تصور کنید رباتهایی پیشرفته میتوانند در آشفتهترین و غیرقابل دسترسترین محیطها – خواه زیر آوارهای یک ساختمان فرو ریخته، در اعماق تاریک اقیانوسها، یا حتی بر روی سیارات دوردست – مسیر خود را بیابند، بدون اینکه به سیگنالهای ماهوارهای GPS متکی باشند. این چشمانداز، که زمانی تنها در فیلمهای علمی تخیلی دیده میشد، اکنون با الهام از هوشمندانهترین مهندسان طبیعت، یعنی حیوانات، در حال تبدیل شدن به واقعیت است.
سیستمهای موقعیتیابی جهانی (GPS)، اگرچه ابزاری قدرتمند در زندگی روزمره ما هستند، اما محدودیتهای جدی دارند. مناطقی با دید کم، اختلالات سیگنالی، یا محیطهای پر از گرد و غبار و خرابی، میتوانند این سیستمها را به کلی از کار بیندازند. رباتهایی که به چنین سیستمهایی متکی هستند، در این شرایط عملاً کور و بیدفاع میمانند و از انجام ماموریتهای حیاتی خود باز میمانند.
مخاطب اوکی صنعت، که همواره به دنبال پیشرفتهای فناورانه و کاربردی در صنعت است، میداند که این چالشها چگونه میتوانند در پروژههای صنعتی، اکتشافی و امدادی، هزینههای سنگین و حتی از دست رفتن جان انسانها را به همراه داشته باشند. اما نگران نباشید! در این خبر از اوکی صنعت، به بررسی دقیق رویکردی انقلابی خواهیم پرداخت که رباتها را قادر میسازد تا با الهام از طبیعت، مسیر خود را حتی در تاریکترین و آشفتهترین نقاط، با اطمینان بیابند. با خواندن این خبر، شما درک عمیقی از این سیستم مسیریابی نوین خواهید داشت و خواهید آموخت که چگونه الهام از طبیعت، میتواند آینده صنعت رباتیک را متحول سازد.
مسیریابی هوشمند: الگویی از دل طبیعت
بر اساس گزارش اوکی صنعت، محققان سیستمی نوین برای مسیریابی رباتها ساختهاند که بر اساس تواناییهای حیرتانگیز حیواناتی چون مورچهها، پرندگان و جوندگان استوار است. این کشف میتواند راهگشای حرکت رباتها در محیطهایی باشد که سیستمهای سنتی GPS در آنها کارایی ندارند.
چرا حیوانات؟ پدیده تبهگنی
سیستمهای مسیریابی غیر GPS، مانند دوربینها و حسگرها، معمولاً در صورت کمبود دید از کار میافتند یا آسیب میبینند. اما حیواناتی مانند مورچهها، ابزارهای پیچیدهای برای ناوبری در محیطهای آشفته تکامل دادهاند. این ایده بر اساس فراهم آوردن افزونگی برای رباتها در سیستمهای مسیریابی استوار است؛ به این معنا که رباتها از سه سیستم همپوشان بهره میبرند که اگر یکی از کار بیفتد، بقیه به طور خودکار آن را جبران میکنند. این پدیده در زیستشناسی «تبهگنی» (degeneracy) نامیده میشود که در آن چندین سیستم برای تضمین بقا، کارهای مشابهی انجام میدهند. این نخستین سیستم مسیریابی الهام گرفته از حیوانات است که از مورچهها ایده گرفته شده است.
ردیابی گامها به سبک مورچهها
مورچهها میتوانند گامها و جهت حرکت خود را به صورت درونی ردیابی کنند تا دقیقاً بدانند نسبت به لانه در کجا قرار دارند. محققان برای تقلید از این توانایی، یک شبکه عصبی مشابه (سختافزار کممصرف و شبیه به مغز) ساختند. این شبکه مانند یک گامشمار داخلی فوقالعاده قوی عمل میکند که حتی زمانی که حسگرها دچار نویز یا اختلال هستند، به ردیابی ادامه میدهد.
حسگرهای پرندگان: قطبنمای طبیعی رباتها
مورد دوم از دنیای پرندگان مهاجر میآید. آنها از چندین نشانه به طور همزمان برای جهتیابی استفاده میکنند، از جمله تشخیص میدان مغناطیسی زمین. همچنین قادر به تشخیص و جهتیابی با استفاده از نور قطبی، موقعیت خورشید و استفاده هوشمندانه از نشانههای محیطی هستند. این تیم استدلال میکند که رباتها میتوانند این تواناییها را با استفاده از یک مغناطیسسنج کوانتومی که جهت میدان مغناطیسی را تشخیص میدهد، تقلید کنند. ورودیهای دیگر از قطبنما برای دیدن قطبش آسمان و یک دوربین را میتوان از طریق یک فیلتر که این ورودیها را به صورت پویا ترکیب میکند، قرار داد. اگر یک حسگر از کار بیفتد (مثلاً دوربین)، بقیه فوراً کنترل را به دست میگیرند.
نقشههای شناختی جوندگان: حافظه فضایی رباتیک
سومین و آخرین سیستم مسیریابی الهام گرفته از طبیعت، از جوندگان الگوبرداری شده است. موشها قادر به ساخت نقشههای شناختی در هیپوکامپ خود هستند و سپس فقط زمانی که چیز مهمی تغییر میکند، آنها را بهروزرسانی میکنند. این سیستم مسیریابی جدید رباتها میتواند با ساخت نقشه، فقط زمانی که نشانههای مهم را میبیند، کار مشابهی را انجام دهد.
مزایا و کاربردهای بینظیر سیستمهای الهام گرفته از طبیعت
این سیستم به صرفهجویی در انرژی، کاهش بار پردازش و حفظ پایداری مسیریابی در محیطهای شلوغ کمک میکند. این در مقایسه با سیستمهای SLAM (همزمان مکانیابی و نقشهبرداری) که دائماً نقشهها را با استفاده از انرژی زیادی بهروزرسانی میکنند، بسیار کارآمدتر است.
از اکتشافات سیارهای تا بازرسی صنعتی
در حالی که این سیستم در حال حاضر در حد تئوری است، میتواند برای نقشهای مهم مختلفی در آینده مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال میتواند شامل مواردی مانند جستجو و نجات در ساختمانهای فروریخته، کاوشگرهای سیارهای، رباتهای اعماق دریا و بازرسی صنعتی در مکانهای تاریک، غبارآلود و آشفته باشد. این سیستم، گامی مهم به سوی رباتهایی است که میتوانند مانند حیوانات، به طور قوی و مستقل و بدون نظارت مداوم انسان مسیریابی کنند.
افقهای آینده: هوش مصنوعی یادگیرنده و فراتر از آن
تیم تحقیقاتی با نگاه به آینده، به دنبال توسعه یادگیری مداوم روی تراشه (برای عمل کردن مانند مغز) است. شیکدر چاندان (Sheikder Chandan)، نویسنده ارشد این مطالعه، میگوید: «در حال حاضر، وزنهای عصبی سیستم ما تا حد زیادی از پیش پیکربندی شدهاند، اما سیستمهای بیولوژیکی به طور مداوم از طریق انعطافپذیری سیناپسی یاد میگیرند و سازگار میشوند.»
وی افزود: «ما قصد داریم فناوریهای نوظهور مانند سیناپسهای ممریستیو (memristive synapses) را بررسی کنیم تا این قابلیت را مستقیماً در سختافزار بگنجانیم.» محققان همچنین امیدوارند با استفاده از ساختارهای حافظه هوشمندتر، نقشههایی را در مقیاس کیلومتر ایجاد کنند و به طور بالقوه راهحلهای الهام گرفته از حیوانات بیشتری را برای مسیریابی اتخاذ کنند.
این پیشرفتها نه تنها رباتها را هوشمندتر و مستقلتر میسازند، بلکه افقهای جدیدی را برای کاربردهای صنعتی و اکتشافی میگشایند. امشب یکی از مفاهیم تبهگنی را در کارهای خود بررسی کنید و ببینید چگونه میتوانید با افزودن افزونگی، سیستمهای خود را مقاومتر سازید و فردا نتیجهاش را در بهرهوری و پایداری آن مشاهده کنید!
لینکهای مهم اوکی صنعت