حذف نویز تصاویر _ گروهی از محققان سیستمی را توسعه داده اند که با استفاده از هوش مصنوعی و بدون نیاز به عکس های واضح از منبع، نویز تصاویر را از بین می برد.
شرح خبر
این گروه متشکل از محققان انویدیا، MIT و دانشگاه آلتو در توسعه این سیستم از یادگیری عمیق بهره برده اند که بر خلاف روش های قبلی نیازی به مشاهده نمونه های کامل از تصویر مورد نظر داشته و تنها با استفاده از داده های ناقص یا دو تصویر غیر واضح به افزایش کیفیت تصاویر می پردازد. علاوه بر این نتیجه نهایی افزایش کیفیت، حذف متون یا اصلاح تصویر نسبت به روش های قبلی به مراتب بهتر است.
یادگیری عمیق گونه ای از یادگیری ماشینی است که در آن سیستم با کمک هوش مصنوعی نحوه بازیابی تصاویر دارای نویز از طریق کنار هم قرار دادن تصاویر، متون یا ویدیوها را فرا می گیرد. یکی دیگر از قابلیت های جالب توجه سیستم جدید افزایش کیفیت تصاویر در عرض چند میلی ثانیه است. مبنای کار هوش مصنوعی در این سیستم بر شبکه عصبی استوار است که با استفاده از تصاویر دارای نویز آموزش دیده است. در این روش هوش مصنوعی علی رغم عدم نیاز به تصاویر واضح از منبع باید دوبار تصویر را مشاهده کند.
آزمایشات این گروه نشان داده که از تصاویر تخریب شده از طریق نویزهایی نظیر «گاوسی افزایشی»، «پواسون» یا ترکیب آنها می توان برای تولید تصاویر بهینه ای استفاده کرد که کیفیت آنها با تصاویر بازیابی شده از عکس های بدون مشکل تقریبا برابر است. کاربردهای علمی این سیستم مبتنی بر یادگیری عمیق شامل زمینه های پزشکی است که در آن می توان کیفیت اسکن های MRI و تصاویر دیگر را به شکل چشمگیری افزایش داد.
چند ماه قبل نیز تیم تحقیقاتی انستیتوی «ماکس پلانک» به رهبری دکتر مهدی سجادی، الگوریتمی را توسعه داده بودند که با بهره گیری از هوش مصنوعی وضوح تصاویر بی کیفیت را تا حد زیادی بهبود می بخشید.
ربات‌هایی که در زمینه سلامتی فعالیت می کنند دو کاربرد عمده دارند. یک دسته از این رباتها به افراد با بیماری های مختلف، مثلا مبتلایان به ام اس کمک می کنند و دسته ای دیگر، به زیرمجموعه های سیستم‌های بهداشتی و سلامتی مثلا بیمارستآن‌ها و داروخانه ها کمک می کنند.
اتوماسیون خانگی برای افراد مسن و یا معلول
ربات‌هایی که در اتوماسیون خانگی مورداستفاده قرار می‌گیرند در طول زمان، از دستیار های ساده ای مانند Handy 1 به رباتهای نیمه خودگردان پیشرفته ای مانند FRIEND تبدیل شده‌اند که می‌تواند افراد مسن یا معلول را در انجام کارهای روزمره شان کمک کند.
امروزه، سن متوسط جمعیت در بسیاری از کشور ها، به‌خصوص در ژاپن در حال افزایش است. معنای این نکته این است تعداد افراد مسنی که به مراقبت احتیاج دارند در حال زیاد شدن است اما تعداد افراد جوان که برای مراقبت از آنها لازم است به نسبت کمتر است. انسانها همواره نقش بهترین مراقبت کننده را بازی خواهند کرد اما در صورتی که انسانها در دسترس نباشند، این رباتها هستند که به طور تدریجی این مسئولیت را به عهده خواهند گرفت.
FRIEND یک ربات نیمه خودگردان است که برای کمک به افراد مسن و معلول در انجام کار های روزانه شان، مثلا درست کردن غذا و سرو آن، طراحی شده است. FRIEND برای بیمارانی که از پاراپلژی(ناتوانی کامل پا و تنه در حرکت) رنج می رند، دچار بیماری های عضلانی هستند و یا به دلیل سکته و موارد دیگر دچار فلج کامل عضلات شده‌اند کمک می کند تا بدون نیاز به پرستار، بتوانند کارهای مختلفی را انجام دهند.
یک نمونه از ربات های پیشرفته مشهور به Friend
داروخانه ها
شرکت Script Pro رباتی را تولید کرده که به داروخانه ها کمک می کند تا نسخه هایی را که شامل جامدات خوراکی یا قرص های دارویی مختلف هستند، بپیچند.
داروساز یا تکنیسین داروخانه، اطلاعات نسخه را در سیستم اطلاعات داروخانه وارد می کند. سیستم با مشخص کردن این‌که آیا دارو های ذکر شده در داخل ربات موجود هستند یا خیر، اطلاعات را به ربات می فرستد تا نسخه را بپیچد. این ربات سه ظرف مخصوص دارو با اندازه های مخصوص برای پر کردن دارد که اندازه آنها از اندازه قرص ها تبعیت می کند. زمانی که موجودی دارو های داخل ربات در حال پر شدن هستند، تکنیسین ربات یا مسئول داروخانه اندازه ظرف مورد نیاز را بر اساس اندازه قرص ها تعیین می کند. بعد از این‌که ظرف مخصوص دارو پر شد، یک نوار نقاله آن را به یک نگه دارنده تحویل می دهد. در این قسمت نگه دارنده، ظرف دارو را در جای خود نگه می دارد و در عین حال، با چرخاندن آن حول محور مرکزی، امکان چسباندن برچسب نام بیمار را بر روی ظرف را فراهم می کند. پس از این‌که ربات برچسب لازم را بر روی طرف دارو چسباند، ظرف مجددا به نوار نقاله دیگری سپرده می شود و این بار ظرف حاوی دارو به شیاری که در بالای آن نام بیمار با استفاده از چراغ های LED نمایش داده شده است فرستاده می شود. در این حالت، داروساز یا تکنیسین داروخانه، محتویات ظرف را چک می کند تا مطمئن شود، داروی صحیح برای فرد صحیح پر شده است و سپس ظرف را بسته بندی می کند و آن را به قسمت جلو داروخانه می فرستد تا به بیمار تحویل داده شود. این ربات از نظر زمانی بسیار پربازده است.
ربات Robot RX محصول شرکت McKesson یکی دیگر از محصولات رباتیک مربوط به سلامتی است که به داروخانه ها کمک می کند در طول روز هزاران دارو را بدون هیچ خطا یا با خطایی بسیار کم، توزیع کنند. این ربات می‌تواند عرضی معادل ۱۰ فوت و طولی معادل ۳۰ فوت داشته باشد و صدها نوع داروی مختلف را با دوز های متفاوت در خود جای می دهد. با کمک این ربات، داروخانه در منابع مختلف مثلا نیروی انسانی صرفه جویی می کند.
این دستگاه از یک هِد الکترومکانیکی در کنار یک سیستم پنوماتیکی( با فشار هوا) استفاده می کند تا دارو های مختلف با دوز های متفاوت را بردارد و آن را به محل تحویل یا به محل انبار دارو های خود منتقل کند. هِد دستگاه در راستای یک محور حرکت می کند و در عین حال می‌تواند ۱۸۰ درجه بچرخد تا دارو های مختلف را از قسمت های مختلف بردارد. در طول این فرآیند، ربات از فنّاوری بارکد استفاده می کند تا مطمئن شود در حال برداشتن داروی صحیح است. سپس ربات این دارو را به سبد مخصوص بیمار که بر روی یک نوار نقاله قرار گرفته است منتقل می کند. وقتی سبد با همه داروهایی که بیمار به آن نیاز دارد پر شد، سبد آزاد می شود و از طریق نوار نقاله به دست تکنیسین داروخانه می رسد که منتظر است تا آن را به سبدی دیگر منتقل کرده و به طبقه اصلی داروخانه ببرد.
رباتهای تحقیقاتی
اگرچه امروزه بیشتر رباتها در منازل یا کارخانه ها مورداستفاده قرار می‌گیرند و کار های بسیار مفیدی را انجام میدهند، انواع جدید رباتها در آزمایشگاه های مختلفی در سرتاسر جهان در حال توسعه یافتن هستند. بیشتری تحقیقاتی که در حاضر در زمینه رباتیک انجام می شود بر روی کار های مخصوص به یک صنعت خاص متمرکز نیست بلکه عمده تحقیقات در زمینه ساخت انواع جدیدی از رباتها و روش‌های مختلف برای طراحی و تولید آنها می باشد. انتظار می‌رود زمانی که ساخت انواع جدید رباتها در مقیاس بزرگ عملی شود، آنها بتوانند مسائل دنیای واقعی را حل کنند.
رباتهای بیونیک و بیومیمتیک(زیست تقلید)
یکی از نگرش های موجود برای طراحی رباتها، این است که آنها را بر اساس حیوانات طراحی کنند. رباتی به نام بیونیک کانگورو با مطالعه و اِعمال فیزیولوژی و روش‌های حرکتی کانگورو طراحی و ساخته شد.
نانو رباتها
نانو رباتیک، یک زمینه فنّاوری در حال ظهور است که هدف آن ساخت ماشین‌ها یا ربات‌هایی است که اجزای آنها ابعادی نزدیک یا برابر با ابعاد میکروسکوپی نانومتر(۱۰−۹ متر) دارند. این رباتها که با نام نانوبات نیز شناخته می‌شوند از ماشینهای مولکولی ساخته می‌شوند. تاکنون محققان بیشتر توانسته اند قطعات مختلف این سیستم‌های پیچیده مانند یاتاقان، سنسورها و یا موتور های مولکولی مصنوعی را تولید کنند، البته نانو رباتهای کامل نیز ساخته‌شده‌اند که برای نمونه میتوان به شرکت‌کنندگان مسابقات روبوکاپ نانوربات‌ها اشاره کرد.
محققان همچنین امیدوارند تا بتوان رباتهای کاملی را بسازند که به اندازه ویروس ها یا باکتری ها باشند و بتوانند کار های مختلفی را در مقیاس بسیار کوچک انجام دهند. از کاربرد ها احتمالی این گونه رباتها میتوان به عمل جراحی در مقیاس میکروسکوپی (در مقیاس سلول های بدن)، استفاده از چندین نانو ربات در کنار هم (Utility Fog) و کاربردهای بسیار زیاد در تولید، تسلیحات جنگی و نظافت اشاره کرد. برخی افراد معتقدند اگر نانو ربات‌هایی وجود داشته باشد که بتوانند تکثیر شوند، سناریوی Grey goo اتفاق می‌افتد. در این سناریو، نانوربات‌ها به قدری تکثیر می‌شوند که به این شیوه همه چیز را در جهان می بلعند و اکوسیستم را با تغییر هر آنچه برای آنها نامطبوع است تخریب خواهند کرد. البته عده دیگری معتقدند چنین سناریو فرضی کاملا مهمل است.
نانو ربات Utility Fog
رباتهای شکل پذیر
تاکنون چندین محقق امکان ساخت ربات‌هایی را که می‌توانند شکل فیزیکی خود را تغییر دهند تا برای انجام کاری خاص مناسب باشند را بررسی کرده‌اند که برای نمونه میتوان به ربات تخیلی T-1000 در فیلم ترمیناتور اشاره کرد. با این وجود، رباتهای واقعی اصلا به پیچیدگی T-1000 نیستند و عمدتاً از تعداد کمی اجزای مکعبی شکل تشکیل شده‌اند که می‌توانند نسبت به اجزای مجاورشان حرکت کنند. در صورتی که چنین ربات‌هایی به واقعیت تبدیل شوند، الگوریتم هایی نیز برای آنها طراحی شده است.
رباتهای نرم تن
این دسته از رباتها از بدنه های سیلیکونی و محرک های انعطاف پذیر( ماهیچه های مصنوعی پنوماتیکی، پلیمر های الکترواکتیو و فروسیال ها) ساخته‌شده‌اند و ظاهری متفاوت نسبت به رباتهای با ساختار صلب دارند. این رباتها می‌توانند رفتار ها و کاربردهای مختلفی داشته باشند.
رباتهای ازدحامی
این گونه از رباتها، از کلونی حشراتی مانند زنبورعسل و مورچه ها الهام گرفته شده‌اند. محققان در حال تلاشند تا با مدل سازی رفتار زنبور ها و مورچه ها، ازدحامی از هزاران ربات کوچک بسازند که بتوانند با کمک یکدیگر، کار های مفیدی مانند پیدا کردن یک شی مخفی، نظافت و یا جاسوسی را انجام دهند. هر ربات عضو مجموعه، بسیار ساده است اما رفتار ناشی از ظهوریافتگی این مجموعه پیچیده تر است. در واقع همان طور که یک کلونی مورچه را میتوان به‌عنوان یک ابر ارگانیسم در نظر گرفت که دارای هوش ازدحامی است؛ به طور مشابه نیز میتوان کل مجموعه این رباتها را به‌عنوان یک مجموعه توزیع شده در نظر گرفت. بزرگترین مجموعه ربات‌هایی که تاکنون ساخت شده‌اند شامل مجموعه iRobot، رباتهای پروژه CentiBots و مجموعه رباتهای پروژه منبع باز Micro-robotic هستند که از آنها برای تحقیق بر روی رفتار گروهی رباتها استفاده می شود. مجموعه رباتها، در برابر خرابی مقاوم تر هستند. در حالی که یک ربات بزرگ ممکن است خراب شود و یک ماموریت را به طور کامل نابود کند، یک مجموعه از رباتها، حتی با از دست دادن چند عضو نیز به کار خود ادامه خواهد داد. این ویژگی، رباتهای ازدحامی را به گزینه های هیجان انگیز و جذاب برای اکتشافات فضایی تبدیل کرده است زیرا در این گونه ماموریت ها، شکست در ماموریت معمولا هزینه های بسیار بالایی را در بر دارد.
نمایی از ریز ربات های ازدحامی یا گروهی
رباتهای رابط لمسی
رباتیک در طراحی رابط های واقعیت مجازی نیز کاربرد دارد. امروزه، رباتهای مخصوص در زمینه تحقیقات مربوط به فناوری لمسی به طور گسترده ای مورداستفاده قرار می‌گیرند. این رباتها، که به آنها “رابط های لمسی” گفته می شود، امکان تعامل کاربر را به‌صورت لمسی با محیط های واقعی و مجازی فراهم می کنند.در واقع در این فرآیند، نیرو های رباتیکی امکان شبیه‌سازی خواص مکانیکی اجسام مجازی را فراهم می کنند و در نتیجه، کاربر می‌تواند آنها را از طریق حس لامسه خود، احساس کند.
رباتها در فرهنگ عامه
ربات در ادبیات
شخصیت های رباتی، اندروید ها ( زنان و مردان مصنوعی)، ژینوئید ها (زنان مصنوعی) و سایبورگ ها (انسان‌هایی که از اجزای مکانیکی مختلفی در بدن خود بهره می‌برند) به رکن اساسی داستانهای علمی – تخیلی تبدیل شده‌اند.
در ادبیات غربی، اولین اشاره به خدمتکار های مکانیکی در کتاب ایلیاد که توسط هومر نوشته شده مطرح می شود. در کتاب هجدهم، هفائستوس، خدای آتش با کمک رباتها زره جدیدی را برای آَشیل قهرمان می سازد. بنا به نسخه ترجمه شده توسط Rieu، “خدمتکاران طلایی به کمک اربابشان شتافتند؛ آنها شبیه به زنان واقعی بودند و نه تنها می‌توانستند صحبت کنند و از اعضای بدنشان استفاده کنند بلکه، خدایان جاودان به آنها هوش عطا کرده بودند و مهارت کار دستی را به آنها آموخته بودند.” البته واضح است که از کلمات ربات یا ربات انسان‌نما برای توصیف این خدمتکاران استفاده نشده است اما در هر حال، این خدمتکاران، دستگاه‌هایی مکانیکی بودند که ظاهری شبیه به انسان داشتند. همان طور که گفته شد، اولین استفاده از کلمه ربات در نمایشنامه کارخانه ربات‌سازی روسوم که توسط کارل چاپک، نویسنده اهل جمهوری چک اتفاق افتاده است.
شاید بتوان ایزاک آسیموف (۱۹۲۰-۱۹۹۲) را پرکارترین نویسنده قرن بیستم دانست. او بیش از ۵۰۰ کتاب منتشر کرد. همه آسیموف را به خاطر داستانهای علمی-تخیلیش به خاطر دارند؛ به‌خصوص آن داستان‌هایی که مربوط به رباتها بودند. آسیموف، رباتها و تعامل آنها با جامعه را نقطه مرکزی بسیاری از داستانهای خود قرار داده بود. او با دقت فراوان مسئله دستورالعمل های ایده آلی را که ممکن بود به یک ربات داده شود تا خطرش برای انسانها کمتر شود را در نظر گرفت و در نهایت، توانست سه قانون اصلی رباتیک خود را به این ترتیب بیان کند:
یک ربات نمی‌تواند به انسان صدمه بزند یا با واکنش نشان ندادن، اجازه دهد تا یک انسان صدمه ببیند
یک ربات باید به استثنا مواردی که منجر به نقض قانون اول می شود، از دستوراتی که توسط انسان به او داده می شود اطاعت کند
یک ربات باید تا زمانی که محافظت از خودش منجر به نقض قانون های اول و دوم نشود، از موجودیت خود محافظت کند.
او این قوانین را اولین بار در سال ۱۹۴۲ در داستان کوتاهی به نام Runaround معرفی کرد. البته این قوانین به طور ضمنی در چند داستان قبلی او نیز مطرح‌شده بودند. بعد ها، آسیموف قانون صفرم را نیز به این مجموعه اضافه کرد: “یک ربات نمی‌تواند به بشریت آسیب رساند یا با واکنش نشان ندادن، اجازه دهد تا بشریت آسیب ببیند.” قانون های بعدی نیز برای در نظر گرفتن این قانون، کمی تغییر کردند.
بنا به فرهنگ لغت انگلیسی آکسفورد، اولین بخش از داستان کوتاه آسیموف به نام دروغگو(۱۹۴۱) که در آن به قانون اول نیز به طور ضمنی اشاره می شود، اولین مورد ثبت‌شده استفاده از کلمه رباتیک است.نکته جالب این است که آسیموف خود از این موضوع خبر نداشت؛ او فکر می کرد این واژه که شباهت زیادی با واژه های مکانیک، هیدرولیک و واژه های مشابه دیگر که به شاخه های مختلف علوم کاربردی اشاره دارند، از قبل وجود داشته است.
ربات در فیلم ها
رباتها در فیلم های بسیاری دیده شده‌اند. بیشتر ربات‌هایی که در سینما دیده می‌شوند تخیلی هستند. به‌عنوان نمونه هایی از رباتهای تخیلی میتوان به رباتهای R2-D2 و C-3PO از مجموعه فیلم های جنگ ستارگان و ربات T800 در فیلم ترمیناتور اشاره کرد.
ربات T800 در مجموعه فیلم های ترمیناتور
رباتهای جنسی
مفهوم رباتهای شبیه به انسان که کارکردشان، برطرف کردن نیاز های جنسی انسان است هم باعث جلب توجه عمومی و هم باعث نگرانی های بسیاری شده است. مخالفین این مفهوم معتقدند توسعه رباتهای جنسی از نظر اخلاقی درست نیست. آنها ادعا می کنند ساخت چنین دستگاهی، آسیب های اجتماعی بسیاری را در پی خواهد داشت و باعث تحقیر زنان و کودکان خواهد شد.
مشکلاتی که در فرهنگ عامه نشان داده شده است
ترس و نگرانی از رباتها، به طور گسترده ای در کتاب ها و فیلم های مختلف بیان شده است. یکی از زمینه های معمول، تشکیل نژادی برتر از رباتهای خودآگاه و کاملا هوشمند است که برای براندازی یا نابودی انسانها تلاش می کنند. رمان فرانکنشتاین(۱۸۱۸) که به‌عنوان اولین رمان علمی-تخیلی شناخته می شود نیز با این زمینه که یک ربات بتواند جای خالق خود را بگیرد مترادف شده است.
کار های دیگری که زمینه ای مشابه دارند شامل مرد مکانیکی، ترمیناتور، من-ربات و یا سه گانه ماتریکس هستند. برخی از رباتهای تخیلی برای کشتن و نابود کردن برنامه ریزی شده‌اند؛ برخی دیگر با به‌روزرسانی نرم افزار و سخت افزار خود، به هوش و توانایی‌های فرا انسانی دست می یابند. نمونه های دیگری از رسانه هایی که در آن رباتها به موجودات شیطانی تبدیل می‌شوند شامل ۲۰۰۱: A Space Odyssey، Red Planet و Enthiran هستند.
بازی کامپیوتری Horizon Zero Dawn به زمینه هایی چون استفاده از رباتها به‌عنوان سلاح، مسائل اخلاقی مربوط به رباتها و مسئله کنترل هوش های مصنوعی می پردازد و همچنین اثرات مثبت و یا منفی چنین فنّاوری هایی را بر روی محیط زیست را مطرح می کند.
یکی دیگر از زمینه های بسیار متداول، حس اضطراب و حتی عصبانیت انسانها در مواجه با رباتهای انسان‌نمایی است که رفتارشان هیچ‌گونه فرقی با انسان‌های عادی ندارد. از نظر علمی به این پدیده دره وهمی گفته می شود.
اخیرا، استفاده از رباتهای هوشمند در فیلم هایی مانند A.I. Artificial Intelligence و Ex Machina و همچنین سریال تلویزیونی Westworld ( محصول سال ۲۰۱۶) باعث ایجاد حس همدردی مخاطبان نسبت به خود رباتها شده است.
ربات را می توان دستگاهی خود کنترل با قابلیت برنامه ریزی، متشکل از اجزای الکتریکی، الکترونیکی یا مکانیکی تعریف کرد. به عبارتی دیگر، ربات ماشینی است که به جای یک مأمور زنده عمل می کند.
ربات ها به ویژه برای انجام وظایف و مشاغل خاصی مطلوبند، زیرا بر خلاف انسان هیچ وقت خسته می شوند؛ می توانند شرایط فیزیکی ای را تحمل کنند که ناراحت کننده و حتی خطرناک است؛ می توانند در شرایط بدون هوا کار کنند؛ تکرار آنها را خسته نمی کند و از کاری که در دست دارند پریشان حواس و گیج نمی شوند.
مفهوم ربات بسیار قدیمی است اما واژه آن در قرن بیستم از کلمه چک-اسلواکی روباتا (robota) یا رباتنیک robotnik))، به معنی برده، بنده و کار اجباری اختراع شد.روبات ها مجبور نیستند دایم مراقب باشند و یا مانند انسان ها رفتار کنند، اما باید انعطاف پذیر باشند به طوری که بتوانند کارهای مختلفی را انجام دهند.
روبات های صنعتی اولیه، مواد رادیواکتیو را در آزمایشگاه های اتمی به کار می گرفتند. آنها با اتصالات مکانیکی و کابل های فولادی به هم متصل می شدند. امروزه بازوهای رباتی واقع در مسافت هایی دور را می توان با فشار دکمه، سوییچ و یا سکان هدایت و دسته فرمان حرکت داد.
در ربات های کنونی سیستم های حسی ای ایجاد شده که اطلاعات را پردازش می کنند و طوری کار می کنند که انگار مغزهای پیشرفتهای دارند.“مغز” آنها در واقع شکلی از هوش مصنوعی رایانه ای ((artificial intelligence (AI) است. AI به ربات اجازه می دهد تا موقعیت را درک کند و برای انجام دادن یا ندادن یک سری از کارها بر اساس آن شرایط تصمیم گیری کند.
ناسا چگونه از روبات ها استفاده می کند؟
ناسا از روبات ها برای انجام کارهای مختلفی بهره می برد. بازوهای رباتیک می توانند اشیای بزرگی را در فضا حرکت دهند. فضاپیمای رباتیک می تواند از جهان های دیگر دیدار کند. هواپیماهای رباتیک هم می توانند بدون خلبان پرواز کنند.
یک ربات می تواند دارای هر یک از اجزای زیر باشد:
⇐اثر کننده ها (effectors)، “بازوها”، “دستان” و “پاها“ ⇐ حس گرها (سنسورها) – قطعاتی که مانند حواس عمل می کنند و می توانند اشیا و یا چیزهایی مانند گرما و نور را شناسایی کنند و اطلاعات شیء را به نمادهایی تبدیل کنند که رایانه ها بفهمند. ⇐ رایانه – مغزی که حاوی دستورالعمل هایی به نام الگوریتم است تا ربات را کنترل کند. ⇐ تجهیزات – این شامل ابزار و وسایل مکانیکی است.
ویژگی هایی که روبات ها را از ماشین آلات معمولی متفاوت می کند این است که ربات ها معمولاً به خودی خود عمل می کنند، به محیط اطرافشان حساسند، خود را با تغییرات محیط و یا با اشتباهات در عملکرد قبلی انطباق می دهند، وظیفه گرا هستند و اغلب توانایی آن را دارند که سعی کنند روش های مختلف را برای به انجام رساندن وظیفه شان به کار بندند.
به طور کلی روبات های صنعتی عادی دستگاه های سخت و محکم و سنگینی هستند که کارشان محدود به تولید است. آنها در محیط هایی با ساختار دقیق عمل می کنند و تنها یک وظیفه بسیار تکراری را تحت کنترل و به صورت از پیش برنامه ریزی شده انجام می دهند.
اما ربات های کنترل از راه دور(Teleoperated) در محیط هایی با ساختارهایی نیم بند مانند دریا و تأسیسات هسته ای مورد استفاده قرار می گیرند. آنها وظایفی غیر تکراری انجام می دهند و اعمال کنترل بر زمان کار آنها محدودتر شده است.
رباتیک مطالعه روبات ها است. چنان که گفته شد روبات ها ماشین هایی هستند که برای انجام کارهایی مورد استفاده قرار گیرند. برخی از ربات ها می توانند خودبه خود کارشان را انجام دهند. در مورد بقیه روبات ها همیشه باید فردی وجود داشته باشد که به آنها بگوید چه کار کنند.
۱۹۲۰: نمایش نامه نویس چک اسلواکی Karl capek، کلمه ربات را در نمایش«رباتهای جهانی روسیه» استفاده کرد این جمله از کلمه چکی « Robota» به معنی« کوشش ملال آور» آمده است. ۱۹۳۸: نخستین الگوی قابل برنامه‌ریزی که یک دستگاه سم‌پاشی بود، توسط دو آمریکایی به نام‌های Willard pollard و Harold Roselund برای شرکت devilbiss طراحی شد. ۱۹۴۲: ایزاک آسیموفRunaround را منتشر کرد و در آن قوانین سه‌گانه رباتیک را تعریف کرد.
۱۹۴۶: ظهور کامپیوتر: George Devol، با استفاده از ضبط مغناطیسی، یک دستگاه playback همه منظوره، برای کنترل ماشین به ثبت رساند. John Mauchly اولین کامپیوتر الکترونیکی (ENIAC) را در دانشگاه پنسیلوانیا ساخت. در MIT، اولین کامپیوتر دیجیتالی همه منظوره (Whirl wind) اولین مسئله خود را حل کرد. ۱۹۵۱: در فرانسه Reymond Goertz اولین بازوی مفصلی کنترل از راه دور را برای انجام مأموریت هسته‌ای طراحی کرد. طراحی آن مبتنی بر کلیه روابط متقابل مکانیکی بین بازوی اصلی و فرعی با استفاده از روش متداول تسمه و قرقره بود که نمونه‌هایی برگرفته از این طرح هنوز هم در مواردی که نیاز به لمس نمونه‌های کوچک هسته‌ای است، دیده می‌شود. ۱۹۵۴: George Devol اولین ربات قابل برنامه‌ریزی را طراحی و عبارت جهانی اتوماسیون را ابداع کرد. این امر زمینه‌ای برای نام‌گذاری این شرکت به Unimation در آینده شد. ۱۹۵۹: Marvin Minsky و John McCarthy آزمایشگاه هوش مصنوعی را در MIT بنا نهادند.
۱۹۶۰: Unimation توسط شرکت Coudoc خریداری شد و توسعه سیستم رباتهای آن آغاز گردید. کارخانجات ساخت تراشه مانند AMF پس از آن شناخته شدند و اولین ربات استوانه ای شکل به نام Versatran که توسط Harry Johnson&Veljkomilen kovic طراحی شده بود، فروش رفت. ۱۹۶۲: جنرال موتورز اولین ربات صنعتی را از Unimation خریداری کرد و آن را در خط تولید خود قرار داد. ۱۹۶۳: John Mccarthy آزمایشگاه هوش مصنوعی دیگری از دانشگاه استنفورد بنا کرد. ۱۹۶۴: آزمایشگاه‌های تحقیقاتی هوش مصنوعی در M.I.T ،مؤسسات تحقیقاتی استنفورد (SRI)، دانشگاه استنفورد و دانشگاه ادین برگ گشایش یافت. ۱۹۶۴: رباتیک C&D پایه گذاری شد. ۱۹۶۵: دانشگاه Carnegie Mellon مؤسسه رباتیک خود را تأسیس کرد.
۱۹۶۵: حرکت یکنواخت ( Homogeneous Trans formation) در شناخت نحوه حرکات ربات به کار رفت. این روش امروزه به عنوان نظریه اسامی رباتیک وجود دارد. ۱۹۶۵: ژاپن ربات Verstran ( نخستین رباتی که به ژاپن وارد شد) را از AMF خریداری کرد. ۱۹۶۸: کاوازاکی مجوز طراحی رباتهای هیدرولیک را از Unimation گرفت و تولید آن را در ژاپن آغاز کرد. ۱۹۶۸: SRI،Shakey (یک ربات سیار با قابلیت بینایی و کنترل با یک کامپیوتر به اندازه یک اتاق) را ساخت. ۱۹۷۰: پروفسور victor sheinman از دانشگاه استنفورد بازوی استاندارد را طراحی کرد. ساختار ترکیب حرکتی او هنوز هم به بازوی استاندارد معروف است. ۱۹۷۳: Cincinnate Milacron اولین مینی کامپیوتر قابل استفاده تجاری که با رباتهای صنعتی کنترل می شد(T3) را عرضه کرد. ( طراحی توسطRichard Hohn ) ۱۹۷۴: پروفسور Victor Scheinman، سازنده بازوی استاندارد، Inc Vicarm را جهت فروش یک نسخه برای کاربردهای صنعتی ساخت. بازوی جدید با یک مینی کامپیوتر کنترل می‌شد. ۱۹۷۶: Vicarm Inc در کاوشگر فضایی وایکینگ ۱و۲ استفاده شد. یک میکرو کامپیوتر هم در طراحی vicarm به کار رفت.
۱۹۷۷: یک شرکت ربات اروپایی (ASEA)، دو اندازه از رباتهای قدرتمند الکتریکی صنعتی را عرضه کرد که هر دو ربات از یک کنترلر میکرو کامپیوتر برای برنامه ریزی عملکرد خود استفاده می‌کردند. ۱۹۷۷: Inc, Unimation vicarm را فروخت. ۱۹۷۸: unimation با استفاده از تکنولوژی Vicarm ( puma) ماشین قابل برنامه‌ریزی برای مونتاژ( puma) را توسعه داد . امروزه همچنان میتوان puma را در بسیاری از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی یافت. ۱۹۷۸: ماشین خودکار Brooks تولید شد. ۱۹۷۸: IBM و SANKYO ربات با بازوی انتخاب کننده، جمع کننده و مفصلی (SCARA) که در دانشگاه Yamanashi ژاپن برنامه‌ریزی و تولید شده بود، را فروختند. ۱۹۸۰: Cognex تولید شد.
۱۹۸۱: گروه رباتهای CRS عرضه شد. ۱۹۸۲: Fanuc از ژاپن و جنرال موتورز درGM Fanuc برای فروش ربات در شمال آمریکا قرار داد بستند. ۱۹۸۳: تکنولوژی Adept عرضه شد. ۱۹۸۴: Joseph Engelberger ایجاد تغییرات در رباتیک را آغاز کرد و پس از آن نام رباتهای کمکی (Helpmate) به رباتهای خدماتی توسعه یافته (developed service Robots) تغییر یافت. ۱۹۸۶: با خاتمه یافتن مجوز ساخت Unimation، کاوازاکی خط تولید رباتهای الکتریکی خود را توسعه داد. ۱۹۸۸: گروه Staubli، Unimation را از Westing house خرید. ۱۹۸۹: تکنولوژی Sensable عرضه شد.
۱۹۹۴: یک ربات متحرک شش پا از مؤسسه رباتیک CMUیک آتشفشان در آلاسکا را برای نمونه‌برداری از گازهای آتشفشانی کاوش کرد. ۱۹۹۷: ربات راه‌یاب مریخ ناسا از زمانی‌که ربات وارد مریخ شد تصاویری از جهان را ضبط و ربات سیار Sojourner تصاویری از سفرهایش به سیاره‌های دور را ارسال کرد. ۱۹۹۸: Honda نمونه ای از p3 (هشتمین نمونه در پروژه طراحی شبیه انسان ) که در ۱۹۸۶ آغاز شده بود را عرضه کرد. ۲۰۰۰: Honda نمونه آسیمو نسل بعدی از سری رباتهای شبیه انسان را عرضه کرد.
۲۰۰۰: Sony از ربات شبیه انسان خود که لقب SDR ( Sony Dream Robots) را گرفت، پرده برداری کرد. ۲۰۰۱: Sony دومین نسل از رباتهای سگ Aibo را عرضه کرد. ۲۰۰۱: سیستم کنترل از راه دور ایستگاه فضایی(SSRMS ) توسط مؤسسه رباتیک MD در کانادا ساخته و با موفقیت به مدار پرتاب شد و عملیات تکمیل ایستگاه فضایی بین‌المللی را آغاز کرد.
كلمه ربات بعد از به صحنه درآمدن یك نمایش در سال۱۹۲۰ میلادی در فرانسه متداول و مشهور گردید. در این نمایش كه اثر«كارل كپك» بود، موجودات مصنوعی شبیه انسان، وابستگی شدیدی‌نسبت به اربابان خویش از خود نشان می‌دادند. این موجودات مصنوعی‌شبیه انسان در آن نمایش، ربات نام داشتند. در حال حاضر ربات‌هایی را كه در شاخه‌های مختلف صنایع مورداستفاده می‌باشند، میتوان به عنوان «ماشینهای مدرن، خودكار، قابل‌هدایت و برنامه‌ریزی»تعریف كرد. این رباتها قادرند در محل‌های‌متفاوت خطوط تولید، به طور خودكار، وظایف گوناگون تولیدی را تحت‌یك برنامه از پیش نوشته شده انجام دهند.
گاهی ممكن است یك‌ربات، جای اپراتور در خط تولید بگیرد و زمانی این امكان هم وجوددار كه یك كار مشكل و یا خطرناك به عهده ربات واگذار شود.همانطور كه یك ربات می‌تواند به صورت منفرد یا مستقل به كاربپردازد، این احتمال نیز وجود دارد كه چند ربات به صورت جمعی و به‌شكل رایانه‌ای در خط تولید به كار گرفته شوند. رباتها عموماً دارای ابزار و آلاتی هستند كه به وسیله آنهامی‌توانند شرایط محیط را دریابند.این آلات و ابزار «حس كننده» نام دارند، رباتها می‌توانند در چارچوب برنامه اصلی خود، برنامه‌های‌جدید عملیاتی تولید نمایند. این رباتها دارای سیستم‌های كنترل وهدایت خودكار هستند.
رباتهای صنایع علاوه بر این كه دارای راندمان، سرعت، دقت وكیفیت بالای عملیاتی می‌باشند، از ویژگی‌های زیر نیز برخوردارند: – بسیاری از عملیات طاقت فرسا و غیرقابل انجام توسط متصدیان رامی‌توانند انجام دهند. – آنها، برخلاف عامل انسانی یعنی متصدی خط تولید، قادر هستند سه‌شیفت به كار بپردازند و در این خصوص نه منع قانونی وجود دارد و نه‌محدودیت‌های فیزیولوژیكی نیروی كار. – هزینه‌های مربوط به جلوگیری از آلودگی صوتی، تعدیل هوا و فراهم‌آوردن روشنایی لازم برای خط تولید، دیگر بر واحد تولید تحمیل‌نخواهد شد.
– برای اضافه كاری این رباتها، هزینه اضافی پرداخت نمی‌شود.حق بیمه، حق مسكن و هزینه ایاب و ذهاب پرداخت نمی‌شود. احتیاج به‌افزایش حقوق ندارند و هزینه‌این نیز از بابت بهداشت و درمان بر واحدتولیدی تحمیل نمی‌كنند. ویژگی‌های ذكر شده سبب می‌شوند كه سهم هزینه كار مستقیم نیروی‌انسانی در هزینه محصولات تولیدی، واحدهای تولیدی كاهش پیداكند.
ربات چیست؟
همیشه بین صاحب نظران رباتیک و فعالان رباتیک در دانشگاه ها بحث در مورد تعریف ربات وجود داشته است، گاهی اوقات بر اساس تولید ربات، در شرکتی، تعریفی صنعتی و بر اساس تولید آن شرکت از ربات ارایه می شود و در مواردی نسبت به تکنولوژی ربات توصیف شده است با این همه در زمان کنونی فناوری ساخت ربات در حدی است که با تکیه بر تکنولوژی جدید و پیشرفته کنونی و با کمی آینده نگری می توان تعریف عینی و دست یافتنی از ربات کرد.در این جا چند تعریف معتبر ذکر شده است: بیشتر مردم تصورشان از ربات ،ماشینی است که اعمالی هوشمند شبیه به انسان انجام می دهد.فرهنگ و بستر یک ربات را به این گونه تعریف می کنند: “یک دستگاه یا وسیله خود کاری که قادر به انجام اعمالی است که معمولا به انسانها نسبت داده می شود و یا مجهز به قابلیتی است که شبیه هوش بشری است.” در حال حاضر و با شروع هزاره جدید ، هدف نهایی ،خلق رباتی است که همانند انسان خصوصیات برجسته ای در رفتار ، حرکت ،هوش و ارتباط از خود به نمایش بگذارد.یک ربات هوشمند را میتوان این گونه تعریف کرد:
“یک ربات هوشمند ،ماشین خودکار چند منظوره ای است که طیف وسیعی از وظایف متفاوت را، تحت شرایطی که حتی ممکن است به آن شناخت کافی نداشته باشد ،همانند انسان آن را انجام دهد” موسسه صنعتی آمریکا RAI یا Robotic Industrial Association که شرکتی با سابقه در صنعت رباتیک می باشد و در تولید بازوهای ربات های صنعتی یا (Manipulators) است، این گونه ربات را تعریف می کند: “یک ربات، یک جابجا کننده چند وظیفه ای برنامه پذیر است که برای حرکت دادن مواد ، قطعات ،ابزار ها یا وسایل خاص ،با استفاده از حرکات برنامه ریزی شده قابل تغییر برای تحقق فرامین مختلف ،طراحی شده است. ربات در معنای عام تر و کلی تر یک ماشین الکترومکانیکی هوشمند است، با خصوصیات زیر: ۱- می توان آن را مکرراً برنامه ریزی کرد. ۲- چند کاره است. ۳- Multi Tasking ۴- کارآمد و مناسب برای محیط است و توانایی هماهنگ کردن خود با محیط را دارد. و خلاصه ربات ماشینی است که کاری مستمر و تکراری را بدون خستگی و با سرعت بالا و بدون اشتباه (منظور با خطای کم) انجام دهد
کلمه روباتیک (robatics) اولین بار توسط ایزاک آسیموف در یک داستان کوتاه ارائه شد. ایزاک آسیموف (۱۹۲۰-۱۹۹۲) نویسنده کتابهای توصیفی درباره علوم و داستانهای علمی تخیلی است. ایزاک آسیموفRunaround را منتشر کرد و در آن قوانین سه‌گانه رباتیک را تعریف کرد. هدف رباتیک اتصال هوش از ادراک به رفتار می باشد. رباتیک در اکثر مواقع در حوزه مهندسی برق، مهندسی مکانیک و مهندسی رایانه کاربرد دارد. کنترل کننده ها اولین هدایت کننده های رباتیک بوده اند. استفاده از تئوری کنترل در هدایت سامانه های پیچیده ، موضوع علم سیبرنیتیک است. چرخه حس، طرح و عمل در هوش مصنوعی توسعه ای از علم سیبرنیتیک برای هدایت هوشمند سیستم ها می باشد، در این چرخه تعریف عمومی تری از خطا بکار رفته است و هدف آن حداقل سازی این خطاست. در این چرخه حس وظیفه گرفتن اطلاعات از حسگر های ربات تبدیل آن به دانشی درباره جهان ، وظیفه اخذ دانش و حصول آگاهی، استدلال ، تصمیم گیری و تولید اوامری برای اجرا و عمل وظیفه انجام اوامر را بر عهده دارد.
ربات یک ماشین هوشمند است که قادر است در شرایط خاصی که در آن قرار می گیرد، کار تعریف شده ای را انجام دهد و همچنین قابلیت تصمیم گیری در شرایط مختلف را نیز ممکن است داشته باشد. با این تعریف می توان گفت ربات ها برای کارهای مختلفی می توانند تعریف و ساخته شوند.مانند کارهایی که انجام آن برای انسان غیرممکن یا دشوار باشد. برای مثال در قسمت مونتاژ یک کارخانه اتومبیل سازی، قسمتی هست که چرخ زاپاس ماشین را در صندوق عقب قرار می دهند، اگر یک انسان این کار را انجام دهد خیلی زود دچار ناراحتی هایی مثل کمر درد و …می شود، اما می توان از یک ربات الکترومکانیکی برای این کار استفاده کرد و یا برای جوشکاری و سایر کارهای دشوار کارخانجات هم همینطور. و یا ربات هایی که برای اکتشاف در سایر سیارات به کار میروند هم از انواع ربات هایی هستند که در جاهایی که حضور انسان غیرممکن است استفاده می شوند. علم رباتیک از سه شاخه اصلی تشکیل شده است:
۱ الکترونیک ( شامل مغز ربات) ۲ مکانیک (شامل بدنه فیزیکی ربات) ۳ نرم افزار (شامل قوه تفکر و تصمیم گیری ربات) اگریک ربات را به یک انسان تشبیه کنیم، بخشهایی مربوط به ظاهر فیزیکی انسان را متخصصان مکانیک می سازند مغز ربات را متخصصان الکترونیک توسط مدارای پیچیده الکترونیک طراحی و می سازند و کارشناسان نرم افزار قوه تفکر را به وسیله برنامه های کامپیوتری برای ربات شبیه سازی می کنند تا در موقعیتهای خاص ، فعالیت مناسب را انجام دهد. روباتیک، علم مطالعه فن آوری مرتبط با طراحی، ساخت و اصول کلی و کاربرد روباتهاست. روباتیک علم و فن آوری ماشینهای قابل برنامه ریزی، با کاربردهای عمومی می باشد. برخلاف تصور افسانه ای عمومی از رباتها به عنوان ماشینهای سیار انسان نما که تقریباً قابلیت انجام هر کاری را دارند، بیشتر دستگاههای روباتیک در مکانهای ثابتی در کارخانه ها بسته شده اند و در فرایند ساخت با کمک کامپیوتر، اعمال قابلیت انعطاف، ولی محدودی را انجام می دهند چنین دستگاهی حداقل شامل یک کامپیوتر برای نظارت بر اعمال و عملکردهای و اسباب انجام دهنده عمل مورد نظر، می باشد. علاوه براین، ممکن است حسگرها و تجهیزات جانبی یا ابزاری را که فرمان داشته باشد بعضی از رباتها، ماشینهای مکانیکی نسبتاً ساده ای هستند که کارهای اختصاصی مانند جوشکاری و یا رنگ افشانی را انجام می دهند. که سایر سیستم های پیچیده تر که بطور همزمان چند کار انجام می دهند، از دستگاههای حسی، برای جمع آوری اطلاعات مورد نیاز برای کنترل کارشان نیاز دارند. حسگرهای یک ربات ممکن است بازخورد حسی ارائه دهند، طوریکه بتوانند اجسام را برداشته و بدون آسیب زدن، در جای مناسب قرار دهند. ربات دیگری ممکن است دارای نوعی دید باشد.، که عیوب کالاهای ساخته شده را تشخیص دهد. بعضی از رباتهای مورد استفاده در ساخت مدارهای الکترونیکی، پس از مکان یابی دیداری علامتهای تثبیت مکان بر روی برد، می توانند اجزا بسیار کوچک را در جای مناسب قرار دهند. ساده ترین شکل رباهای سیار، برای رساندن نامه در ساختمانهای اداری یا جمع آوری و رساندن قطعات در ساخت، دنبال کردن مسیر یک کابل قرار گرفته در زیر خاک یا یک مسیر رنگ شده که هرگاه حسگرهایشان در مسیر، یا فردی را پیدا کنند متوقف می شوند. رباتهای بسیار پیچیده تر رد محیط های نامعین تر مانند معادن استفاده می شود. روباتها همانند کامپیوترها قابلیت برنامه ریزی دارند.بسته به نوع برنامه ای که شما به آنها می دهید.کارها وحرکات مختلفی را انجام می دهند.رشته دانشگاهی نیز تحت عنوان روباتیک وجود دارد.که به مسایلی از قبیل سنسورها، مدارات ، فیدبکها،پردازش اطلاعات وبست وتوسعه روباتها می پردازد.روباتها انواع مختلفی دارند از قبیل روباتهای شمشیر باز، دنبال کننده خط،کشتی گیر، فوتبالیست،و روباتهای خیلی ریز تحت عنوان میکرو روباتها،روباتهای پرنده وغیره نیز وجود دارند. روباتها برای انجام کارهای سخت ودشواری که بعضی مواقع انسانها از انجام آنها عاجز یا انجام آنها برای انسان خطرناک هستند.مثل روباتهایی که در نیروگاهای هسته ای وجود دارند.،استفاده می شوند. کاری که روباتها انجام میدهند.، توسط میکرو پروسسرها(microprocessors) و میکروکنترلرها(microcontroller) کنترل می شود.با تسلط در برنامه نویسی این دو می توانید دقیقا همان کاری را که انتظار دارید روبات انجام دهد. روباتهایی شبیه انسان (human robotic)نیز ساخته شده اند.،آنها قادرند اعمالی شبیه انسان را انجام دهند.حتی بعضی از آنها همانند انسان دارای احساسات نیز هستند.بعضی از آنها شکلهای خیلی ساده ای دارند.آنها دارای چرخ یا بازویی هستند که توسط میکرو کنترلرها یا میکرو پرسسرها کنترل می شوند.در واقع میکروکنترلر یا میکرو پروسسر به مانند مغز انسان در روبات کار می کند.برخی از روباتها مانند انسانها وجانوران خون گرم در برخورد و رویارویی با حوادث ومثایل مختلف به صورت هوشمند از خود واکنش نشان می دهند.یک نمونه از این روباتها روبات مامور است. برخی روباتها نیز یکسری کارها را به صورت تکراری با سرعت ودقت بالا انجام می دهند مثل روبات هایی که در کارخانه های خودرو سازی استفاده می شوند.این گونه روبات کارهایی از قبیل جوش دادن بدنه ماشین ، رنگ کردن ماشین را با دقتی بالاتر از انسان بدون خستگی و وقفه انجام می دهند.
