روبوت
الانسالة (الإنسان الآلي أو الروبوت) إنگليزية: Robot عبارة عن أداة ميكانيكية قادرة على القيام بفعاليات مبرمجة سلفا ويقوم الروبوت بإنجاز تلك الفاليات إما بإيعاز وسيطرة مباشرة من الإنسان او بإيعاز من برامج حاسوبية والفعاليات التي تبرمج الانسالة على أداءها عادة تكون فعاليات شاقة او خطيرة مثل البحث عن الألغام والفضاء الخارجي وتنظيف الفضلات الناتجة في المفاعلات النووية . تم تقديم كلمة روبوت لأول مرة في مسرحية الكاتب المسرحي التشيكي كارل كابك عام 1920 .و كان عنوان المسرحية وقتها رجال آليون عالميون . وهي تعني في اللغة التشيكية تعني العمل الشاق رغم أن كارل هو أول من استعمل هذه الكلمة، لكن ليس من اخترعها، بل أخوه جوزيف الذي اشتقها مساعدة منه لأخيه من الكلمة التشيكية "Robota" والتي تعني السُخرة أو العمل الجبري . من هذا التاريخ بدأت هذه الكلمة تنتشر في الكتب و أفلام الخيال العلمي الأولى التي أعطت فكرة و تصور علمي عن هؤلاء الرجال الآليون الذين سيغزون العالم. و أعطت أفق كبير ووعود عظيمة للإنسان الأعجوبة الذي سيتدخل في أمور كثيرة و أهمها الصناعة .
وضع الكثير من الدراسات و التوقعات عن هذا الإنسان الآلي التي فشلت فيما بعد . و لكن بعد الكثير من وضع التصاميم الجيدة و الانتباه الجاد إلى الكثير من التفصيلات و الأمور الدقيقة ، نجح المهندسون في تقديم أنظمة آلية متنوعة للكثير من الصناعات المتوقعة في المستقبل القريب . و اليوم و بسبب التطور الهائل للحواسيب و الذكاء الإصطناعي و التقنيات و الهوس في تطوير البرامج الفضائية فنحن على حافة إنجاز كبير آخر في مجال علوم تصميم الانسالات . إذ أن الانسالة هو مناول قابل للبرمجة ثانية و يستطيع القيام بمهام عديدة و يخصص لتحريك مواد ، أجزاء ،و أدوات أو ماكينات معينة عبر حركات مختلفة البرمجة لأداء عدد من المهام.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
نظرة عامة للانسالة
هناك جدل حول التعريف الدقيق للانسالة فلا يعتبر البعض سيارة او طائرة ذو تحكم بعيد انسالة لعدم إمتلاكها وسيلة التفكير وإتخاذ القرار بنفسها ويورد البعض مثالا بانه اذا كان بإستطاعة الانسالة ان تنفذ برنامج معد سلفا بإبتعادها عن حاجز خطوتين إلى الوراء على سبيل المثال والإتجاه نحو اليمين او اليسار و الإستمرار بالتقدم فإن هذا يمكن إعتباره انسالة حقيقية. [1]. الفكرة في هذا الجدل ان الانسالة الحقيقية حسب إعتقاد البعض يجب ان تمتلك ذكاء اصطناعي ولها القدرة على تمييز الأنماط والتعرف على النظم و الإستدلال والإستنتاج ومع التطور يبدوا ان هناك ترتيبا طبقيا حتى في الروبوتات فهناك الروبوت الثابت العامل وهناك المتحرك المرن وهناك الطبقة الذكية الشبه مستقلة القادرة علىالتعلم .
هناك انواع عديدة من الانسالات منها انسالات صناعية والتي هي عبارة عن اجهزة أتوماتيكية يمكن تطويعها و إعادة برمجتها ويستعمل لأغراض عديدة بإمكانها الحركة على ثلاثة محاور او اكثر ويستعمل هذا النوع في الشركات الصناعية الكبرى لغرض لحم المعادن و الصباغة والكوي وإلتقاط ونقل اجسام ومراقبة جودة او صلاحية جودة الناتج النهائي للمصنع قبل التصدير وهذه الروبوتات مبرمجة عادة لتنفيذ مهامها بصورة سريعة و مكررة و دقيقة [2] وتم لاحقا إضافة مايسمى الالرؤية الحاسوبية Computer vision لهذه الروبوتات مما جعلتها تتمتع بنوع من الإستقلالية و المرونة في تنفيذ المهام المبرمجة بقدرتها على فهم وتحليل الصور التي تستقبلها في حاسوب خاص مثبت في الروبوت [3].
هناك روبوتات قادرة على الحركة و الإنتقال ومنها طائرة بدون طيار ، البريداتور والطائرات ذات التحكم الذاتي التي تستعمل شبكات عصبونية اصطناعية مثلا [4] و يعتبر الروبوتان اللتان ارسلتهما ناسا في عام 2004 إلى سطح المريخ من اشهر الروبوتات المتحركة [5]. هناك روبوتات قادرة على إعادة تجميع نفسها بصورة شبه مستقلة على سبيل المثال تصغير حجمها للمرور خلال نفق ضيق وهذه الروبوتات تحوي في نموذجها على عدة روابط مع وحدة المعالجة المركزية و ومستقبلات الإيعزات و الذاكرة وهذه الروبوتات قادرة على بعض الحركات الشبه مطاطية لإحتواءها على وحدة مرنة إما عن طريق تحويل طاقة الهواء المضغوط في إسطوانات إلى حركات خطية او دورانية يتم الحركة بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية وهناك اساليب متطورة اخرى عديدة ومنها اسلوب أداة المرآة الدقيقة الرقمي Digital micromirror device التي ظهرت لأول مرة في عام 1987 وكانت فكرتها نصب عدة آلاف مرايا دقيقة وصغيرة جدا في الروبوت تتجاوب مع عنصر الصورة لإضافة مرونة اكثر في حركة وردة فعل الروبوت [6] ، [7].
هناك أنواع من الروبوت يقوم بالأعمال المنزلية ، و يعلم الأطفال و يلعب الشطرنج. هذا النوع من الروبوتات يطلق عليها تسمية الروبوت الإجتماعي Social robot وهي تتميز بدرجة عالية من الإستقلالية ولايمكن إطلاق مصطلح الربوت الإجتماعي على الأداة التي يتحكم بها الإنسان من بعيد ويجب على الروبوت الإجتماعي النجاح في إختبارين رئيسيين لتصنيفه بروبوت إجتماعي:
- اختبار تورنج : وهو إختبار لمعرفة ما إذا كان يمكني تسمية النظام الروبوتي بالنظام الذكي. وضع هذا الإختبار عالم الرياضيات البريطاني آلان تورنج (1912 - 1954) وهو عبارة عن حوار مع الربوت واذا لم يستطع المختبر الجزم 100% من ان رسالة الجواب كانت من الإنسان او من الروبوت فان الأختبار يعتبر ناجحا و الروبوت ذكيا. [8].
- إختبار إسحاق أسيموف وهو مدى إلتزام الروبوت بما يسمى قوانين الروبوت laws of robotics وهي
- يجب ألا يتسبب الروبوت في حدوث أي أذى للإنسان البشري.
- يجب أن يطيع أوامر الإنسان البشري إلا إذا تعارضت مع القانون الأول.
- يجب أن يدافع عن نفسه إلا إذا تعارض مع القوانين الأول و الثاني [9].
نادرا ما يكون الروبوت في شكل إنسان بشري. و يمكن القول بأن الروبوت هو جهاز أو آلة يمكنها أن تحل محل الإنسان في بعض المواقف. و يتوقف شكله الخارجي على المهمة التي صنع من أجلها. إن الجسم البشري جهاز عضوي ذو قدرات عالية يستطيع القيام بالعديد من الوظائف. و يمكن للروبوت أن يقوم بمهام خاصة قد تثير السأم لدى الإنسان البشري ، أو تستغرق وقتا طويلا جدا أو تمثل خطورة إذا مارسه البشر ، و من ثم فيتم تصنيع الروبوت لأداء أعمال محدودة. دأبت قصص الخيال العلمي في السنين الماضية بالتحدث عن الإنسان الآلي أو ما أطلقو عليه اسم الروبوت. أما في الوقت الحاضر فقد أصبح حقيقة علمية بسبب التقدم التقني المذهل و خاصة ذلك الذي أصاب مجال الإلكترونيات. و يساهم الروبوت في العديد من الأعمال التي نمارسها في حياتنا اليومية ، فهو يشارك في اعداد الرواتب و فواتير الكهرباء و الهاتف ، كما يقوم بتجميع أجزاء السيارات. و يقود الطائرات (الطيران الآلي) مثل طائرات التجسس .
فكرة الروبوت في التاريخ القديم
يمكن أن نرجع جذور الروبوت الحديث ، إلى اأجهزة آلية اخترعت في الماضي البعيد و أطلق عليها "الآلات ذاتية الحركة". ففي طيبة في عهد قدماء المصريين حوالي عام 1500 قبل الميلاد كان يوجد تمثال للملك ممنون يصدرأصواتا جميلة في الصباح. و في اليونان - في القرن الرابع ق.م. - اخترع أركيتاس عالم الرياضيات ، حمامة آلية يمكنها الطيران. و في القرن الثالث قبل الميلاد ، اخترع ستيسيبيوس العديد من الأجهزة الآلية و منها آلة موسيقية تشبه الأرغن تعمل بالمياه و ساعة مائية. و لم تكن هذه أول ساعة مائية في التاريخ ، فقد عرفها القدماء المصريون ، و لكن تميزت ساعة ستيسيبيوس بأنها مزودة بجهاز يجعل مستوى المياه ثابتا ، و هي تعمل بنفس طريقة الغرفة العائمة في كاربريتور السيارة الحديثة.
وكان هيرون الأسكندري الذي عاش حوالي 150 ميلادي مخترعا فذا. فقد اخترع آلات تعمل بتدفق المياه ، و بالثقل و حتى بالبخار ، و من أهم اختراعاته آلة aeolipile التي تعتبر الشكل الأول للتوربين الذي يدار بقوة البخار ، كما صمم أيضا آلة ميكانيكية توزع المياه المقدسة ، و طائرا آليا يمكنه الطيران و الشرب و الغناء ، و مسرحا آليا ، و تمثال هرقل و هو يصارع التنين و الذي يمكنه تحريكه بتدفق المياه داخله. و شرح هيرون الاسكندري معظم هذه الأجهزة الآلية في كتابه automatopoietica و عبر القرون التالية ، ظهرت مخترعات رائعة في الشرق الأقصى و الأوسط ، في الصين ، و في الهند و في اليابان و في الجزيرة العربية. و في كتاب رسالة الجزاري الذي يتضمن سردا للأجهزة الآلية التي اخترعها العرب - وصفا لأحد هذه الأجهزة و التي أطلق عليها نافورة الطاووس التي كانت تستخدم لغسل الأيدي ، فتقدم المياه و الصابون و المنشقة آليا.
في أوروبا في القرون الوسطى ، اهتم الفيلسوفان ألبرت فاجنوس و روجر باكون إهتماما كبيرا بالآلات ذاتية الحركة ، بل و صنعا البعض منها. و أدى اختراع الساعة الآلية في أواخر القرن الثالث عشر ، إلى إمداد الآلات الذاتية الحركة بالقوة الميكانيكية اللازمة لها ، و هكذا أمكن اختراع الساعةالتي تدق الأجراس لتعلن الوقت. في القرن الثامن عشر ، أنتج صناع اللعب عددا كبيرا من الآلات الذاتية الحركة و التي كانت في شكل الإنسان و يمكنها الكلام و عزف الموسيقى و الكتابة و حتى لعب الشطرنج. و من أشهر المخترعين لهذه اللعب رجل فرنسي اسمه جاك دي فوكاسون الذي صمم نولا نسيجيا آليا(ذاتي الحركة) و في عام 1801 استخدم هذا التصميم مخترع فرنسي آخر يندعى جوزيف ماري جاكار ، لينتج نولا للنسيج يعمل بتحكم مجموعة من البطاقات المثقبة. في القرن الثامن عشر استخدم جهازين آليين آخرين ، تطبيقا لمبدأ التغذية الراجعة feed back التي تعتبر شرطا أساسيا لنظم الرقابة الآلية ذاتية التغذية (أوتوماتيكية). و هذان الجهازان الآليان هما مروحة الطاحونة الهوائيةالتي تبقي الريش متجهة نحو الريح و من ثم تستمر الطاحونة الهائية في الدوران ، أما الجهاز الثاني فكان المنظم و المتحكم الآلي للمحرك البخاري و هو الذي يجعله مستمرا في الدوران بسرعة ثابتة.
الروبوت من نسج خيال الأدباء
كان الأديب التشيكي كارل كابك هو أول من اطلق كلمة robot و كان ذلك في أوائل القرن العشرين ، و من ثم ذاع استخدام هذه الكلمة ، و بعد انتاج روايته الشهيرة روبوت روسوم العالمي rossum's universal robots في مدينة براغ سنة 1921 حيث صور الكاتب الروبوت و كأنه انسان humanoid و لكنه آلة يمكن إنتاجها في المصنع بسرعة و بتكلفة قليلة. و قد اشتقت كلمة روبوت من الكلمة التشيكية روبوتا robota و تعني أعمال السخرة أو العبودية. و هكذا اعتبر الروبوت عبدا للجنس البشري ، أو مجرد إنسان آلي أو أوتوماتيكي . بعد سنتين من صدور الرواية تمت ترجمتها إلى الإنجليزية وفي اكتوبر 1922 تم تحويل الرواية إلى عمل مسرحي تم تقديمه على مسرح جاريك في نيويورك وفيه يسافر البروفيسور روسوم إلى جزيرة نائية لغرض دراسة أمواج البحر ويحاول اثناء وجوده على الجزيرة تصنيع مادة حية من مزج مواد كيميائية ويحاول لسنوات خلق هذا الكائن فتفشل محاولاته في خلق كلب وبعد 10 سنوات يتمكن من تصنيع روبوت بمساعدة إبنه [10].
و لا يقتصر ظهور الانسالة على الخيال الأدبي الحديث ، ففي عام 1818 صدرت أول رواية عن الإنسان الآلي و هي فرانكشتاين التي كتبتها ماري شيللي الزوجة الثانية عشر للشاعر المعروف شيللي ، و كانت تتميز هذه الرواية بالرعب ، و تتلخص بأن عالما يدعى فرانكشتاين قد استطاع أن يجمع إنسانا حيا من أجزاء الجثث الآدمية و لكن هذا الإنسان تحول إلى مسخ خاف منه الناس و طردوه و بالتالي ثار على خالقه و أصبح أداة للشر ، و قد وضعت ماري شيللي عنوانا مرعبا لقصتها "برميثيوس الحديث" و هي بهذا تقصد اسطورة بروميثيوس اليونانية ، و الذي خلق الإنسان من الماء و الطين ثم نفخ فيه الآلهة أثينا من أنفاس الحياة.
ظهر العديد من الروبوت و الاندرويد(الروبوت الذي على شكل الإنسان) في الأفلام السينمائية و التلفزيونية عبر السنين ، و البعض منهم ودود و يلقى الإعجاب من المشاهدين ، ففي فيلم الكوكب المحرم forbidden planet يظهر الروبوت "روبي الودود" ويظهر الروبوت ايضا في فيلم حرب العوالم (فيلم 2005) و في فيلم حرب النجوم star war يظهر الثنائي الهزلي r2d2 ، c3po و ثمة أنواع أخرى تبدو في صورة شريرة مثل الروبوت كوج و داليكس المرعب من المسلسل التلفزيوني dr.who و هذه النماذج الشريرة هي التي أساءت إلى الروبوت ، حتى أن البعض يتخوف من استخدام الروبوت في الأعمال اليومية ، و بذلك لا يعتمد الناس عليهم تماما في حياتهم. و للتخفيف من هذه المخاوف ، اقترح كاتب الخيال العلمي الشهير إسحق أزيموف أن يبرمج الروبوت بحيث يلتزم بالمبادئ التالية و التي أطلق عليها قوانين الروبوت laws of robotics.
الروبوت جورج
كان جورج من أوائل الانسالات التي ظهرت. يقوم جورج بقيادة الطائرات معظم الوقت ، إنه الطيار الآلي ،وتم إختراعه من قبل المهندس الكهربائي إلمر سبيري مؤسس شركة سبيري للكهربائيات [11] في عام 1913 ، وكان نموذج الطيار الآلي الأول عبارة عن بوصلة مغناطيسية مرتبطة مع جهاز لقراءة الأرتفاع و جهاز يؤشر إلى الإتجاه الذي تسير فيه الطائرة (جيرسكوب) و يتميز الجيروسكوب بأنه يظل محافظا على الإتجاه الذي تسير فيه الطائرة ، و يترك الطيارون البشر مسؤولية الطيران إلى الروبوت جورج ، و بمجرد أن تستقر الطائرة في الإتجاه الصحيح لرحلتها ، و يلاحظ جورج أي تغير رأسي أو أفقي أثناء الطيران و يتخذ الإجراءات التصحيحية فورا. قام المخترع الأمريكي Elmer Ambrose Sperry إلمر سبيري (1860 - 1930) بتجربته للطيار الآلي على الملأ بقيادة طائرة ويداه في الهواء [12] . في عام 1954 تم تصميم اول انسالة صناعية كان اسم مخترعها جورج ، ايضا ، تم تصميمه من قبل المهندس George Devol جورج ديفول (مواليد 1912) الذي لم يتخرج من اية كلية للهندسة وإنما إستند على التعلم الذاتي و المراقبة ويعتبر من رواد مخترعي الروبوت الصناعي [13] وكان مهمة هذا الروبوت الرئيسية إلتقاط وتحويل الأجسام الثقيلة من مكان لآخر وتم تطويره لاحقا للقيام بتلحيم المعادن [14].
تشريح الروبوت
| تشريح الروبوت | ||
|---|---|---|
| الجزء | الصورة |
نبذة |
| المستشعرات | 
|
ويسمى Sensors يستعمل لمساعدة الروبوت لتحسس المؤثرات الخارجية فالبعض منها قادر على تحسس الحرارة العالية مثل احتراق شمعة على بعد 2 متر [15]. |
| متحكم دقيق | 
|
ويسمى Microcontrollers وهو بمثابة عقل الروبوت و بقدرته القيام بالعديد من الوظائف كتمييز الأنماط الخارجية ويقوم المعالج ايضا بتوجيه الروبوت. كما يقوم بالتعرف على الأشكال IdentifyForm. أي باختصار هو الجزء المكلف بتطبيق الخوارزميات المختلفة التي يحتاجها اللإنسان الآلي في تأدية مهمته. و يمكن للروبوتات أن يحتوي كل منها على معلج خاص به أو أن يشتركوا كلهم في معالج مركزي يسير العديد من الروبوتات [16] |
| متحكم المحرك | 
|
ويسمى Motor Controllers ويتراوح فولتياتها في الروبوتات الصغيرة من 4.5 فولت إلى 36 فولت وإذا إرتفعت الفولتية المتولدة عن هذا الحد فيجب نصب ادوات تبريد في الروبوت [17] . |
| المحرك | 
|
وهو الجزء المسؤول عن حركة الروبوت ويستعمل بعض المولدات تكنولوجيا نموذخ النصف خطوة half step mode مما يساعد على الدقة العالية [18] تختلف الطاقة المستعملة في تحريك الروبوت حسب النوع و الغرض فقد تكون طاقة هوائية او الكترونية [19] او قوة الموائع hydraulic |
| أدوات الإتصال | 
|
و هي نقاط تبادل المعلومات بين الروبوت و عالمه الخارجي. ولبعضها قدرة للتعامل في ذبذبات تصل إلى 2.4 جيجاهرتز GHz. و يمكن تبادل المعلومات لا سلكيا أو عن طريق أسلاك باإستعمال بروتوكولات GPIB و RS232. |
| برمجيات | 
|
ويسمى Software وهي برامج ومنها وندوز 95 ، 98 ، XP للسيطرة والتحكم بحركات الروبوت وإحداث سلسلة من الحركات المتناسقة [20] |
| بطاريات واداة شحن | 
|
ويسمى Batteries and Chargers وهي على الأغلب خلايا شمسية مربوطة بمحولات للطاقة وشاحنة صغيرة لإعادة شحن البطارية [21]. |
لقد كان هدف العلماء إختراع انسالة تستطيع القيام بالأعمال التي يؤديها الإنسان البشري ، و بالتالي احلاله محل الإنسان في وظائف معينة و خاصة في مجال الصناعة. و يتكون الروبوت من نظم الكترونية و أجهزة حساسة تناظر الجهاز العصبي و أعضاء الحس للإنسان البشري. و للروبوت أيضا عقل الكتروني هو عبارة عن حاسبة الكترونية و بتطور استخدام الشرائح الألكترونية في الحاسبة سيمكن تجهيز الروبوت بعقل الكتروني بالغ القوة ، و من ثم فمن الممكن برمجته ليكون قادرا على أداء العمليات المعقدة. و في الواقع أن تطور هذا العقل الألكتروني قد فاق النظم الاخرى من أجهزة الروبوت ، و أصبح ذا كفاءة عالية في التشغيل. إن التخاطب مع الروبوت أمر صعب ، و لا بد من استخدام إحدى لغات الحاسبة الإلكترونية ، يستفيد علماء الروبوت في تجاربهم من دراسة أوجه التشابه بين نظم الإتصال و التحكم في الإنسان البشري و نظيرها في الآلة. و يعرف هذا الفرع من العلم بإسم السايبرناتيكا cybernetics ، و قد اشتق هذه الكلمة لاول مرة العالم الرياضي الأمريكي نوربرت فاينر في كتاب نشر له عام 1948. عندما يكون مطلوبا صناعة روبوت شبيه للإنسان العادي فإنه يمكن توظيف قواعد الالكترونيات البيولوجية biological electronics (نبضات مصدرها عضوي حيوي). و باختصار بيونيك bionics فمثلا تستخدم أذرع و أيدي صناعية و لكنها حساسة و تستجيب في حركتها إلى النبضات الكهربائية الدقيقة و التي تنشأ عن عضلات الجسم البشري العادية و كذلك أيضا أجزاء غير متحركة مثل العيون البلاستيكية و الشرايين الصناعية و مفاصل الورك المصنوعة من المعدن أو الخزف.
و يعكف العلماء على اختراع المزيد من الأطراف و الأجزاء الصناعية التعويضية للجسم البشري مثل ضابطة النبض التي تعمل بالنظائر المشعة و تستخدم في تقوية القلب البشري. و إذا ضعف قلب الإنسان أو كليته لأمكن استبدالهما من زرع أعضاء جديدة في شخص آخر يتبرع بهما. و ربما في المستقبل القريب ، يمكن زرع قلوب صناعية كاملة لمن يحتاجها من المرضى بالقلب. و يتنبأ العلماء بأنه في نهاية القرن الواحد و العشرين سيمكن إستبدال كافة أجزاء الجسم البشري بأخرى صناعية ، و ربما يؤدي هذا إلى وجود الشخص الذي جزء منه آدمي و الجزء الآخر آلي مثل الرجل الألكتروبيولوجي bionic man بطل المسلسل التلفزيوني الشهير رجل الستة ملايين دولار و هو إنسان مختلط أعيد بناء جسمه من بقايا جسم رائد فضاء يحتضر بعد تحطم سفينته أثناء عودتها لكوكب الأرض ، و أمكن بإستبدال أجزاء من جسمه بأخرى صناعية أن يأتي بأعمال خارقة.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
نظم الروبوت
يمكن مقارنة أجزاء و نظم الروبوت بمثيلاتها في الجسم البشري ، فالأذن و الصوت البشري تستبدلان بميكرفون يحول موجات الصوت إلى نبضات كهربائية بينما يقوم مكبر صوت آخر بالعملية العكسية. و تقوم خلية كهروضوئية أو كاميرا تلفزيونية بتحويل موجات الضوء إلى نبضات كهربائية و هي في هذا بديلة عن العين البشرية. و النبضات الكهربائية التي تصدر عن الميكروفون أو الكاميرا التلفزيونية في الروبوت ، تشبه الإشارات و النبضات التي تتدفق خلال الجهاز العصبي للإنسان ، و هي تنقل في الروبوت بواسطة أسلاك من النحاس أو الدوائر الكهربائية المطبوعة على صفيحة السليكون ، و بدلا من الأوعية الدموية في الإنسان فإن الروبوت يحتوي على شبكة من الأنابيب تحتوي على سوائل لها قوة ضغط معينة حيث يتحرك الروبوت عن طريق الضغط الهيدورليكي لهذه السوائل.
الأعين الانسالية
في الانساليات القديمة كان العين عبارة عن كاميرا تنقل المعلومات المرئية إلى البرمجيات لغرض تحليلها وكان هناك صعوبة في هذا النموذج حيث كانت الانسالة يجد صعوبة في التمييز فيما إذا كان يتحرك بخطوات نحو الأمام اويتحرك بشكل دائري في حلقة مفرغة وكان سبب هذه الصعوبة هو الإعتماد على كاميرا (عين) واحدة . منذ عام 2003 يعمل الباحثون على الأعتماد على اكثر من كاميرا واحدة ويشبه الباحثون الأسلوب القديم للرؤية في الروبوت بالنظر من خلال إسطوانة ضيقة يصعب فيها رؤية شمولية وخاصة عند الإلتفات والحل حسب الباحثين في جامعة ميريلاند في الولايات المتحدة هو نصب عين متطورة في مؤخرة الجزء العلوي من الروبوت وهذا العين عبارة عن 9 كاميرات رقمية بجم كرة قدم مصغرة وتم تسميتها بعين أرجوس Argus eye تيمنا بالإله اليوناني الذي كان جسمه مغطى بمئات العيون. يختلف نظم العين في الروبوت حسب نوع الروبوت ففي الروبوتات البسيطة يكون نموذج العين عبارة عن مقاومة كهربائية إلى كاميرات فيديو فائقة الدقة مزودة ببرمجيات معالجة الضوء light detection and processing systems في الروبوتات المتطورة ويفضل العلماء محاكاة نموذج عين الحشرات لصناعة وتصميم الأعين الروبوتية وذلك لصغر حجم الدماغ و مركز معالجة المرئيات في عقل الحشرات [22] . يحوي الأعين الروبوتية في روبوت سبيرت Spirit الموجود على سطح المريخ على كاميرا بانورامية Pancam بإستطاعتها الإلتفات 360 درجة ونقل صورة شمولية للسطح المحيط بالروبوت يبلغ وزن هذه الكاميرا 270 غرام وحجمها بقدر قبضة اليد وبإستطاعتها إنتاج صور يبلغ مقدار عنصر الصورة فيها إلى 24,000 بكسل [23].
اللغة الروبوتية
نظام تمييز وتحليل الأصوات المسموعة في الروبوت عبارة عن تحويل إشارات صوتية يتم إلتقاطها بواسطة ميكروفون إلى مجموعة من الكلمات المكتوبة المفهومة للروبوت والمخزونة في برمجيات الروبوت التي تقوم بتحليل ومحاكاة فهم اللغات الطبيعية ويطلق على هذه العملية معالجة اللغات الطبيعية وهناك العديد من التقنيات المستخدمة في تمييز وتحليل الأصوات منها الشبكات العصبونية الاصطناعية و شبكات عصبونية أمامية التغذية خلفية النقل و تحويل فوريي السريع و الشبكات العصبونية . يوجد هناك برمجيات تمييز المحادثة Speech Recognition Software ونموذج العتاد الصلب لتمييز المحادثة Speech Recognition Hardwarew Module وتعتبر الأولى اكثر تطورا من الثانية ولكنها متوفرة للغات محدودة [مصدر رسالة ماجستير في علوم الحاسوب ، جامعة UMEA السويد 2005, www.cs.umu.se].
على سبيل المثال عندما يصدر إيعاز إلى الروبوت بالذهاب إلى غرفة معينة كالمطبخ مثلا فإن الروبوب سوف يلتقط كلمة المطبخ مع كل البيانات المتعلقة بكلمة المطبخ من ناحية الوظيفة و الأجواء المتعلقة بالكلمة والمخزونة في عتاد الحاسوب وعندما يعطى إيعاز غير مفهوم او إيعاز غير منطقي كإختراق جدار مثلا فإن الروبوت ومن خلال عملية التغذية الراجعة حسب منظور علم السيبرنيتيك سوف يرسل إيعازا جوابيا مضمونه إما ان الإيعاز غير مفهوم او غير منطقي . في الثمانينيات كان الباحثون يغذون برمجيات الروبوت بإيعزات مكونة من جملة او جملتين مثل "تحرك" ، إلتفت يمينا" ولكن بدأ التركيز مؤخرا على جمل طويلة ومعقدة مشابهة لأساليب التحدث في الإنسان.
الحواس الانسالية
المستشعرات هي نظم حسية تحاكي حواس الإنسان يقوم المستشعر بإلتقاط نمط معين من البيانات التي يجب تحليلها بواسطة البرمجيات لإنتاج ردة الفعل المناسبة و المبرمجة في الروبوت وفيما يلي بعض المستشعرات التي لاتتوفر كلها في جميع انواع الروبوتات [24] :
| المستشعر | نموذج | الوظيفة |
|---|---|---|
| مستشعر الدوران |  |
يقيس دوران المركز حول المحور ومدى إنحراف عجلات الروبوت. |
| مستشعر موقعية عامة |  |
يستلم إشارات من الأقمار الصناعية وغرضها تحديد البقعة الجغرافية الدقيقة التي يتواجد فيها الروبوت. |
| مستشعر الليزر |  |
يستخدم الليزر لقياس البعد عن جسم معين لغرض الإستدلال على الحواجز و العوائق. |
| مستشعر اللمس |  |
الكشف عن إتصال الروبوت بجسم خارجي كحائط وجسم داخلي كذراع الروبوت ويستند هذا المستشعر على تغير الضغط المسلط. |
| مستشعر الضوء |  |
يقيس مستوى الإضاءة من 0% (معتم جدا) إلى 100% (مضيئ جدا) بإعتمادها على ترانزستور ضوئي |
الأذرع الروبوتية
يحتوي أذرع الروبوت على نظام يقوم بعملية التغذية الراجعة feedback-driven connection بين الإيعاز الحسي و ردة الفعل الناتجة من ميكانيكيات الإستجابة الآلية Actuator التي يقوم بتنظيمها وحدة المعالجة المركزية كإستجابة للإيعاز المرسل من قبل المستشعرات . يختلف عدد ونوع المفاصل في ذراع الروبوت حسب الغرض ويعتبر المفاصل الدورانية rotary و الخطية linear من اكثر الأنواع شيوعا [25]. في الروبوتات المتطورة و المتخصصة بحقل الفضاء الخارجي يحوي الذراع على نظام تطويع ذو تحكم بعيد Remote Manipulator System وتقوم بإلتقاط ونقل ادوات ومعدات ، تم إستعمالها لأول مرة عام 1981 وتم تطويرها و التركيز عليها بعد حادثة تحطم مركبة الفضاء كولومبيا لغرض برمجة الذراع للقيام بأعمال الصيانة والتصليح [26].
يستخدم ذراع الانسالة في مجال الطب ايضا وخاصة الجراحة وفي يونيو 2006 قام ذراع انسالي بالقيام بأول عملية جراحية كاملة بدون اية مساعدة في مستشفى مدينة بوسطن وإستغرقت عملية القلب لعلاج إرتجاف الأذينين 50 دقيقة على مريض عمره 34 سنة [27] . هناك محاولات لصنع مستشعرات لمسية بالغة الدقة تتمكن من قراءة الكتابات البارزة مثل الكتابات على العملات المعدنية بمجرد اللمس [28] وهناك محاولات لتصنيع جلد صناعي في الولايات المتحدة ولكن المشروع لايزال في الأطوار التمهيدية [29].
إن محاولة إنتاج جهاز يؤدي عمل الذراع البشرية ، لهو أمر بالغ الصعوبة ، إن أعقد جهاز يشبه الذراع البشرية يؤدي فقط من 10 إلى 20 حركة مستقلة ، بينما تؤدي الذراع البشرية حوالي 40 حركة مستقلة. و تتميز النماذج المتقدمة من الروبوت بأن أصابع يدها مرنة و تحتوي على أجهزة إحساس بحيث تدرك ما تلمسه ، أما البعض الآخر فيتوافق مع عيون الكترونية حتى يمكن أن يعمل مستقلا كاليد البشرية. فاليد البشرية توجه إلى هدفها لا شعوريا وفق ما تراه العين. و يمكن بسهولة أن نجعل الروبوت يتحرك بوضعه فوق العجلات ، و لكن قد يحدث هذا إذا أردنا أن نحركه فوق سطح أملس ، أما إذا كان السطح وعرا فلا تصلح هذه الطريقة.
السيقان الروبوتية
يحوي سيقان الروبوت المتطور في بعض الأحيان على اكثر من 40 مستشعر و أداة ميكانيكية مائعية (هايدروليكية) ويقوم المستشعرات بصورة مستمرة بقياس توزيع الضغط المسلط على السيقان وقد تم في عام 2004 صناعة سيقان انسالية يمكن تركيبها على سيقان الإنسان لتساعد في تحويل الخطوات البشرية الإعتيادية إلى خطوات سريعة و عملاقة دون بذل مجهود عضلي للإنسان [30] وتم تسمية هذا الإختراع بالهيكل العظمي الخارجي exoskeleton ويلغ وزنها حوالي 50 كغم . في الروبوتات يعتبر تنسيق الخطوات بشكل يحاكي خطوات الإنسان عملية معقدة جدا [31] ويكون من الأسهل إستعمال العجلات بدلا من السيقان . من انواع الروبوتات المتطورة التي تتحرك بإستعمال ساقين روبوت سيغمو SIGMO و روبوت كريو QRIO و روبوت أسيمو ASIMO. في الروبوتات القديمة كان التركيز على نصب سيقان متعددة تصل إلى 6 سيقان وكان تعدد السيقان يوفر الثبات و التوازن. إن تقليد الساق البشرية أصعب من تقليد اليد البشرية. و من المشاكل الرئيسية التي تقابل صناع الروبوت مشكلة التوازن. و من الإفضل أن يكون للروبوت أربع سيقان بدلا من اثنين. و ليست فكرة انتاج آلات تستطيع المشي و الإنتقال بفكرة حديثة العهد. فقد استخدم البعض منها خلال السنين الماضية في العمليات الزراعية و الحفر. و من أشهر تلك الآلات المتحركة شاحنة ذات أربع سيقان أنتجتها شركة جنرال الكتريك للجيش الأمريكي ، و يتحكم السائق في الشاحنة بتحريك يديه و سيقانه التي تتصل بسيقان الشاحنة.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
الإتصال و التحكم
- مقالة رئيسية: سيبرنيتيك
يمكن أن تكون أجهزة الإتصال و التحكم في داخل الروبوت ، غاية في التعقيد مثلها في ذلك مثل أجهزة الجسم البشري و من ثم أصبح لها علم مستقل لدراستها ، هو علم السايبرناتيكا cybernetics. هذه الأجهزة التي تعمل بالتحكم عن بعد ، و التي تحتوي على ذاكرة أو أجهزة حسية أو تعمل آليا ، و لابد أن تعتمد هذه الأجهزة على نظام يقوم بعملية التغذية الراجعة و ذلك لتحقيق التحكم الذاتي :
- جهاز هاتف يعمل بالأزرار ، و هو مزود بذاكرة محدودة لتخزين الأرقام المتكررة ، فالروبوت يحتاج إلى ذاكرة شاملة.
- تحتوي القذائف الموجهة على أجهزة حساسة تمكنها من الوصول إلى أهدافها. و يحتاج الروبوت إلى عدد من أجهزة حساسة لجمع المعلومات عن البيئة المحيطة به.
- غلاية آلية ، تنطفأ من تلقاء نفسها عندما يغلى السائل الذي بداخلها. يحتاج الروبوت إلى العديد من النظم الآلية حتى تمكنه أن يؤدي وظائفه بكفاءة.
- ثرموستات (مثبت آلي لدرجة الحرارة) في جو الحجرة ، يطفأ و يشغل نفسه آليا ، وفق معلومات يحصل عليها من أجهزته الحساسة. يحتاج الروبوت إلى نظم معلومات حتى يتمكن من أداء التحكم الذاتي.
العقل الألكتروني للروبوت
- مقالة رئيسية: معالج
- مقالة رئيسية: وحدة المعالجة المركزية
عقل الروبوت هو الوحدة المسيرة له و التي تقوم بتنفيذ أو حساب الخوارزميات المختلفة التي يحتاجها الروبوت من التعرف الأنماط إلى الملاحة و مرورا بفهم اللغة الطبيعية. و تستعمل الشبكات عصبونية اصطناعية في برمجة العديد من الوظائف آنفة الذكر حيث ترتب عادة بشكل طبقات من العصبونات الاصطناعية تحتوي كل منها على عدد من العصبونات و تتصل بكافة أو بعض العصبونات الموجودة في الطبقة التي تليها أو تسبقها [32]. كما يمكن أن تكون وحدة المعالجة البرمجية غير موجودة على الروبوت نفسه كأن يجتمع عدد من الروبوتات في معالج أي ما يمكن إعتباره عقلا موحدا و هي تقنية ما يسمى ب ال shared memory. أي أنه هناك كمبيوتر مركزي يقوم بتنفيذ الخوارزميات المختلفة الني يحتاجها الربوت أو مجموعة الروبوتات. الباراديغم الآخر المنتشر هو ما يسمى باالعميل البرمجي software agents و يمكن أن نجعل من كل روبوت عبارة عن عميل برمجي و يحوي معالجا ينفذ خوارزمية ما إلا أن أداء الوظيفة يقتضي أن يقوم عدد كبير من العملاء البرمجيين أو الروبوتات بتنفيذ الخوارزمية.
في الماضي كان العقل أو المعالج هو نقطة الضعف في نظم الروبوت نظرا لأن هذا العقل كان يشغل وزنا هائلا و حجما ضخما و قدرة تحسيب بسيطة ، أما في الوقت الحالي فقد اختلف الأمر ، حيث يمكن إنتاج عقل الكتروني بحجم صغير جدا. و يتكون العقل الالكتروني عادة من شرائح السليكون و أجزاء الكترونية أخرى يتم توصيلها مع بعضها.و عقل الروبوت هو بمثابة كمبيوتر صغير و من ثم فليس له القدرة على التفكير الابتكاري أو المستقل مثل العقل البشري بل هو عبد يطيع الأوامر التي يصدرها إليه الإنسان البشري. و لكنه إذا ما تم تزويد عقل الروبوت الالكتروني بالتعليمات فإنه يستطيع نظريا أن يضع برنامجا يقود بمقتضاه سفينة فضائية إلى كوكب أورانوس مثلا أو يشغل معملا لتكرير النفط أو يعد رواتب العاملين بإحدى الشركات و أيضا يبقى لديه الوقت ليربح مباراة في الشطرنج. و بالرغم من أن العقل الالكتروني لا يتمتع بالذكاء إلا أن لديه ما يطلق عليه ذكاء الآلة machine Intelligence و يمكن لبعض العقول الالكترونية في الوقت الحاضر ، أن تستفيد من تجاربها السابقة (يطلق على الدراسات المتعقلة بهذا الإكتشاف الذاتي) بينما بعض الحاسبات الأخرى تعلم نفسها كيفية حل المشكلات التي تعترضها ، بدلا من الإعتماد على التعليمات التي يصدرها الآدميون. و يبدو أن الحاسبات الالكترونية تعلم كيفية أدائها للأعمال ، أفضل من الآدميين الذي صمموها ، و من ثم تتمكن من إتخاذ قرارات أكثر دقة و أفضل من القرارات التي يتخذها الإنسان. و يتم دراسة هذه الظاهرة تحت ما يعرف بذكاء اصطناعي
الأجهزة و البرامج الجاهزة المساعدة
- مقالة رئيسية: عتاد الحاسوب
- مقالة رئيسية: قرص صلب
يطلق على الأجهزة و المعدات الآلية للحاسبة الالكترونية عتاد الحاسوب hardware ، أما التعليمات و البيانات التي يتم إدخالها إليها فيطلق عليها البرامج الجاهزة المساعدة software و تختلف الأجهزة من حاسبة لأخرى. و يحتوي الروبوت على جزء فقط من مجموع الأجهزة التي تكون وحدة كمبيوتر كاملة ، و يكون هذا الجزء مرتبطا ارتباطا خارجيا مع الأجزاء الأخرى و في نظام نموذجي للحاسبة ، يتم تلقينها بالتعليمات عن طريق برنامج من خلال وحدة الإدخال التي غالبا ما تكون في شكل لوحة مفاتيح متصلة بجهاز عرض مرئي. و تعمل وحدة المعالجة المركزية وفقا للبرنامج ، و هي بدورها تصدر تعليمات إلى الوحدة الحسابية arithmetic unit لتشغيل البيانات التي في الذاكرة ثم تنقل النتائج إلى وحدة الإخراج التي قد تكون في شكل وحدة طباعة printer أو قد تعرض النتائج على جهاز عرض مرئي مثل شاشة التليفزيون و تقوم الحاسبة الالكترونية بمعالجة البيانات التي تكون في شكل أرقام ، مستخدمة نظام عد ثنائي binary system ، و هذا النظام يستخدم فقط الرقمين 1 ، صفر اللذين يمكن تمثيلهما في دوائر الحاسبة الالكترونية بتدفق التيار (1) أو عدم تدفق التيار (صفر) و يطلق لفظ البرنامج program على مجموعة التعليمات التي يتم إدخالها إلى الحاسبة الالكترونية ، و هي يجب أيضا أن تحول إلى النظام الثنائي. و لكن هذا التحويل لا يقوم به المبرمج بطريقة مباشرة ، فهو يكتب البرنامج بلغة سهلة و تقوم الحاسبة بتفهمه ثم تحوله إلى رمز ثنائي ، و هناك ثلاث لغات شائعة الإستعمال في الحاسبة الالكترونية ، هي فورتران fortran و كوبول cobol و بيسيك basic و قبل أن يقوم المبرمج بكتابة البرنامج ، عليه أن يتأكد مما يريده من الحاسبة الالكترونية ، فهو يقوم بما يطلق عليه تحليل النظم systems analysis أي تحديد تفاصيل العميات التي يجب أن تقوم بها الحاسبة الالكترونية ، و يتم هذا في شكل خريطة تدفق flow chart تقوم بتحويل العمليات إلى قرارات متتابعة بنعم أو لا يرمز لها (نعم = 1) ، (لا = صفر) في الحاسبة الالكترونية.
في مجال تصنيع الانسالات يوجد القليل جدا من الظوابط لتصميم البرمجيات و عتاد الحاسوب الخاصة بالروبوتات وإنعدام وجود ظوابط قياسية يعيق إستعمال البرمجيات الخاصة لروبوت معين في نوع آخر من الانسالات هناك مشاريع مستقبلية لكتابة برمجيات قياسية عامة يمكن إستعمالها وإعادة إستعمالها في انواع متعددة من الروبوتات . في لغة جافا على سبيل المثال والموضح في الصورة الدائرة الصغيرة تشير إلى الروبوت والخط المحيط به يمثل الحواجز او العوائق في طريق الروبوت وفي هذه الحالة على سبيل المثال سوف يتم كتابة برنامج لإستعمال وتنشيط مستشعر الليزر لقياس البعد عن العائق و إستعمال مستشعر الدوران للإنحراف عن الحاجز وهناك العديد من الخوارزميات المشابهة المصممة للإستدلال على نمط او مشكلة معينة و إيجاد ردة الفعل المناسبة [33].
بعض أنواع الروبوتات
- روبوتات منزلية
- روبوتات عسكرية
- روبوتات شبيهة بالبشر
- روبوتات صناعية
- روبوتات إجتماعية
- روبوتات فضائية
- روبوتات العلاج الطبي
- روبوتات كاسحات الألغام
- روبوتات الاستكشاف
- روبوتات الخدمة
مزايا و مساوئ
الروبوتات تقدم مزايا عديدة منها على سبيل المثال : إنتاج أكثر ، استعمال التجهيزات بشكل فعال ، تكاليف عمل منخفضة ، نوعية و مكننة أفضل للأجزاء ، مرونة محسنة ، إنجاز أقصر للعمل ، مرونة و سهولة في البرمجة ، القدرة على العمل في الظروف الخطرة ، نوعية محسنة لأماكن العمل و الإنتاج ، عائدات استثمار جيدة ، امتلاك الحرية في الحركة في الأبعاد الثلاثة للفراغ . إلا أنها تعاني من عدد من السلبيات ، فإحدى أكثر الصعوبات هو أن الروبوت لا يزال غير قادر بعد على مسك جزء معين عشوائي من صندوق بدون استعمال نظام رؤية خاص .إن أول التطبيقات الناجحة للروبوت كانت في مجال صناعة السيارات الأمريكية ، ففي شركة فورد الأمريكية و حصراً في عام 1940 تم ولادة كلمة جديدة سميت بالأتمتة ، و بعد مضي الكثير من الوقت و الجهد أصبح الروبوت ينفذ الكثير من الأعمال في هذا المجال كاللحام النقطي و تحميل الآلات و الكثير من التطبيقات الأخرى و في عام 1995 أدخل حوالي 25000 روبوت في خدمة صناعة السيارات في الولايات المتحدة وحدها ، و بالنسبة لبقية العالم فلم يكن الرقم أصغر من هذا ، فقد تم استعمال 1000000 روبوت للخدمة في المجالات الصناعية المختلفة.
بالرغم من التضخيم المستعمل في السينما و أدب الخيال العلمي حول إحتمالية تشكيل الروبوت تهديدا لمستقبل الإنسان بسبب الذكاء الاصطناعي ولكن وعلى ارض الواقع فإن الخطر الحقيقي من الربوتات يكون مصدره على الأغلب برمجيات غير سليمة او فيروس الحاسوب وكلاهما من صنيعة الإنسان . ويشكل الروبوتات الصناعية العملاقة احد إحتماليات فرضها خطرا على حياة الإنسان لإحتمالية حدوث حركة غير متوقعة نتيجة لطبيعة البرمجيات المعقدة في الروبوت ولهذا السبب يحاط معظم الروبوتات الصناعية بسياج او فاصل عازل لتجنب اي حركة عشوائية غير متوقعة [34]
اكبر روبوت في العالم
في ميناء يوكوهاما جنوب طوكيو، تم الكشف عن أكبر روبوت في العالم وهو الروبوت الشهير في سلسلة افلام الكرتون "أجنحة كاندام" يبلغ ارتفاع الروبوت حوالي 18 مترًا و يبلغ وزنه 227 كم، ويتميز بكونه يمتلك 24 وضعية، حيث سيكون هذا جزءًا من معرض مستقبلي يسمى "مصنع جاندام يوكوهاما".[35]
مرئيات
| روبوت لتنظيف الأنهار. |
المصادر
- كتاب مؤسسة الكويت للتقدم العلمي (الإنسان الآلي)
- رسالة ماجستير في علوم الحاسوب ، جامعة UMEA السويد 2005