ربات انسان نما از تخیل تا واقعیت

به نظر می‌آید در روزگار کنونی ما اولین گام‌ها را برای ایجاد چنین نسلی از ربات‌ها برداشته‌ایم، برخی از افراد با دیدن چنین پیشرفت‌هایی در زمینه‌ی رباتیک هراسان شده و معتقدند اینگونه تحقیقات باید متوقف شود و برخی دیگر با دیدن آن‌ها به وجد می‌آیند.

ربات انسان نما چیست؟

ربات‌ انسان نما ( Humanoid robot) به ربات‌هایی گفته می‌شود که از لحاظ خصوصیت‌های ظاهری بسیار به انسان‌ها شبیه هستند. اینگونه ربات‌ها در محیط‌های انسانی و با ابزار ساخته شده توسط انسان می‌توانند تعامل داشته باشند، برای مثال جسمی را بردارند و یا در محیط کار  راه بروند.

در حالت کلی ربات‌ انسان نما از نظر ظاهری شبیه انسان و دارای سر، دو پا و دو دست هستند، در برخی از موارد هم اینگونه ربات‌ها علاوه بر موارد فوق دارای صورت، چشم و لب نیز هستند.

این ربات دارای سنسورها و الگوریتم‌های پیچیده‌ای است که باعث می‌شود ربات بتواند غیر از تقلید ظاهری از انسان، توانایی‌هایی مثل دیدن، شنیدن، یادگیری از محیط و همچنین دیگر توانایی‌های ذهنی انسان را نیز تقلید کند.

اهمیت ربات انسان نما

به نظر می‌رسد که جامعه آینده تاثیر زیادی از چنین ربات‌هایی بپذیرد و نقش مهمی در بخش‌های مختلف جامعه به این ربات‌ها داده شود.

از طرف دیگر ساختن ر‌باتی که شبیه به انسان باشد، برای محققین بسیار جالب بوده و به علت این که برای ساختن یک ربات انسان نما مجبور به استفاده از علوم مختلفی نظیر  مکانیک، الکترونیک، برنامه نویسی، هوش مصنوعی، ارتباط انسان و ماشین، زبان شناسی و غیره است، چنین مساله‌ای ذاتا یک مساله سخت به شمار می‌رود و تلاش‌های بسیاری برای حل کردن آن نیز انجام گرفته است.

تاریخچه ربات انسان نما

تحقیقات در این زمینه هم در صنعت و هم در دانشگاه‌ها انجام می شود. ژاپنی‌ها در دهه ۷۰ میلادی اولین ربات‌ انسان نما را ساختند که می‌توانست به زبان ژاپنی مکالمه کند و برخی حالت های چهره انسان را تقلید کند. در دهه ۸۰ اولین ربات‌هایی که روی دو پا راه می‌رفتند، معرفی شدند و در اواخر دهه ۹۰ شرکت هوندا با معرفی ربات‌های دوپای خود انقلابی در زمینه ربات‌های انسان نما به وجود آورد که باعث شد در ده سال گذشته این رشته از تحقیقات به سرعت در تمامی جهان گسترش یابد.

ویژگی ربات انسان نما

یکی از ویژگی‌های مهم ربات انسان نما راه رفتن روی دو پا است. حفظ تعادل ربات روی دو پا، کار سختی است که باعث می‌شود تا کنترل ربات نسبت به رباتی که روی دو چرخ حرکت می کند، بسیار مشکل شود. از طرفی حرکت بر روی دوپا قابلیت‌های زیادی نظیر بالا رفتن از پله ها و حرکت در محیط هایی که مخصوص آدمی ساخته شده‌اند را به ربات می‌دهد. از دیگر ویژگی‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• هوشمندی 
• قابلیت تشخیص اشیا
• شناسایی و تغییر صورت افراد
• قابلیت تکلم
• قابلیت شنوایی
• حرکت روی سطوح ناصاف

ساخت ربات انسان نما

ربات انسان نما حتی نام مشخص هم دارند مثلا Kodomodroid و Otonaroid  که Otonaroid یک ربات بزرگ سال است و Kodomodroid یک ربات کودک است.

این ربات‌ها شبیه به انسان هستند و از لحاظ ظاهری به طوری که وقتی در مقابل آنها می‌ایستید چهره آنها خیلی طبیعی است. برای ساختن این ربات‌ها جزئیات زیادی به کار رفته است مثلا از خمیر مخصوص برای قالب و طرح آن‌ها استفاده شده است و همچنین از سیلیکون برای طبیعی جلوه دادن صورت ربات‌ها استفاده شده است تا شبیه به پوست صورت انسان باشند.

نمونه‌هایی از ربات انسان نما

• آسیمو (ASIMO)

سخن به میان آوردن از ربات‌ انسان نما بدون اشاره به آسیمو غیر ممکن است زیرا اولین رباتی محسوب می‌شود که تصورات ما از اینگونه ماشین‌ها را به واقعیت نزدیک تر نمود. آسیمو نامش برگرفته از نوآوری در جنب و جوش (Innovative MObility) است و قدش تنها ۹۱.۴ سانتی متر بود.

در بحث های سخت افزاری این ربات دارای سنسورهای گوناگون  است و با یکبار شارژ می‌تواند چندین ساعت کار کند و دارای ۵۷ درجه آزادی در جهات مختلف است. آسیمو قادر است از پله‌ها بالا و پایین برود و اشیا را با دست بردارد  و البته از همه مهم تر اولین رباتی محسوب می‌شود که توانسته دویدن را با سرعت ۶ کیلومتر بر ساعت شبیه سازی نماید.

قابلیت‌های نرم افزاری ربات مورد بحث نیز جالب هستند، آسیمو می‌تواند به فرمان‌های صوتی پاسخ بدهد و سر خودش را به سمت سر و صداهای ایجاد شده در اطرافش بچرخاند. ژست حرکتی دست دادن را شناسایی و آن را شبیه سازی نماید، از محیط اطرافش نقشه تهیه کرده و دیگران را برای رسیدن به نقطه مورد نظر در این محیط هدایت کند.

آسیمو بهترین و قوی ترین ربات ارائه شده در این زمینه نیست و هنوز در انجام برخی از قابلیت‌ها و وظایف اساسی‌اش دچار مشکل می‌شود. در ویدیویی که در ادامه آمده است می‌توانید ضعف آسیمو در بالا رفتن از پله را مشاهده نمایید.

نسخه ی مدرن تر  و جدیدتر آسیمو بسیاری از قابلیت های قبلی را تکرار کرده است ولی در مجموع می‌توان گفت آسیمو تکامل یافته و قابلیت های بیشتری پیدا کرده است. اما برخی از ضعف‌های آن نیز جدی هستند مثلاً در سطوح ناهموار ممکن است دچار عدم تعادل شود، در برخورد با اشیا و متغیرهای از پیش تعریف نشده نمی‌تواند واکنش به خصوصی داشته باشد و سیستم حفظ تعادلش نیز ضعف هایی را دارا بوده است.

در این ویدیو می‌توانید بخشی دیگر از عملکردهای آسیمو را مشاهده نمایید.

• پتمن (Petman)

پتمن محصولی است از بوستون داینامیکس (bostondynamics) که قبلاً یکی از زیر مجموعه‌های وزارت دفاع ایالات متحده بود و اخیراً توسط گوگل با رقمی بسیار بالا خریداری شده است. هدف اولیه از طراحی این ربات بررسی و آزمایش لباس‌های عایق در برابر مواد شیمیایی که برای ارتش طراحی شده بودند محسوب می گردید.

پت من بسیاری از قابلیت‌های آسیمو را ندارد (دست های تکامل یافته، پوسته ی ظاهری جذاب تر و…) ولی پاهایی بسیار قدرتمند در حفظ تعادل داراست که به وی کمک می‌کنند بسیار شبیه انسان راه برود و حتی در پیاده روی بر روی سطوح ناهموار نیز مشکلی نداشته باشد.

این ربات قادر است کمی از آسیمو سریعتر بدود و چون انرژی اش را از یک موتور که با گاز کار می‌کند تامین نماید می‌تواند مدت زمان بیشتری را نیز به پیاده روی و دویدن بپردازد. می‌توانید برخی از قابلیت‌های جالب پت من را در ویدیو زیر مشاهده نمایید.

• نائو (NAO)

نائو رباتی است که با فسلفه‌ای مشابه آسیمو پدید آمده که سخن گفتن، راه رفتن، کنترل دقیق روی اعمال از جمله توانایی‌هایش محسوب می‌گردند. تفاوت اصلی نائو با نسخه مشابه خود یعنی آسیمو در این است که تلاش شده این ربات بسیار کوچک تر طراحی شود و قابل توسعه و ارزان‌تر نیز باشد. “حال اگر ۸ هزار دلار ناقابل دارید  و میخواهید آن را خرج یک پروژه ی سرگرمی جدید بکنید نائو گزینه ی مناسبی خواهد بود.”

نائو مجموعه ای از سنسورهای دقیق است، دست‌های توانمندی دارد و توانایی مانورهای بالایی را نیز داراست. علاوه بر این هر کسی می‌تواند در توسعه ی این ربات شریک شده و اپلیکیشن دلخواه خودش را نوشته و بر روی آن به اجرا در بیاورد. نرم افزار نائو پی در پی در حال هوشمند تر شدن است و جالب است بدانید ربات مذکور پلتفرم رسمی مسابقات فوتبال رباتیک نیز محسوب می‌گردد.

از نائو برای آموزش رفتارهای اجتماعی به کودکان و برخی موارد آموزشی دیگر استفاده می‌شود و یکی از قابلیت‌های نائو ایجاد ارتباط با ربات‌های مشابه خودش است. در ادامه می‌توانید در ویدیویی با توانایی‌های این ربات را آشنا شوید.

• مارتین کلی (Martin Kelly’s Head)

نائو و پتمن هر دو ربات‌های بسیار جذابی هستند ولی شباهت چندانی به چهره ی واقعی انسان ندارند.شکست‌هایی که در طول آزمایش‌های قبلی رخ داد سبب شده‌است که ربات جذابی با عنوان مارتین کلی  پدید بیاید. چشم های این ربات به شکل عجیبی زنده به نظر می رسند و واکنش هایی که توسط چهره اش ایجاد می شوند دقیقاً مانند یک انسان هستند.

ویدیویی که در ادامه آمده عملکرد این ربات در شبیه سازی واکنش‌های چهره انسان را نشان می‌دهد و توصیه می کنم اگر می‌خواهید شگفت‌زده شوید حتماً آن را ببینید.

• اطلس (Atlas)

پس از موفقیتی که توسط پتمن نصیب کمپانی سازنده آن یعنی بوستون داینامیکس گردید آن‌ها تصمیم گرفتند هسته اصلی تکنولوژی این ربات را به یک پلتفرم تکامل یافته بدل نمایند و توسعه ی بیشتری روی آن اعمال کنند. نتیجه بدست آمده، رباتی بود تکامل یافته با نام اطلس که می‌توانست در سطوح مختلف و در شرایط دشوار گوناگون پیاده روی نماید.

اطلس قادر است بر روی سطوحی که بخشی از آن خالی و بخشی دیگر پر است راه برود، همچنین اگر ضربه‌ای به صورت ناگهانی به وی وارد شود کماکان تعادل خودش را حفظ می‌نماید، از روی موانع می‌پرد و در صورتیکه پاهایش دچار عدم توازن در حین راه رفتن شوند باز هم تعادل خودش را حفظ کند.

هدف اصلی از طراحی اطلس بکارگیری در عملیات‌های جستجو و نجات است و به همین علت برای آن دست‌های مفصل‌دار و بدنه ای پر از سنسورهای دقیق در نظر گرفته شده تا در حفظ تعادل بی نظیر باشد. اما شکل ظاهری اطلس  به خاطر پیچیدگی سخت افزاری بیش از حدش کمتر شبیه انسان است. در ادامه ویدیویی از اطلس و توانایی‌هایش را مشاهده می‌نمایید.

• سورنا (Surena)

تیم مرکز سیستم‌ها و فناوری‌های پیشرفته دانشکده مهندسی مکانیک پردیس دانشکده‌های فنی دانشگاه تهران با دستیابی به دانش طراحی، ساخت و برنامه ریزی ربات‌ انسان‌نما اقدام به طراحی و ساخت ربات انسان‌نمای سورنا ۱ نمود.

سورنا ۱ تنها به عنوان نمادی برای اعلام آغاز پروژه طراحی، ساخت و هوشمندسازی ربات انسان‌نما در سال ۱۳۸۷ ارائه شد. این ربات ۱۶۵ سانتی‌متر قد و ۶۰ کیلوگرم وزن دارد و از قابلیت حرکت بر روی مسیر از قبل تعیین شده توسط موتورهای DC و سیستم مسیریاب و همچنین، حرکت و فعالیت به صورت دستی از طریق اپراتور برخوردار بوده است.

 سورنا در دو پروژه دیگر تا به حال ادامه یافته است که نتیجه آن ساخت ربات سورنا ۲ و سورنا۳ بوده‌است.

سورنا ۳ با قدی برابر با ۱۹۰ سانتی متر و وزنی در حدود ۹۸ کیلوگرم در زمره ربات های انسان نما با اندازه واقعی انسان بالغ قرار می گیرد. این ربات در مقایسه با سورنا ۲ پیشرفت‌های قابل ملاحظه‌ای داشته است به طوری که تعداد درجات آزادی از ۲۲ درجه در سورنا ۲ به ۳۱ درجه در سورنا ۳ افزایش یافته است. از این تعداد ۱۲ درجه آزادی در پاها، ۱۶ درجه آزادی در دست‌ها، ۲ درجه آزادی در گردن و یک درجه آزادی در کمر این ربات قرار دارد.

جمله قابلیت هایی که به نسل سوم ربات سورنا ۳ اضافه شده است می‌توان به حرکت به روی سطوح ناصاف، حرکت به روی سطوح شیب دار، بالا و پایین آمدن از پله اشاره کرد. همچنین دور زدن با شعاع دلخواه و دور زدن درجا از دیگر قابلیت‌های حرکتی این ربات به شمار می‌رود.
سورنا ۳ قادر است از هر دو طریق بینایی و شنوایی با محیط ارتباط برقرار کند و قابلیت صحبت کردن به صورت محدود را دارد.

منبع: خط مهندسی