چرا روبات انسان نما (روبات دوپا)؟

با نزدیک شدن به اوایل قرن بیستم و دوران صنعتی شدن، مردمی که تحت تأثیر پیشرفت‌های تکنولوژی به یک انقلاب در زندگی اجتماعی دست پیدا کرده بودند، به قدرت مطلق تکنولوژی بدون محدودیت اعتقاد داشتند. در این دوره بود که یک نویسنده چک، داستانی علمی تخیلی با عنوان “R.U.R (Rossum’s Universal Robot)” نوشت. او بود که برای اولین بار واژه ربات را به کار برد. این واژه از یک واژه چک “Robota” به معنی کار اجباری گرفته شده است. علاوه بر این وی ربات را با موجوداتی دارای هوش مصنوعی که از خود اختیار داشتند ارتباط داد.

داشتن این دید از ربات که موجودی با قدرت و نیروی فکری فوق‌العاده باشد، باعث ترس بسیاری از مردم شد. در سال ۱۹۵۰ بود که ایزاک آسیموف کتابی با عنوان “I Robot” نوشت که در مورد تکامل رباتیک و ساخت اولین ربات بین سال‌های ۱۹۹۶ تا ۲۰۵۷ بود. آسیموف برای ازبین بردن ترس انسان از ربات و داشتن یک همزیستی بین انسان و ربات سه قانون رباتیک را بیان کرد و به طور بسیار مفصل به این قوانین و خطراتی بالقوه ناشی از وجود هوش در ربات‌ها و راه‌های مقابله با آن‌ها پرداخت. سه قانون رباتیک وی عبارت بود از: (الف) یک ربات نباید به انسان صدمه بزند یا با تنبلی خود اجازه بدهد که به انسان آسیب برسد، (ب) یک ربات باید تمام دستوراتی که انسان به او می‌دهد رعایت کند، مگر دستوراتی که با قانون الف در تعارض باشد و (پ) این که یک ربات باید از وجود خود محافظت کند، مگر این حفاظت با قانون الف یا ب در تعارض باشد.

با یک نگاه به گذشته و داستان‌های اشاره شده می‌توان پی‌برد که پیشرفت‌های انجام شده در این زمینه همواره کم‌تر از چیزی بوده که در این داستان‌های تخیلی به آن اشاره شده است. این نیز شاید به این دلیل باشد که عوامل بسیار مهمی مانند هوش و یا حرکتی مانند راه رفتن را یک مسئله ساده و از پیش حل شده در نظر گرفته بودند.

برخلاف آنچه در نوشته‌های اولیه وجود دارد، در تألیفات جدید از واژه روبات دوپای انسان‌نما به‌جای واژه روبات استفاده می‌شود و روبات به طور کلی به دسته وسیعی از ماشین‌های مکانیکی دارای عملگر اطلاق می‌شود.

بر اساس این نگاه بود که از حدود ۱۰۰ سال پیش تلاش‌های زیادی برای ساخت ربات‌ انسان‌نما صورت گرفت. قابلیت حرکت‌بالا یکی از مزیت‌های اصلی این ربات‌هاست که باعث شده تا تحقیقات در این زمینه شدت یابد. از آن‌جایی که این ربات‌ها نیاز به تعدادی جا پای جداگانه برای حرکت دارند، قابلیت حرکت آن‌ها در محیط‌های ناهموار بیش‌تر از ربات‌های چرخ‌دار است که برای حرکت نیاز به یک محیط کمابیش صاف و مسطح دارند. به عنوان مثال از این محیط‌های ناهموار می‌توان به جنگل‌ها، میدان‌های مین، کارخانه‌ها و حتی محیط‌های شهری نام برد. در چنین محیط‌هایی به ناهمواری‌ها و موانع زیادی مانند پله‌ها و زمین‌های ناصاف برمی‌خوریم که حرکت ربات‌های چرخ‌دار را در آن‌ها سخت و گاه غیر ممکن می‌کند. از سوی دیگر با توجه به این‌که این محیط‌ها مطابق با زندگی انسان‌ها هستند یا بر اساس زندگی انسان‌ها طراحی می‌شوند، استفاده از ربات‌های دو پا که شبیه انسان است، نیز با این محیط‌ها تطابق بیش‌تری دارد.

از انگیزه‌های دیگر تحقیقات در این زمینه و به‌خصوص ربات‌های دو پا پی‌بردن به مکانیزم حرکات انسان و به خصوص راه رفتن است. داشتن دید مکانیکی از مدل ساده بدن و مدل سازی حرکت‌ها باعث می‌شود تا بتوان اندام‌های مصنوعی بهتری را چه به‌صورت فعال و چه به‌صورت غیر فعال طراحی کرد. هم‌چنین می‌توان دستگاه‌هایی با اهداف توان بخشی طراحی کرد (شکل ۱).

شکل ۱: استفاده از تحقیقات ربات انسان نما در زمینه اندامهای مصنوعی و توان‌بخشی

با توجه به تطابق حرکت این ربات‌ها با محیطی که انسان‌ها در آن زندگی می‌کنند، این ربات‌ها نیز کاربردهای گوناگونی خواهند داشت. از این ربات‌ها می‌توان در محیط‌های خطرناک مانند معادن، جستجو در آوار و یا در محیط‌هایی که دارای آلودگی‌های شیمیایی و یا رادیو اکتیو هستند استفاده کرد. علاوه بر موارد گفته شده با توجه به تحولات اجتماعی و رویکرد به داشتن زندگی با استانداردهای بالا باعث شده تا از این ربات‌ها برای کارهای تکراری، روزمره و زمان‌بر خانگی نیز استفاده شود. که در این مورد خاص ترجیح با استفاده از ربات‌های دوپایی است که از نظر ظاهر نیز به انسان بیشتر شبیهند تا ربات‌های چند‌پایی که در خانه مانند حشرات در حال خزیدن و راه رفتن هستند.

شکل ۲: کاربردهای در نظر گرفته شده برای ربات انسان نما

با وجود مزیت‌ها و کاربردهایی که گفته شد، این ربات‌ها با مشکلات گوناگونی رو به رو هستند. ویژگی‌هایی نظیر فازهای مختلف حرکت در حین راه رفتن و یا دویدن، درجات آزادی بالا و به طبع آن نیاز به عملگرهای فراوان، دینامیک غیر خطی، خاصیت یک طرف تماس پا با زمین و طبیعت ناپایدار این ربات‌ها که ناشی از نقاط محدود تماس با زمین است، باعث شده تا تحقیقات انجام گرفته بر چند شاخه اصلی طراحی و ساخت ربات، طراحی مسیر، پایداری، مدل سازی دینامیکی و کنترل متمرکز شود. برای درک بیشتر در مورد ربات‌های دو پا ابتدا به صورت خلاصه به برخی از اصطلاحات مربوط به ربات‌های دو پا اشاره می‌کنیم.