارسال نظر جدید ابتدا باید وارد سایت شوید