هدف نهایی علم رباتیک کمک به انسان است. ربات‌ها در کارخانه‌ها و ساخت‌وساز وسایل به کمک انسان می‌آیند و زندگی ما را آسان‌تر می‌کنند. هرچه تکامل و قابلیت‌های ربات‌ها بیشتر شود تاثیر مستقیم آن‌ها بر زندگی محسوس‌تر خواهد بود مانند بیمارستان‌ها و مراکز توانبخشی. در آینده نه چندان دور ربات‌ها رابطه نزدیک‌تری با انسان خواهند داشت به گونه‌ای که سایبرنتیک (cybernetic) به توانبخشی افراد معلول کمک می‌کند. افراد نظامی دچار قطع عضو همین برنامه را برای کمک به بازیابی توانایی افراد معلول پیش گرفته‌اند.
معرفی برنامه HAPTIX
در سال ۲۰۱۴، سازمان پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی DARPA برنامه HAPTIX را با هدف ساخت دست مصنوعی که همانند دست واقعی حرکت کند و دارای حس لامسه باشد معرفی کرد.
داگ وبر (Doug Weber) مدیر برنامه HAPTIX می‌گوید: «ما باور داریم این برنامه می‌تواند تجربه حسی قوی را برای کاربر خود ایجاد کند به‌طوری که کاربر تمایل داشته باشد پروتز دست مصنوعی را تمام وقت بپوشد و آن را به عنوان عضوی از بدن خود بداند. اگر DARPA به هدف خود دست یابد، به تعهدش در بازگرداندن توانایی از دست رفته افراد دچار قطع عضو نزدیک‌تر می‌شود.»
سه گروه مجزا برای پروژه HAPTIX تلاش می‌کنند. موفقیت آن‌ها به این وابسته است که ترکیب دقیق و بهینه‌ای از سخت‌افزار و رابط کاربری و الگوریتم‌های کنترلی درکنار هم قرار دهند.
محیط شبیه‌سازی پروتزهای مصنوعی
بنیاد رباتیک متن باز (OSRF) یک نسخه سفارشی از شبیه‌ساز Gazebo را برای تیم HAPTIX فراهم کرد تا نرم‌افزارهای خود را بدون نیاز به سخت‌افزار آزمایش کنند که در واقع نوعی شبیه‌ساز برای مهندسان نرم‌افزار تیم HAPTIX به‌شمار می‌آید.
جان هسو (John Hsu) بنیانگذار و دانشمند ارشد بنیاد OSRF توضیح می‌دهد:«هدف این بنیاد فراهم کردن محیط شبیه‌سازی نزدیک به واقعیت پروتزهای مصنوعی برای مهندسان بیومکانیک است تا آن‌ها بتوانند کنترلگرهایی برای پروتزهای پیشرفته با درجه آزادی زیاد طراحی کنند. DARPA بازوی رباتیک Luke از شرکت DEKA را به عنوان پروتز دست مصنوعی پیشرفته در برنامه HAPTIX به کار گرفته است. در بازوی رباتیک Luke از رابط‌های کاربری ساده‌ای برای آزمایش پروژه استفاده شده است. با این حال هدف HAPTIX استفاده از رابط‌هایی است که سیگنال‌های ماهیچه و عصب را کنترل کنند و در مقابل به‌طور همزمان بازخورد حسی از ماهیچه و عصب دریافت کنند.
پس از ده سال فعالیت و ۴۰ میلیون دلار هزینه، بازوی رباتیک Luke سخت‌افزار بسیارپیشرفته‌ای است اما هنوز در ابتدای راه است. جان هسو خاطر نشان می‌کند: «بخش سخت‌افزاری ربات باید پیش از بخش نرم‌افزاری آماده شود. البته این دو بخش می‌تواند به‌صورت همزمان اجرا شود ولی سخت‌افزار نیازمند چرخه تکرار و آزمون طولانی‌تری است. زمانی‌که سخت‌افزار ربات آماده شد به تیم نرم‌افزاری پروژه سپرده می‌شود تا در کمترین زمان ممکن برنامه‌های نرم‌افزاری فراهم شود.»
هدف محیط شبیه‌سازی پروتزهای دست مصنوعی
دو دلیل مهم وجود دارد که یک محیط شبیه‌سازی قوی برای این پروژه موردنیاز است. به مهندسان نرم‌افزار پروژه امکان می‌دهد قبل از آماده‌سازی کامل سخت‌افزار، روی بخش نرم‌افزاری ربات کار کنند. همچنین توسعه نرم‌افزاری ربات را از بخش سخت‌افزار مجزا می‌کند. به این معنی که تعدادی مهندس نرم‌افزار به صورت موازی می‌توانند کار کنند در حالی که فقط یک قطعه سخت‌افزار وجود دارد.
طراحی و پشتیبانی نسخه Gazebo در پروژه HAPTIX، جنبه‌های متفاوتی دارد. شرکت OSRF افزون بر محیط شبیه‌سازی سفارشی برای این پروژه، دستگاه ضبط حرکت OptiTrack، عینک سه‌بعدی NVIDIA، یک مانیتور و جوی‌استیک سه‌بعدی و دفترچه راهنمایی که مشخص می‌کند این ابزارها چگونه با هم کار می‌کنند فراهم کرده است. نسخه سفارشی Gazebo از سخت‌افزارهای کنترل از راه دور متنوعی پشتیبانی می‌کند. همچنین برای نخستین‌بار کاربران می‌توانند با شبیه‌سازی از طریق برنامه‌نویسی ویندوز و نرم‌افزار متلب (MATLAB) در تعامل باشند. توسعه‌دهندگان پروژه HAPTIX با بهره‌گیری حسگرهای سه‌بعدی و سامانه‌های کنترل از راه دور، حرکت‌های فیزیکی دست و بازو را در محیط مجازی ترجمه می‌کنند تا مهندسان پروژه بتوانند آزمون‌های عملکرد ربات را در دنیای واقعی و شبیه‌سازی همزمان اجرا کنند. این محیط شبیه‌سازی به افراد قطع عضو نیز راهی قدرتمند و مقرون‌به‌صرفه ارائه می‌دهد تا چگونگی استفاده از پروتزهای دست مصنوعی را یاد بگیرند.
جان هسو می‌گوید: زمانی‌که بازوی رباتیک Luke برای پروژه HAPTIX فراهم شد وظیفه OSRF مهم‌تر خواهد بود چراکه این شانس را دارد عملکرد شبیه‌ساز را در مقایسه با واقعیت بررسی و در صورت لزوم اصلاح کند. بخش اعتبارسنجی شبیه‌ساز با اهمیت است. یکی از قطعات گمشده اعتبارسنجی شبیه‌سازها، داده‌های معتبر است. وقتی در حال کار بر روی شبیه‌ساز Gazebo برای پروژه رباتیک HAPTIX بودیم، ربات ATLAS دردسترس نبود. وجود بازوی رباتیک Luke شرکت DEKA فرصت بزرگی بود.» اعتبارسنجی فرایندی است که اطمینان می‌دهد دستورات ارسال شده به بازوی رباتیک شبیه‌سازی شده نتیجه یکسانی با ارسال همان دستورات به بازوی رباتیک واقعی دارد.
هسو توضیح می‌دهد: «ما دستورات یکسانی به دست مصنوعی شبیه‌سازی شده و پروتز واقعی ارسال کردیم که مشخص شود رفتار متفاوتی دارند یا خیر. اگر نتیجه متفاوت بود با تغییر مدل سعی بر مطابقت آن‌ها داریم.» هرچه تطابق بیشتر باشد برای تیم HAPTIX مفیدتر خواهدبود. هدف نهایی تیم این است که در واقعیت و روی سخت‌افزار اصلی جواب دهد. وجود شبیه‌ساز دقیق و کامل برای توسعه موثر نرم‌افزار ضروری است.
نسل اول بازوی رباتیک DEKA برای آزمون اعتبارسنجی به OSRF ارسال شده و تا پایان سال انتظار می‌رود سخت‌افزار آماده شود. شرکت OSRF نسخه‌هایی از شبیه‌ساز HAPTIX منتشرکرده است. همچنین OSRF ارتقای نرم‌افزار HAPTIX را ادامه می‌دهد تا همه ابزارهای لازم برای پیشرفت موثر این پروژه فراهم باشد.
چشم‌انداز پروژه HAPTIX
ابتدای سال ۲۰۱۷ فاز اول پروژه HAPTIX تکمیل خواهدشد. برای رسیدن به بهترین نرم‌افزار و سخت‌افزار پروژه تا فاز دوم ادامه خواهد یافت. هدف نهایی ساخت سامانه کاربردی HAPTIX است. DARPA امیدوار است که تا سال ۲۰۱۹ آزمایش‌های لازم انجام شود تا افراد قطع عضو بتوانند بازوی رباتیکی تهیه کنند که مانند دست واقعی عمل می‌کند و حس لامسه دارد.
درباره دست مصنوعی دارای حس بیشتر بخوانید:
>> ساخت دست مصنوعی که می‌تواند احساس کند
>>دست مصنوعی مجهز به فناوری یادگیری افزایشی
منبع: Robohub
