علوم رباتیک

فناوری رباتیک

رباتیک یک بخش میان رشته ای از علم و مهندسی است که به طراحی، ساخت و استفاده از مکانیک به عنوان روبات اختصاص داده می شود. راهنمای ما به شما درک دقیقی از رباتیک، از جمله انواع مختلف ربات ها و نحوه به کارگیری آنها در صنایع می دهد.

• بررسی اجمالی رباتیک
• انواع رباتیک
• robots چگونه کار می کنند؟
• نمونه هایی از رباتیک
• تاریخچه رباتیک
• بررسی اجمالی رباتیک

رباتیک چیست؟

رباتیک نقطه تلاقی علم، مهندسی و فناوری است که ربات‌هایی را تولید می‌کند که همانند یا جایگزین اعمال انسان می‌شوند. فرهنگ پاپ همیشه مجذوب روبات‌ها بوده است – نمونه‌های آن عبارتند از R2-D2، ترمیناتور و WALL-E. این مفاهیم اغراق آمیز و انسان نما از روبات ها معمولاً کاریکاتور واقعی به نظر می رسند. اما آیا آنها بیشتر از آنچه ما تصور می کنیم آینده نگر هستند؟ روبات‌ها در حال به دست آوردن قابلیت‌های فکری و مکانیکی هستند که امکان ساخت ماشین‌های مشابه R2-D2 را دور از دسترس قرار نمی‌دهد.

ربات چیست؟
ربات یک ماشین قابل برنامه ریزی است که می تواند یک کار را تکمیل کند، در حالی که اصطلاح رباتیک رشته تحصیلی متمرکز بر توسعه ربات ها و اتوماسیون را توصیف می کند. هر ربات دارای سطح متفاوتی از استقلال است. این سطوح از ربات های کنترل شده توسط انسان که وظایف را انجام می دهند تا ربات های کاملاً مستقل که وظایف را بدون تأثیرات خارجی انجام می دهند، متغیر است.

با پیشرفت فناوری، دامنه آنچه که رباتیک در نظر گرفته می شود نیز افزایش می یابد. در سال ۲۰۰۵، ۹۰ درصد از تمام ربات ها را می توان در حال مونتاژ اتومبیل در کارخانه های خودروسازی یافت. این ربات‌ها عمدتاً از بازوهای مکانیکی تشکیل شده‌اند که وظیفه آن‌ها جوشکاری یا پیچ کردن قطعات خاصی از خودرو است.

امروز، ما شاهد یک تعریف تکامل‌یافته و گسترده از رباتیک هستیم که شامل توسعه، ایجاد و استفاده از ربات‌هایی است که وظایفی مانند کاوش در سخت‌ترین شرایط سیاره زمین، کمک به اجرای قانون، ساده‌سازی روش‌های جراحی و انجام ماموریت‌های نجات را انجام می‌دهند.

رباتیک تعریف شده است

در حالی که دنیای کلی رباتیک در حال گسترش است، یک ربات دارای برخی ویژگی های ثابت است:

ربات ها از ساختار مکانیکی تشکیل شده اند. جنبه مکانیکی یک ربات به آن کمک می کند تا وظایف خود را در محیطی که برای آن طراحی شده است انجام دهد. به عنوان مثال، چرخ‌های مریخ‌نورد ۲۰۲۰ به‌صورت جداگانه موتوری هستند و از لوله‌های تیتانیومی ساخته شده‌اند که به آن کمک می‌کند زمین‌های خشن سیاره سرخ را محکم بگیرد.
ربات ها به قطعات الکتریکی نیاز دارند که ماشین آلات را کنترل و نیرو می دهند. یک جریان الکتریکی – برای مثال یک باتری – برای تامین انرژی بیشتر ربات ها مورد نیاز است.
ربات ها حداقل دارای سطحی از برنامه نویسی کامپیوتری هستند. بدون کدهایی که به او بگوید چه کاری انجام دهد، یک ربات قطعه دیگری از ماشین آلات ساده خواهد بود. قرار دادن یک برنامه در یک ربات به آن اجازه می دهد تا بداند چه زمانی و چگونه یک کار را انجام دهد.

با ادامه پیشرفت هوش مصنوعی و نرم‌افزار، زودتر شاهد نوید صنعت رباتیک خواهیم بود. به‌زودی، به لطف پیشرفت‌های فناوری، روبات‌ها همچنان درخشان‌تر، انعطاف‌پذیرتر و کارآمدتر خواهند شد. آنها همچنین به عنوان یک نقطه کانونی در کارخانه‌های هوشمند، جایی که چالش‌های پیچیده‌تری را انجام می‌دهند و به امنیت زنجیره‌های تامین جهانی کمک می‌کنند، ادامه خواهند داد.

صنعت رباتیک مملو از یک نوید تحسین برانگیز از پیشرفت است که داستان علمی تخیلی زمانی فقط می توانست در مورد آن رویا داشته باشد. از عمیق‌ترین اعماق اقیانوس‌های ما تا هزاران مایل در فضا، روبات‌هایی پیدا می‌شوند که وظایفی را انجام می‌دهند که انسان‌ها نمی‌توانستند به تنهایی به آن‌ها دست پیدا کنند.

ریشه شناسی ربات

کلمه ربات از کلمه چکی robot گرفته شده است که به معنای “کار اجباری” است. این اصطلاح برای اولین بار در نمایشنامه R.U.R در سال ۱۹۲۰ ظاهر شد، در مورد شخصیت های نمایشنامه که کارگران تولید انبوه ناتوان از تفکر خلاق بودند.

انواع رباتیک

ربات‌های خودکار در اشکال و اندازه‌های مختلف هستند تا وظایف طراحی شده خود را به نحو احسن انجام دهند. همه ربات ها از نظر طراحی، عملکرد و میزان استقلال متفاوت هستند. از کشتی ۰٫۲ میلی متری “RoboBee” تا کشتی ۲۰۰ متری کشتیرانی روباتیک “Vindskip”، روبات ها در حال ظهور هستند تا وظایفی را انجام دهند که انسان به سادگی نمی تواند انجام دهد.

پنج نوع متمایز از ربات ها بسته به توانایی هایشان وظایف را انجام می دهند. در زیر خلاصه ای از این انواع و کارهایی که انجام می دهند آورده شده است.

ربات های از پیش برنامه ریزی شده

روبات های از پیش برنامه ریزی شده در یک محیط کنترل شده کار می کنند و کارهای ساده و یکنواختی را انجام می دهند. نمونه ای از یک ربات از پیش برنامه ریزی شده می تواند یک بازوی مکانیکی در خط مونتاژ خودرو باشد. این قطعه یک عملکرد را انجام می دهد – جوش دادن یک در، وارد کردن یک قطعه خاص در موتور و غیره – و وظیفه آن این است که این کار را طولانی تر، سریع تر و کارآمدتر از انسان انجام دهد.

ربات های انسان نما

ربات های انسان نما ربات هایی هستند که شبیه رفتار انسان هستند یا از آنها تقلید می کنند. دو نمونه از برجسته ترین ربات های انسان نما عبارتند از: سوفیا از Hanson Robotics و اطلس Boston Dynamics.

ربات های خودمختار

روبات‌های مستقل مستقل از اپراتورهای انسانی عمل می‌کنند. این ربات ها معمولاً برای انجام کارهایی در محیط های باز طراحی می شوند که نیازی به نظارت انسان ندارند. آنها منحصر به فرد هستند زیرا از حسگرها برای درک جهان اطراف خود استفاده می کنند و سپس از ساختارهای تصمیم گیری (معمولاً یک رایانه) استفاده می کنند تا بر اساس داده ها و ماموریت خود قدم بعدی بهینه را بردارند. یکی از نمونه‌های ربات‌های خودران، جاروبرقی Roomba است که از حسگرهایی برای پرسه زدن آزادانه در خانه استفاده می‌کند.

نمونه هایی از ربات های خودمختار:

• ربات های تمیز کردن (به عنوان مثال، Roomba)
• ربات های اصلاح چمن
• ربات های مهمان نوازی
• هواپیماهای بدون سرنشین خودمختار
• ربات های دستیار پزشکی
• ربات های از راه دور

ربات های از راه دور، ربات های نیمه مستقلی هستند که از یک شبکه بی سیم برای فعال کردن کنترل انسان از فاصله ایمن استفاده می کنند. این ربات ها معمولا در شرایط جغرافیایی، آب و هوا و شرایط شدید کار می کنند. نمونه‌هایی از ربات‌های دورکار، زیردریایی‌های کنترل‌شده توسط انسان هستند که برای رفع نشت لوله‌های زیر آب در طول B.P. نشت نفت یا هواپیماهای بدون سرنشین که برای شناسایی مین های زمینی در میدان جنگ استفاده می شوند.

ربات های تقویت کننده

روبات‌های تقویت‌کننده که با نام V.R نیز شناخته می‌شوند. ربات‌ها، یا توانایی‌های فعلی انسان را تقویت می‌کنند یا قابلیت‌هایی را که ممکن است انسان از دست داده باشد جایگزین کنند. حوزه رباتیک برای تقویت انسان جایی است که داستان های علمی تخیلی می تواند به زودی به واقعیت تبدیل شود، با ربات هایی که می توانند با سریعتر و قوی تر کردن انسان ها، تعریف انسانیت را دوباره تعریف کنند. برخی از نمونه‌های روبات‌های تقویت‌کننده فعلی، اندام‌های مصنوعی روباتیک یا اسکلت‌های بیرونی هستند که برای بلند کردن وزنه‌های سنگین استفاده می‌شوند.

ربات چیست؟ نرم افزار رباتیک چیست؟

روباتیک نرم افزاری که ربات نامیده می شود، برنامه های کامپیوتری هستند که وظایف را به طور مستقل انجام می دهند. یکی از موارد استفاده روزمره از روبات های نرم افزاری، ربات چت است. چت بات یک برنامه کامپیوتری است که مکالمات آنلاین و تلفنی را شبیه سازی می کند و اغلب در سناریوهای خدمات مشتری استفاده می شود. چت‌بات‌ها می‌توانند سرویس‌های ساده‌ای باشند که با پاسخ‌های خودکار به سؤالات پاسخ می‌دهند یا دستیارهای دیجیتال پیچیده‌تری که از اطلاعات کاربر یاد می‌گیرند.

انواع ربات ها

• ربات‌های چت: مکالمات ساده را اغلب در یک محیط خدمات مشتری انجام می‌دهند.
• ربات‌های هرزنامه: آدرس‌های ایمیل را جمع‌آوری کرده و نامه‌های هرزنامه ارسال کنید.
• دانلود ربات ها: نرم افزار و برنامه ها را به صورت خودکار دانلود کنید.
• ربات های خزنده موتورهای جستجو: وب سایت ها را اسکن کرده و در موتورهای جستجو قابل مشاهده کنید.
• ربات های مانیتورینگ: گزارش سرعت و وضعیت وب سایت.

ربات‌های نرم‌افزاری فقط در اینترنت وجود دارند و از یک کامپیوتر سرچشمه می‌گیرند، به این معنی که ربات محسوب نمی‌شوند. برای اینکه یک دستگاه به عنوان یک ربات در نظر گرفته شود، باید فرم فیزیکی مانند بدنه یا شاسی داشته باشد.

ربات ها چگونه کار می کنند

robot های مستقل

روبات‌های مستقل می‌توانند کاملاً مستقل و مستقل از کنترل اپراتور انسانی عمل کنند. اینها معمولاً به برنامه‌ریزی شدیدتری نیاز دارند، اما به ربات‌ها اجازه می‌دهند در هنگام انجام کارهای خطرناک، پیش پا افتاده یا غیرممکن، از پخش بمب و سفر در اعماق دریا تا اتوماسیون کارخانه، انسان‌ها را جایگزین کنند. ربات‌های مستقل ثابت کرده‌اند که بیشترین اختلال را برای جامعه ایجاد می‌کنند، زیرا مشاغل خاص را حذف می‌کنند و فرصت‌های رشد جدیدی را ارائه می‌دهند.

robot های وابسته

روبات‌های وابسته، ربات‌های غیرخودمختاری هستند که با انسان‌ها برای تقویت و تکمیل اقدامات موجودشان تعامل دارند. این شکل نسبتاً جدید از فناوری به طور مداوم به برنامه های کاربردی جدید گسترش می یابد. با این حال، یک شکل از روبات‌های وابسته که کشف شده است، پروتزهای پیشرفته است که توسط ذهن انسان کنترل می‌شود.

یک نمونه معروف از یک ربات وابسته توسط جانز هاپکینز A.P.L ساخته شد. ۲۰۱۸ برای جانی متنی، بیماری که دستش بالای آرنج قطع شد. به ماتنی یک اندام مصنوعی مدولار تعبیه شده بود تا محققان بتوانند استفاده از آن را در یک دوره طولانی مطالعه کنند. M.P.L. از طریق الکترومیوگرافی یا سیگنال های ساقه قطع شده او که پروتز را نگه می دارد کنترل می شود. با گذشت زمان، متنی در مدیریت M.P.L کارآمدتر شد. تماس‌های شاخه قطع‌شده او کوچک‌تر و کمتر متغیر می‌شد و منجر به دقت بیشتر در حرکات آن می‌شد و به متنی اجازه می‌داد کارهای ظریفی مانند نواختن پیانو را انجام دهد.

اجزای اصلی یک ربات چیست؟

ربات ها برای ارائه راه حل هایی برای نیازهای مختلف ساخته شده اند و اهداف مختلفی را برآورده می کنند که برای تکمیل این وظایف به اجزای تخصصی مختلفی نیاز دارند.

اجزای اصلی یک ربات چیست؟

• سیستم کنترل: CPU که وظایف سطح بالای ربات را هدایت می کند.
• حسگرها: قطعه ای که سیگنال های الکتریکی را برای ربات فراهم می کند تا با جهان تعامل داشته باشد.
• محرک: قطعات موتوری که وظیفه حرکت ربات را بر عهده دارند.
• منبع تغذیه: باتری که انرژی ربات را تامین می کند.
• وEnd Effectors : ویژگی های بیرونی یک ربات که به آن اجازه می دهد یک کار را کامل کند.

با این حال، چندین مؤلفه، مانند یک منبع انرژی یا یک واحد پردازش مرکزی، منجر به ساخت هر ربات می شود.

به طور کلی، اجزای رباتیک در این پنج دسته قرار می گیرند:

سیستم کنترل

محاسبات شامل تمام اجزای واحد پردازش مرکزی ربات است که اغلب سیستم کنترل آن نامیده می شود. سیستم‌های کنترل به گونه‌ای برنامه‌ریزی شده‌اند که به ربات می‌گویند چگونه از ویژگی‌های خاص خود استفاده کند، شبیه به نحوه ارسال سیگنال‌های مغز انسان به سراسر بدن برای انجام یک کار خاص. این وظایف رباتیک می تواند شامل هر چیزی از جراحی کم تهاجمی تا بسته بندی خط مونتاژ باشد.

حسگرها

حسگرها محرک‌هایی را به شکل سیگنال‌های الکتریکی که توسط کنترل‌کننده پردازش می‌شوند به ربات ارائه می‌دهند و به ربات اجازه می‌دهند تا با دنیای بیرون تعامل داشته باشد. حسگرهای استاندارد موجود در ربات‌ها شامل دوربین‌های ویدئویی که به عنوان چشم عمل می‌کنند، مقاومت‌های نوری که به نور واکنش نشان می‌دهند و میکروفون‌هایی که مانند گوش عمل می‌کنند، هستند. این حسگرها به ربات اجازه می دهد تا محیط اطراف خود را گرفته و منطقی ترین نتیجه را بر اساس لحظه فعلی پردازش کند و کنترل کننده را قادر می سازد تا دستورات را به اجزای اضافی منتقل کند.

عملگرها

دستگاه را فقط می توان رباتی با قاب یا بدنه متحرک در نظر گرفت. عملگرها اجزایی هستند که مسئولیت این حرکت را بر عهده دارند. این قطعات موتورهایی هستند که سیگنال‌ها را از سیستم کنترل دریافت می‌کنند و به صورت پشت سر هم حرکت می‌کنند تا آموزش‌های لازم برای تکمیل کار محول شده را انجام دهند. عملگرها می‌توانند از مواد مختلفی مانند فلز یا الاستیک ساخته شوند و معمولاً توسط هوای فشرده (محرک‌های پنوماتیکی) یا روغن (محرک‌های هیدرولیک) کار می‌کنند، اما در قالب‌های متعددی ارائه می‌شوند تا نقش تخصصی خود را به بهترین نحو انجام دهند.

منبع تغذیه

همانطور که بدن انسان برای عملکرد به غذا نیاز دارد، روبات ها نیز به قدرت نیاز دارند. ربات‌های ثابت، مانند ربات‌هایی که در یک کارخانه یافت می‌شوند، ممکن است با برق A.C از طریق پریز برق کار کنند، اما معمولاً ربات‌ها از طریق باتری داخلی کار می‌کنند. بیشتر ربات‌ها از باتری‌های اسید سرب برای کیفیت ایمن و ماندگاری طولانی خود استفاده می‌کنند، در حالی که بقیه ممکن است از نوع فشرده‌تر اما گران‌تر نقره کادمیوم استفاده کنند. ایمنی، وزن، قابلیت تعویض و چرخه عمر فاکتورهای حیاتی در طراحی منبع تغذیه ربات هستند.

پایان افکتورها

افکتورهای انتهایی اجزای فیزیکی و معمولاً خارجی هستند که به روبات‌ها اجازه می‌دهند تا وظایف خود را انجام دهند. روبات‌های کارخانه‌ای اغلب دارای ابزارهای قابل تعویض مانند رنگ‌پاش‌ها و مته‌ها هستند، ربات‌های جراحی ممکن است به چاقوی جراحی مجهز شوند، و ربات‌های دیگر را می‌توان با چنگال‌ها یا دست‌ها برای تحویل، بسته‌بندی، پخش بمب و موارد دیگر ساخت.

روباتیک به سرعت در تمام جنبه های زندگی ما، از جمله در خانه، نفوذ می کند.

موارد استفاده از ربات ها

ربات ها دارای طیف گسترده ای از موارد استفاده هستند که آنها را به فناوری ایده آل برای آینده تبدیل می کند. به زودی تقریباً در همه جا شاهد روبات ها خواهیم بود. ما آنها را در بیمارستان ها، هتل ها و حتی در جاده ها خواهیم دید.

کاربردهای رباتیک

1. حفاظت: مبارزه با آتش سوزی جنگل.
2. ساخت: کار در کارخانه ها، یافتن و حمل اقلام در انبارها.
3. همراهی: ارائه شرکت به افراد مسن.
4. مراقبت های بهداشتی: کمک به روش های جراحی.
5. تحویل: تکمیل تحویل غذا و انجام آخرین مایل.
6. خانگی: جاروبرقی و چمن زنی.
7. نجات: انجام ماموریت های جستجو و نجات پس از بلایای طبیعی.
8. عملیات نظامی: کشف مین های زمینی در مناطق جنگی.

رباتیک در تولید

صنعت تولید احتمالاً قدیمی ترین و شناخته شده ترین کاربر ربات ها است. این روبات‌ها و ربات‌های همکار (ربات‌هایی که در کنار انسان‌ها کار می‌کنند) برای آزمایش و مونتاژ محصولاتی مانند ماشین‌ها و تجهیزات صنعتی کارآمد کار می‌کنند. تخمین زده می شود که بیش از سه میلیون ربات صنعتی در حال استفاده هستند.

ربات های لجستیک

ربات های حمل و نقل، جابجایی و کنترل کیفیت برای اکثر خرده فروشان و شرکت های لجستیک ضروری هستند. از آنجایی که اکنون انتظار داریم بسته‌های ما با سرعتی فوق‌العاده برسد، شرکت‌های لجستیک از روبات‌ها در انبارها و حتی در جاده‌ها استفاده می‌کنند تا به حداکثر بهره‌وری زمان کمک کنند. در حال حاضر، روبات‌ها اقلام را از قفسه‌ها برمی‌دارند، از کف انبار حمل و نقل می‌کنند و p و بسته‌بندی می‌کنند. علاوه بر این، افزایش تعداد ربات‌های آخرین مایل (ربات‌هایی که بسته شما را به طور مستقل به درب منزل شما تحویل می‌دهند) تضمین می‌کند که به زودی با یک ربات تدارکاتی رو در رو مواجه خواهید شد.

روبات برای خانه

این دیگر علمی تخیلی نیست. ربات‌ها را می‌توان در سرتاسر خانه‌های ما دید، در انجام کارهای خانه کمک می‌کنند، برنامه‌هایمان را به ما یادآوری می‌کنند و بچه‌هایمان را سرگرم می‌کنند. شناخته شده ترین نمونه ربات خانگی جاروبرقی مستقل Roomba است. علاوه بر این، روبات‌ها به گونه‌ای تکامل یافته‌اند که همه کارها را از چمن‌زنی مستقل تا تمیز کردن استخرها انجام می‌دهند.

ربات های مسافرتی

آیا چیزی بیشتر از وسایل نقلیه خودران علمی تخیلی وجود دارد؟ این خودروهای خودران دیگر فقط تخیل نیستند. با ترکیبی از علم داده و رباتیک، خودروهای خودران در حال طوفان در جهان هستند. شرکت‌هایی مانند تسلا، فورد، وایمو، فولکس واگن و بی‌ام‌و همگی روی موج بعدی سفر کار می‌کنند تا به ما اجازه دهند آرام بنشینیم و از سواری لذت ببریم. شرکت‌های Uber و Lyft همچنین در حال توسعه وسایل نقلیه خودران اشتراکی هستند که برای کار با ماشین نیازی به انسان ندارند.

رباتیک مراقبت های بهداشتی

ربات ها در صنعت مراقبت های بهداشتی پیشرفت های چشمگیری داشته اند. این شگفتی‌های مکانیکی تقریباً در همه جنبه‌های مراقبت‌های بهداشتی مورد استفاده قرار گرفته‌اند، از جراحی‌های با کمک ربات گرفته تا ربات‌هایی که به انسان‌ها در بهبود آسیب‌های فیزیوتراپی کمک می‌کنند. نمونه‌هایی از روبات‌هایی که در بخش مراقبت‌های بهداشتی کار می‌کنند، دستیاران مراقبت‌های بهداشتی تویوتا هستند که به مردم کمک می‌کنند توانایی راه رفتن را دوباره به دست بیاورند، و TUG، رباتی که برای قدم زدن مستقل در بیمارستان و ارائه همه چیز از دارو گرفته تا ملحفه‌های تمیز طراحی شده است.

شرکت های داروسازی از روبات ها برای کمک به مبارزه با کووید-۱۹ استفاده کرده اند. این ربات‌ها اکنون برای پر کردن و مهر و موم کردن سواب‌های تست COVID-19 استفاده می‌شوند و همچنین توسط برخی تولیدکنندگان برای تولید P.P.E استفاده می‌شوند. و دستگاه های تنفسی

کلام آخر : ربات ها و دنیای رباتیک همانطور که مطالعه کردید بسیار گسترده و درحال پیشرفت هست.بدیعی است که بشر همواره با پیشرفت تکلنولوژی، ترس اش از این موجودات ساخته ی دسته خویش بیشتر و بیشتر شود.
ما قصد داشتیم با نشر این مقاله اطلاعات بیشتری به شما دهیم واندکی بار ترس از ندانستن را از روی دوشتان برداریم، موفق باشید.