علم الروبوتات والروبوتات: ماهيتها وأنواعها وطرق استخدامها
علم الروبوتات هو تقاطع العلم والتكنولوجيا، ونتيجة له تُصنع الآلات المسماة الروبوتات. وهي تحل محل أفعال الإنسان أو تحاكيها. لطالما كانت الروبوتات شائعة في الثقافة الشعبية، مثل R2-D2 وOptimus Prime وWALL-E. وغالبًا ما تبدو مفاهيمها غير واقعية، لكنها قد تكون أبعد نظرًا مما نتصور. ومع القدرات الذكية والميكانيكية الجديدة، لا يُستبعد أن يتمكن البشر في المستقبل من بناء R2-D2 خاص بهم.
ما هو الروبوت؟
الروبوت هو منتج من مجال علم الروبوتات، وفيه تُصنع آلات قابلة للبرمجة قادرة على مساعدة الناس وتقليد الأفعال البشرية.
في البداية صُنعت الروبوتات لأداء مهام رتيبة (مثل تجميع السيارات على خط الإنتاج)، لكن نطاق استخدامها اتسع منذ ذلك الحين.
أصبحت الروبوتات اليوم قادرة على تنفيذ مهام مثل إطفاء الحرائق وتنظيف المنازل والمساعدة في المواقف المعقدة. ولكل روبوت مستوى من الاستقلالية، يتراوح بين الروبوتات التي يتحكم بها الإنسان (وتنفذ مهام خاضعة للسيطرة الكاملة)، والآلات المستقلة تمامًا التي تنجز مهامها دون تدخل خارجي.
ومع تطور التكنولوجيا، يتسع نطاق ما يُعد علم الروبوتات. ففي عام 2005 كانت 90% من جميع الروبوتات تُستخدم في تجميع السيارات. وكانت هذه الروبوتات تتكون في معظمها من أذرع ميكانيكية تلحم أو تربط أجزاء معينة من السيارات.
واليوم توسع تعريف علم الروبوتات ليشمل تصميم الروبوتات وصنعها واستخدامها في استكشاف ظروف الأرض، ومساعدة أجهزة إنفاذ القانون، وفي جميع جوانب الرعاية الصحية.
على الرغم من اتساع عالم الروبوتات، تبقى للروبوتات خصائص ثابتة:
- تتكون جميع الروبوتات من بنية ميكانيكية ما. فالجانب الميكانيكي هو ما يساعدها على أداء المهام في البيئة المصممة لأجلها. فمثلًا، صُنعت عجلات مركبة Mars 2020 الجوالة من أنابيب التيتانيوم، ما يساعدها على الثبات بثقة في الظروف القاسية لـ«الكوكب الأحمر».
- تحتاج الروبوتات إلى مكونات كهربائية تتحكم في الآليات وتشغلها. فالتيار الكهربائي ضروري لتشغيل معظم الآلات.
- تحتوي الروبوتات على مستوى معين من البرمجة الحاسوبية. فلو لم تكن مزودة بمجموعة من الشيفرة توضح ما يجب فعله، لكانت مجرد آلية بسيطة. وبفضل البرنامج تعرف متى وكيف تنفذ المهمة.
يواصل الذكاء الاصطناعي والبرمجيات التطور. وبفضل التقدم في هذين المجالين، ستستمر الروبوتات في أن تصبح أذكى وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة في المستقبل القريب. كما ستبقى محورًا للمصانع الذكية، وستتولى مهام أكثر تعقيدًا، وتساعد في تأمين سلاسل التوريد العالمية. ولا تزال صناعة الروبوتات فتية، لكنها تَعِد بإنجازات كبيرة لم تكن الخيال العلمي يجرؤ إلا على الحلم بها.
أنواع الروبوتات
تأتي الروبوتات الميكانيكية بأشكال وأحجام مختلفة لتنفيذ المهام التي صُممت من أجلها بكفاءة. وبشكل عام، تختلف الروبوتات في التصميم والوظائف ودرجة الاستقلالية، بدءًا من RoboBee الذي يبلغ طوله 0,2 ملم، وصولًا إلى سفينة الروبوت Vindskip التي يبلغ طولها 200 متر. وتُصنع لأداء المهام التي تتجاوز قدرات الإنسان. وهناك خمسة أنواع من الروبوتات:
- روبوتات مبرمجة مسبقًا. تعمل في بيئة خاضعة للرقابة وتنفذ مهامًا بسيطة ورتيبة. فمثلًا، تؤدي الذراع الميكانيكية على خط تجميع السيارات وظيفة واحدة، كلحام الباب أو تركيب قطعة معينة في المحرك وما شابه. ومهمة هذه الروبوتات أن تؤدي الوظيفة بشكل أسرع وأكفأ من الإنسان.
- الروبوتات الشبيهة بالبشر. تعيد إنتاج سلوك الناس و/أو تحاكيه. وعادةً ما تنفذ هذه الروبوتات أفعالًا شبيهة بالبشرية (كالجري والقفز ونقل الأشياء). وأحيانًا تكون لها وجوه بشرية. ومن أبرز أمثلة الروبوتات الشبيهة بالإنسان Sophia من شركة Hanson Robotics وAtlas من شركة Boston Dynamics.
- الروبوتات المستقلة. تعمل بشكل مستقل عن المشغلين البشريين، وعادةً ما تُصمم لتنفيذ مهام في بيئات مفتوحة لا تتطلب مراقبة بشرية. وتستخدم هذه الآلات الفريدة أجهزة استشعار لإدراك العالم من حولها، وبنية لاتخاذ القرارات تحدد الخطوة المثلى التالية. فمثلًا، تستخدم المكنسة Roomba أجهزة الاستشعار للتنقل بحرية داخل المنزل.
- الروبوتات المتحكم بها عن بُعد. وهي روبوتات شبه مستقلة يمكن للإنسان التحكم فيها من مسافة بعيدة عبر شبكة لاسلكية. وعادةً ما تعمل في الظروف الجغرافية أو الجوية القاسية. فمثلًا، تُستخدم الغواصات التي يتحكم بها الإنسان لإصلاح التسربات في خطوط الأنابيب تحت الماء أثناء تسرب النفط.
- الروبوتات المساعدة. وهي إما تعزز القدرات البشرية الحالية، أو تحل محل قدرات فُقدت. يتطور هذا المجال بسرعة، وقد تغير الروبوتات المستقبلية تعريف الإنسان نفسه، فتجعله أسرع وأقوى. ومن الأمثلة على هذه الأجهزة الحديثة الأطراف الاصطناعية الروبوتية أو الهياكل الخارجية المستخدمة لرفع الأوزان الثقيلة.
استخدامات الروبوتات
للروبوتات استخدامات عديدة، ما يجعلها تقنية مثالية للمستقبل. وفي المستقبل القريب سنراها في كل مكان: في المستشفيات والفنادق وحتى على الطرق.
تطبيقات علم الروبوتات:
- المساعدة في مكافحة حرائق الغابات؛
- العمل إلى جانب البشر في المصانع؛
- روبوتات مرافقة لكبار السن؛
- مساعدون للجراح؛
- توصيل الطعام والطرود؛
- روبوتات منزلية مستقلة؛
- مساعدون في البحث عن الأشياء ونقلها داخل المستودعات؛
- روبوتات للبحث والإنقاذ بعد الكوارث الطبيعية؛
- أجهزة كشف الألغام الأرضية في مناطق القتال.
الإنتاج
تُعد الصناعة التحويلية أقدم مستخدم للروبوتات وأكثرهم شهرة. تعمل هذه الروبوتات والروبوتات التعاونية (الكوبوتات، أي الروبوتات التي تعمل مع البشر) على اختبار السيارات والمعدات الصناعية وتجميعها بكفاءة. ويُستخدم اليوم أكثر من 3 ملايين روبوت صناعي.
اللوجستيات
أصبحت الروبوتات المخصصة للنقل والمعالجة ومراقبة الجودة لا غنى عنها لمعظم شركات التجزئة وشركات الخدمات اللوجستية. وتستخدمها شركات الشحن في المستودعات وحتى أثناء الطريق، للاستفادة من الوقت بأقصى كفاءة وإيصال البضائع.
الآن، بينما تقرأ هذا النص، تقوم الروبوتات برفع منتجاتك من على الرفوف ونقلها داخل المستودع وتغليفها. وفي المستقبل قد يلتقي الناس وجهًا لوجه مع روبوت لوجستي يوصل الطرد إلى الباب بشكل مستقل.
المنزل
لم تعد هذه الروبوتات من الخيال العلمي. فيمكن رؤيتها في كل مكان في منازلنا، فهي تساعد في الأعمال المنزلية، وتذكّر بالمواعيد، وحتى تسلي الأطفال. وقد تطورت إلى درجة أنها تستطيع فعل كل شيء، من قص العشب تلقائيًا إلى تنظيف المسابح.
السفر
لم تعد السيارات ذاتية القيادة من وحي خيال الكتّاب. إنها تغزو العالم بالفعل. وتعمل شركات Tesla وFord وWaymo وVolkswagen وBMW على أن يتمكن الناس من الاسترخاء والاستمتاع بالرحلة.
الرعاية الصحية
حققت الروبوتات أيضًا إنجازات هائلة في هذا القطاع. ويُستخدم هؤلاء المساعدون الميكانيكيون في جميع جوانب الرعاية الصحية تقريبًا، من العمليات الجراحية إلى العلاج الطبيعي. فمثلًا، يساعد الكوادر الطبية من شركة Toyota المرضى على استعادة القدرة على المشي، بينما تنقل روبوتات TUG داخل المستشفى كل ما هو ضروري، من الأدوية إلى الملاءات النظيفة.
ولتسريع مكافحة جائحة فيروس كورونا، استعانت شركات الأدوية بالروبوتات، فقامت بتغليف مسحات القطن لاختبار فيروس كورونا، وإنتاج أجهزة التنفس.
