امروزه بسیاری از ربات‌های انسان‌نمای پیشرفته می‌توانند بر سطح‌ هموار و سطح شیب‌دار راه بروند، از پله‌ها بالا و پایین بروند، از سطح ناهموار عبور کنند و برخی حتی می‌توانند پرش کنند. با وجود پیشرفت‌های بسیار، ربات‌های دوپا هنوز چابکی و کیفیت عملکرد انسان و حیوانات را ندارند. مهندسان رباتیک در تلاش هستند رباتی دوپا توسعه دهند که در راه رفتن، توانایی انسان و حیوانات را داشته باشد. در بخش نخست به معرفی نسل جدید ربات‌های دوپا و نخستین ربات ساخت آزمایشگاه Dynamic Robotics پرداختیم. در این بخش، ربات‌های Cassie و Digit ساخت آزمایشگاه Dynamic Robotics و شرکت Agility Robotics را معرفی می‌کنیم. با مجله‌ی فناوریهای توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

ساخت ربات Cassie با الهام از پاهای شترمرغ

برای راه رفتن بر سطح‌های پیچیده، در سامانه‌ی حرکتی پای ربات Cassie، پنج موتور و دو فنر تعبیه شده است. Cassie مشابه ATRIAS طراحی و از هر جنبه‌ای از طراحی با هدف توانایی راه رفتن بر سطوح هموار و ناهموار بهینه شده است. از اهداف ساخت Cassie، توانایی دویدن در محیط‌هایی مانند جنگل، توانایی راه رفتن بر سطح سخت، افزایش بازدهی توان مصرفی و حرکت بدون نیاز به تسمه‌ی کمکی است.

در ربات ATRIAS از دو موتور برای پیاده‌سازی مکانیزم چهارمیله‌ای (four-bar linkage) در هر پا استفاده شده بود. این مکانیزم باعث کاهش توده‌ی جرم ربات می‌شد اما مقدار انرژی مصرفی زیاد بود. در ربات Cassie با تغییر روش پیاده‌سازی هر پا اندازه‌ی موتورها کاهش و بازدهی توان ربات نیز افزایش یافت. در واقع ربات Cassie با الهام از پاها و نوع حرکت شترمرغ طراحی شده است.

پاهای این ربات، پنج درجه‌ی آزادی دارد یا به عبارت دیگر در پنج محور حرکتی مختلف می‌تواند حرکت کند. برای هر محور حرکتی یک موتور درنظر گرفته شده است. مفصل ران ربات همانند پاهای انسان دارای سه درجه‌‌‌ی آزادی است. دو موتور دیگر در زانو و پای ربات تعبیه شده است. Cassie در ساق پا و مچ پا نیز دارای آزادی حرکت است. در این بخش‌ها موتور قرار داده نشده و تنها به صورت غیرفعال با کمک فنر هدایت می‌شوند. آزادی حرکت در ساق و مچ پا، توانایی راه رفتن بر سطوح پیچیده‌ای که حتی پای انسان نیز قادر به حرکت بر آن نیست، فراهم می‌کند.

بر خلاف ATRIAS که تنها با محاسبه‌ی گشتاورهای برابر و مخالف یکدیگر دو موتور هدایت می‌شد. در ربات Cassie برای حرکت در هر جهت، از سامانه‌ی کنترلی پیچیده‌تر برای محاسبه‌ی مجموعه‌ای از گشتاورها به ازای هر موتور استفاده شده است. سامانه‌ی کنترلی به هر دو پارامتر اینرسی پاها و دینامیک موتور و گیربکس‌ها برای هدایت پا توجه می‌کند. با وجود پیچیده‌تر شدن سامانه‌ی کنترلی، عملکرد ربات بهبود یافت و ربات توانایی اجرای طیف گسترده‌ای از حرکت‌ها را پیدا کرد. سرعت حرکت ربات Cassie حدود ۵ کیلومتر بر ساعت است. توان مصرفی ربات به ازای هر ساعت در ایستادن ۱۰۰ وات و در راه رفتن حدود ۳۰۰ وات است. یک باتری لیتیوم یونی، مقدار انرژی مصرفی ربات در ۵ ساعت فعالیت پیوسته را فراهم می‌کند.

یکی دیگر از تفاوت‌های Cassie با ATRIAS، توانایی ایستادن آن بدون حرکت پیوسته‌ی پاها است. وزن Cassie برابر با ۳۱ کیلوگرم و تقریبا نصف وزن ATRIAS است. جنس پاها آلومینیوم و فیبر کربن است. پوششی محافظ از جنس آکریلیک- پی وی‌سی کلرید (acrylic-polyvinyl chloride) بر ربات قرار گرفته است که از ربات در هنگام سقوط و برخورد با سطوح محافظت می‌کند.

این ربات هنوز توانایی دویدن در جنگل ندارد اما در محیط‌های بیرونی همچون زمین خاکی، زمین چمن و مسیرهای پوشیده از برگ می‌تواند راه برود. در ربات Cassie رفتار دینامیکی ربات در کنار برنامه‌ریزی حرکت ربات (motion planning) مورد توجه قرار گرفت تا ربات بتواند از پله‌ها بالا برود.

آینده‌ی تحویل کالاها و ربات دوپای Digit

ربات Digit جدیدترین ساخته‌ی شرکت Agility Robotics افزون بر دوپا، دارای مجموعه‌ای از حسگرها و دو بازو است. از ویژگی‌های مهم این ربات، افزودن بازو به آن است. حرکت بازوها هماهنگ با راه رفتن ربات تعادل و پویایی آن را افزایش می‌دهد. همچنین در هنگام افتادن ربات، بازوها به ربات کمک می‌کنند که تعادل خود را حفظ کنند و به حالت نخست خود بازگردند. ویژگی متفاوت ربات Digit با Cassie، مفهوم integrated perception است. مجموعه‌ای از حسگرها از جمله حسگر لیدار (LIDAR) به ربات افزوده شده است. لیدار، فناوری سنجش از راه دور، داده‌های محیطی را جمع‌آوری می‌کند تا ربات بتواند درک بیشتری از موانع موجود در مسیر داشته باشد. توسعه‌ی ربات‌های دوپا همچون Digit دنیا را دگرگون خواهند کرد. تاثیر ربات‌های دوپا در آینده به اندازه‌ی تاثیر حضور خودروها در زندگی انسان‌ها و تغییر سبک زندگی خواهد بود. ربات‌های دوپا استراتژی ارسال و تحویل کالاها را تغییر خواهند داد.

در آینده‌ی نه چندان دور، خودروهای خودران جایگزین خودروهای کنونی خواهند شد و همچنین شرکت‌های همسفری آنلاین همانند اوبر (Uber) و لیفت (Lyft) با کمک خودروهای بدون راننده به حمل و نقل افراد در سطح شهر در زمان‌های ترافیک خواهند پرداخت. در طول شب نیز خودروهای این سامانه‌های حمل و نقل هوشمند به انتقال بسته‌ها از انبارها و فروشگاه‌ها به در خانه‌ی مشتریان خواهند پرداخت. اما چه کسی قرار است بسته‌های کالاها را از خودروی بدون راننده به در خانه برساند؟ ربات‌های دوپا در آینده نقش تحویل کالاها را خواهند داشت. اگرچه ممکن است ربات‌های پرنده یا ربات‌های چرخدار نیز چنین نقشی را بتوانند ایفا کنند اما در دنیایی که برای دوپایان طراحی شده است ربات‌های دوپا به عنوان بسترهای مناسب ارائه خدمات شناخته می‌شوند.

تحویل کالا بدون نیاز به انسان و با کمک ربات، به صرفه جویی در زمان و انرژی افراد کمک خواهد کرد. از سوی دیگر، ربات‌های دوپا برای اجرای عملیات در مکان‌های خطرناک جایگزین مناسبی خواهند بود. با حضور ربات‌ها در آتش‌سوزی جنگل‌ها داده‌های واقعی از شرایط جنگل‌ها در اختیار گذاشته می‌شود. برای نجات انسان‌ها در خانه‌های دچار حریق و مناطق خطرناک مانند نیروگاه‌های هسته‌ای و دسترسی به مکان‌های صعب‌العبور نیز کاربرد دارند.

در همین زمینه بخوانیم:

>>آشنایی با نسل جدید ربات‌ های دوپا (بخش نخست)
>>بهبود توانایی یادگیری کودکان اوتیسم با ربات QTrobot

منبع: spectrum.ieee

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»