Published in: التحكم الآلي

الروبوتات وتطبيقاتها

Author د. عماد الدين قلالة

Published on: 1 مايو، 2024

د. عماد الدين قلالة

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

علم الروبوتية (Robotic) هو علمٌ متخصص في تصميم وبناء واستخدام الروبوتات الميكانيكية، وتقدم هذه المقالة فهماً ملموساً للروبوت، وتصنّف الأنواع المختلفة له.

ما هي الروبوتية؟

هي تقاطعٌ بين العلوم، والهندسة، والتكنولوجيا لإنتاج آلاتٍ تسمّى بالروبوتات، والتي تحاكي تصرفات الإنسان أو تحل محلها، ويصف مصطلح الروبوتية (Robotic) مجال الدراسة الذي يركز على تطوير الروبوتات والأتمتة. إن إدخال الذكاء الاصطناعي في مجال الروبوتات أعطى الروبوتات القدرة على التعامل مع المواقف المعقدة بشكلٍ أكبر في مختلف الصناعات. ^[1]

ما هو الروبوت؟

يعتبر الروبوت آلةً مستقلةً قادرةً على استشعار بيئتها، وإجراء العمليات الحسابية لاتخاذ القرارات، وتنفيذ الإجراءات في العالم الحقيقي، فالروبوت (Robot) هو آلة قابلة للبرمجة يمكنها إنجاز مهمة ما. تؤدي الروبوتات المهام المتكررة بكفاءة ودقة أكبر من البشر، مما يجعلها مناسبةً لصناعاتٍ كثيرة. يتمتع كل روبوت بمستوى مختلف من الاستقلالية، تتراوح هذه المستويات من الروبوتات التي يتحكم فيها الإنسان إلى الروبوتات المستقلة تمامًا، والتي تؤدي المهام دون أي تأثيراتٍ خارجية. ^[1]

مفاهيم أساسية في الروبوت

1- المكونات الميكانيكية

الهيكل الميكانيكي يجعل الروبوت قادراً على إكمال المهام في البيئة التي صمّم ليعمل بها.

2- المكونات الكهربائية

تحتاج الروبوتات إلى عناصر كهربائية تتحكم في الهيكل الميكانيكي وتزوده بالطاقة، كما إن هناك حاجة إلى تيارٍ كهربائي لتشغيل الروبوت.

3- البرنامج (Software program)

يحتوي الروبوت على برنامج ذي مستوى معين، وسيكون الروبوت عبارة عن آلة بسيطة إن لم يحتوِ على تعليماتٍ برمجية تخبره بالمهمة التي سيقوم بها. إنّ إدخال برنامج إلى الروبوت يمنحه القدرة على معرفة متى وكيف سيقوم بتنفيذ مهمة ما. ^[1]

ما هي المكونات الرئيسية للروبوت؟

1- نظام التحكم

يحتوي نظام التحكم جميع المكونات التي تشكّل وحدة المعالجة المركزية للروبوت (المتحكم)، وتتمُّ برمجة أنظمة التحكم لإخبار الروبوت كيف يستفيد من أجزائه المحددة، بأسلوب يشبه الطريقة التي يرسل بها الدماغ البشري إشاراتٍ إلى جميع أنحاء الجسم، من أجل إنجاز مهمةٍ محددة.

2- الحساسات

تقوم الحساسات بتزويد الروبوت بمحفزاتٍ على شكل إشاراتٍ كهربائية تتمُّ معالجتها بواسطة المتحكّم، وتسمح للروبوت بالتفاعل مع البيئة الخارجية المحيطة به. من أشهر الحساسات التي تستعمل في الروبوتات الحساسات الضوئية وكاميرات الفيديو التي تعمل كعيون للروبوت، والميكروفونات التي تعمل مثل الأذنين للروبوت، وتسمح هذه الحساسات للروبوت بتحسس البيئة المحيطة به آنياً لمعالجة الاستنتاج الأكثر منطقية، بذلك يتمُّ تمكين المتحكم من نقل الأوامر المناسبة إلى المكونات الأخرى من الروبوت.

3- المحركات (Actuators)

لا يمكن اعتبار الجهاز روبوتًا إلا إذا كان قابلاً للحركة، والمكونات المسؤولة عن توليد هذه الحركة هي المحركات (المشغلات)، تستقبل المحركات الإشارات من نظام التحكم، وتتحرك معاً بشكلٍ متناسقٍ للقيام بالحركة اللازمة لإكمال المهمة.

4- مصدر الطاقة

تحتاج الروبوتات إلى الطاقة لتقوم بمهامها مثلما يحتاج جسم الإنسان إلى الغذاء ليقوم بمهامه، ويمكن أن تعمل الروبوتات على طاقة التيار المتردد من مقبس الحائط، أو من بطارية. أهمُّ العوامل التي يجب الانتباه لها عند تصميم مصدر طاقة للروبوت هي السلامة (الأمان)، والوزن، وقابلية الاستبدال، ومدة عملها (عمرها)، وتعتبر الطاقة الهوائية، والطاقة الشمسية، والطاقة الهيدروليكية من مصادر الطاقة المحتملة لتطوير الروبوتات في المستقبل.

5- عناصر الفعل أو المؤثرات النهائية (End effectors)

عناصر التأثير النهائية هي المكونات التي تسمح للروبوتات بتنفيذ المهمة النهائية. غالبًا ما تحتوي الروبوتات في المصانع على عناصر تأثير نهائية قابلة للتبديل، مثل: رشاشات الطلاء، والمثاقب. قد تجهز الروبوتات الجراحية بمشارط، ويمكن بناء أنواع أخرى من الروبوتات بمخالب قابضة (للالتقاط) أو حتى أصابع تشبه اليد للقيام بمهام عمليات التسليم والتعبئة (Pick and place). ^[1]

كيف تعمل الروبوتات؟

تتمُّ برمجة بعض الروبوتات لأداء وظائف محددة معروفة مسبقاً، وعندها يعمل الروبوت في بيئةٍ معروفة، ويقوم بمهماتٍ بسيطة وروتينية، كما هو الحال في الذراع الروبوتي في خطوط تجميع السيارات. بينما هناك روبوتات أخرى مستقلة، أي تعمل بشكلٍ مستقل عن المشغّل البشري، وتنفذ المهام في البيئات المفتوحة، وتقوم هذه الروبوتات بالاستعانة بالحساسات لكي تتمكن من إدراك البيئة التي المحيطة بها، ثم تستخدم جهاز حاسوب (أو متحكم) لاتخاذ قرار الخطوة التالية الأفضل بحسب البيانات القادمة من الحساسات، وبحسب المهمة الموكلة إليها.

قد تعمل بعض الروبوتات أيضًا باستخدام الشبكات اللاسلكية لتمكين المشغّل البشري من التحكم بها من مسافةٍ بعيدة وآمنة، وتعمل هذه الروبوتات عادةً في طقس وظروف جغرافية قاسية. تعدُّ الغواصات التي يتحكم فيها الإنسان عن بعد من بعض الأمثلة على هذه الروبوتات، تُستخدم بعض هذه الروبوتات لإصلاح تسرب الأنابيب تحت الماء أثناء تسرب النفط، كما تعدّ الطائرات بدون طيار من أمثلة هذه الروبوتات التي تستخدم نظام الشبكات اللاسلكية. ^[1]

تطبيقات الروبوتات

أصبحت الروبوتات التقنية الأساسية لعددٍ كبير من التطبيقات، مثل: ^[1]

1- مجال التصنيع (Manufacturing)

يمكن للروبوتات الصناعية تجميع المنتجات، وفرز العناصر، وإجراء عمليات اللحام، وطلاء الأجسام، ويمكن أيضًا استخدامها لإصلاح وصيانة الأجهزة في المصنع أو المستودع.

2- مجال الرعاية الصحية

تقوم الروبوتات الطبية بنقل الإمدادات الطبية، وإجراء العمليات الجراحية، وحتى تقديم الدعم العاطفي لبعض الناس الذين يخضعون لإعادة التأهيل.

3- الرفقة والصحبة

يمكن للروبوتات الاجتماعية أن تدعم الأطفال الذين يعانون من صعوباتٍ في التعلم، كما يمكن أن تكون بمثابة أداة علاجٍ للأشخاص الذين يعانون من الخرف، أيضًا تستخدم في تطبيقاتٍ تجارية، مثل: المنتجات حول المستودعات، وفي تقديم خدمة العملاء شخصياً في الفنادق.

4- الأعمال المنزلية

مثل: المكانس الكهربائية الآلية، وروبوتات قص الأعشاب، وروبوتات المساعدة الشخصية التي يمكنها تشغيل الموسيقى، والتفاعل مع الأطفال، والمساعدة في الأعمال المنزلية.

5- البحث والإنقاذ

يمكن لروبوتات البحث والإنقاذ إنقاذ العالقين في مياه الفيضانات، وتوصيل الإمدادات إلى من انقطعت بهم السبل في المناطق النائية، وتستخدم الروبوتات في إخماد الحرائق عندما تصبح الظروف قاسيةً للغاية بالنسبة لرجال الإطفاء.

6- مستقبل الروبوتات

إن تطور الذكاء الاصطناعي (AI) له آثار كبيرة على مستقبل الروبوتات، ويمكن دمج الذكاء الاصطناعي مع الروبوتات لإنتاج توأمةٍ رقمية، ومحاكاة للتصاميم لمساعدة الشركات على تحسين سير العمل خلال التصنيع.

كما يمكن للذكاء الاصطناعي المتقدم أن يمنح الروبوتات المزيد من الاستقلالية، مثلاً: يمكن للطائرات بدون طيار (Drones) توصيل الطرود للعملاء دون أي تدخل بشري، كما يمكن تجهيز الروبوتات بأدوات الذكاء الاصطناعي التوليدية، مثل: (ChatGPT)، مما يمكّن من إجراء محادثاتٍ أكثر تعقيداً بين الإنسان والروبوت.

تغير مظهر وشكل الروبوتات مع تطور ذكائها، وتمّ تصميم الروبوتات البشرية للفت نظر الإنسان، وتطور فهم الروبوت للعواطف الإنسانية، والاستجابة لها، وحمل الأشياء والتنقل، وبهذه القدرات يمكن للروبوتات أن تصبح مساعداً أساسياً في خدمة الزبائن، والتصنيع، والخدمات اللوجستية، والرعاية الصحية.

يمكن للروبوتات أن تغيّر طبيعة الوظائف البشرية، فقد يجد البشر أنفسهم يتعاونون مع الروبوتات، مما يسمح للروبوتات الآلية بإنجاز المهام المتكررة بينما يركز الإنسان على المشكلات الأكثر صعوبة، أي سيحتاج البشر إلى التكيّف مع وجود الروبوتات مع استمرار الروبوتات في التقدم جنبًا إلى جنب مع التقنيات الأخرى، مثل: الذكاء الاصطناعي، والتعلّم العميق.