الروبوتات - Robotics

لايوجد شك بان احتياج وخيال الأنسان هما الدافع والمحرك الحقيقي لتطور اي حضاره انسانيه والأرتقاء بالنهضه البشريه في كل العصور . فمنذ الأزل وطموح الأنسان يزداد وينمو لاءجتياز كل ماهو غامض وغريب واكتشاف المجهول والوصول لما فيه رفاهيه الأجيال.

ومن الأنجازات الباهره هي محاوله العلماء محكاه الآله بالأنسان وهذا مايسمى علم الروبوتات او مجازا الأنسان الآلى (Robotics).
فالأسم روبوت - Robot مشتق من العباره التشكيليه " Robota" و التي تعني العمل الشاق، واصبح مفهومها العام يشير الى الآله التي تماثل الأنسان بتفكيره وعمله.

هذا المفهوم لم يتغير حتى مابعد الحرب العالميه الثانيه، حتى ازدادت الأبحاث في مجال الطاقه النوويه على الصعيدين العسكري والمدني واصبحت الحاجه ملحه لايجاد من يقوم بتحريك ونقل المواد النوويه والأشعاعيه عوضا عن الأنسان خلال التجارب والأبحاث ففى عام 1947 م اخترع مدبرا آليا اوتوماتيكيا بأمكانه ان يقوم بوظائف الطرف العلوي البشري بحيث ان هذه الآله تكرر الوضائف البشريه الملحقه بالساعد واليد. فادا هذا الى ابتكار جهاز يتكون من المعلم Master والخادم Slave >
وطريقه عمل هذه الآله هي ان الأنسان يرشد المعلم الى سلسله التحركات اللازمه والضروريه بعيدا عن اماكن الخطر بينما الخادم المتصل بالمعلم يكرر عمل سيده باقرب صوره ممكنه في اماكن الخطر.
وظل هذا الروبوت البدائى شائعا حتى الخمسينات، الى ان قامت شركه unimation الأمريكيه بالبحث عن آله تقوم ببعض الوظائف البشريه دون اشراف بشري قد يمتد لساعات وطرحت بهاذا اول روبوت صناعي في الأسواق عام 1959م .
وفي عام 1961م تمكنت نفس الشركه من ادخال اول روبوت الى صناعه السيارات وتتالت الأختراعات للروبوتات لتغزو جميع المجالات الصناعيه والطبيه وغيرها في العالم اجمع منذ هذا التاريخ.

وسنتحدث لاحقا عن مراحل اختراع الروبوت-Robotics.
بعد التطور الهائل في الأجهزة الألكترونيه وأجهزه الكمبيوتر والتي بدأت في الستينات، بدأت نهضة الروبوتات على أربع مراحل مختلفة:

ففي المرحلة الأولى أمكن اختراع ما يسمى بالروبوت المبرمج Robot Computerized وذلك بإدخال ذاكره الكترونية داخل جسم الروبوت وعمل برمجه لهذه الأجهزة لتنفيذ اى مهمة task للروبوت .

في المرحلة الثانية بدا العلماء في تصغير أجهزه الكمبيوتر التطور المذهل في مركبات الدوائر المتكاملة

IC – "Integral circuits".

ومنذ عام 1968 أمكن تصغير كمبيوتر متكامل في حجم صغير على شريحة سيلكون "Silicon chip " ، ومن هنا أمكن عمل روبوتات حقيقية تحتوي في ذاكرتها هذه الكمبيوترات المصغرة والمتكاملة ذات السعه التخزينية الكبيرة التي مكنت الروبوتات من تنفيذ أوامر أكثر تعقيدا.

في المرحلة الثالثة حيث التطور الكبير في دوائر الميكروالكترونيات "Micro electronics" أمكن اختراع أجهزه الأساس "sensors" التي مكنت الروبوت من السمع والبصر والإحساس بالتلامس فى الوسط المحيط للتعامل في العالم الخارجي. هذا فقد مكنت هذه الأجهزة الروبوتات من التقاط وتخزين وتحليل المعلومات الخارجية لاتخاذ القرار السليم و المناسب الذي سينفذ لاحقا.

المرحلة الرابعة بدأت منذ بداية اختراع أجهزه الكمبيوتر، حيث حاول العلماء محاكاة وتقليد عمليات العقل البشري مثل التفكير والفهم والتعلم ومحاوله تقليد هذه العمليات باستخدام أجهزه الكمبيوتر وبهذا فتح علم جديد يسمى الذكاء الأصطناعى ِ"Artificial Intelligence" .

ومن الصفات التي يتميز بها الروبوت هي:
الروبوت بإمكانه أن يقوم بسلسلة من الأعمال الناتجة عن مجموعه من الأوامر المبرمجة سابقا.
الروبوت يمكن أن يغير مجرى برمجته وفقا لبعض التغيرات في محيطه والتي تطرأ ويكون على علم بها.
الروبوت قد يملك بعض الحواس كالسمع والحس والبصر والشم والتذوق.
الروبوت يعمل أوتوماتيكيا دون الحاجة الى إنسان بشري يديره أو يراقب عمله فيما هو يقوم بواجبه.
- لهذا فانه يمكننا القول أن الروبوت هو آله ذكيه باستطاعتها أن تحس بما يجري حولها وان تتصرف وفقا لهذه التغيرات تماما كما يفعل البشر.

ويوجد للروبوت ثلاث مهام أو وظائف أساسيه هي:

1- تحسس المحيط والبيئة حوله بواسطة الحواس.

2- اخذ القرارات المتعلقة بالمعلومات الآتية عبر الحواس.

3- اتخاذ العمل المناسب بحسب القرار المتخذ سابقا.

وهذه الوظائف الأساسية هي التي تجعل من الروبوت الآلة الذكية التي بإمكانها أن تعمل دون أي إشراف أو تدخل بشري مباشر في عملها.

ويوجد نوعان من الروبوت : المنزلي والصناعي.

فالروبوت المنزلي(اوالشخصى) صنع خصيصا للاستعمال المنزلي وبالتخصيص للهواة. هذا النوع قادر على التلفظ بعده كلمات ويتحسس الأضواء والحركات ويملك جهاز ملاحه شبه اوتوماتيكى. ولكن رغم هذا كله فأن لهذا النوع ذكاء محدودا مما يجعل مجالات تطبيقه ضيقه جدا،

ولا يتعدى دوره دور أللعبه بين يدي الهواة.

أما الروبوت الصناعي فهو جهاز أوتوماتيكي يستعمل الكمبيوتر في تكوينه للسيطرة عليه ،والروبوت الصناعي يكمل اليوم دوره الكمبيوتر في إيجاد الصناعية الآلية الأوتوماتيكية الكاملة.

ولقد صمم الروبوت الصناعي ليقوم بالعديد من المهام الصناعية كتحميل وتفريغ الآلات ، وأعمال التلحيم والدهان والتجميع.

ويستعمل بدلا من الأشخاص للقيام بالأعمال المملة والقذرة التي تحتاج الى كثير من التكرار، كذالك يستعمل في الأعمال الخطرة على العنصر البشري وفي الأعمال التي تحتاج من ألدقه مايعجز الإنسان عن القيام به. وحاليا يستخدم أو يستعمل الروبوت الصناعي بكثرة في معامل السيارات وفي تجميع الأجهزة الألكترونيه بسرعة ودقه متناهية وفي كشف الأماكن الغامضة في الفضاء البعيد وفي أعمال تفرقه الخضار والفواكه وفي اكتشاف أعماق المحيطات والتنقيب ومد أنابيب البترول داخل البحار، وفي بعض الأعمال العسكرية.

ويأخذ الروبوت الصناعي شكلين أساسيين وهما شكل الطرف العلوي البشري وهذه الفئة معروفه باسم

المدبر الروبوتى "Robot Manipulator" والشكل الثاني هو

الروبوت السيارTraveling robot"" وهو آله ذكيه متحركة تتجول بفعل عجلات دافعه أو أرجل متنقلة.
تركيب الروبوت "Structure of Roberts"

تعريف الروبوت:

قبل التعريف الروبوت يلزم معرفه الصفات التي يتميز بها أولا وهى:

· بإمكان الروبوت أن يقوم بسلسلة من الأعمال الناتجة عن مجموعه من الأوامر المبرمجة سابقا.

· يمكن أن يغير الروبوت مجرى برمجته وفقا لبعض التغيرات في محيطه والتي تطرأ ويكون على علم بها.

· قد يملك الروبوت بعض الحواس كالسمع والحس والبصر والشم والتذوق.

· يعمل الروبوت أوتوماتيكيا دون الحاجة الى إنسان بشري يديره أو يراقب عمله فيما هو يقوم بواجبه.

أيضا يوجد للروبوت ثلاث مهام أو وظائف أساسيه هي:

1. تحسس المحيط والبيئة حوله بواسطة الحواس.

2. اخذ القرارات المتعلقة بالمعلومات الآتية عبر الحواس.

3. اتخاذ العمل المناسب بحسب القرار المتخذ سابقا.

المقارنة بين الروبوت والإنسان:

إن النقاط الأساسية للذراع الآلية تشابه الذراع البشرية تماما والعضلات التي بانقباضها وتمددها تسيطر على الحركات البشرية

هي مثل المحركات الميكانيكية التي تقود المفاصل وتسيطر على الحركة.
ومن المقارنة بين الروبوت والبنية البشرية الموضح في الشكل نجد أن:

المدبر (القسم الميكانيكي) Manipulator = الهيكل العظمي
المحاور Joints =المفاصل

المحركات Actuators (drive) =العضلات

الكماشة Gripper =اليد

الكمبيوتر (قسم السيطرة) Computer =الدماغ

قسم الطاقة Power supply =الجهاز الهضمي

شبكه الموصلات والمعلومات

Information and communication = الأعصاب

Network

حاسة الرؤية (Sensors ) =العين

(كاميرا)



مقارنه بين المدبر الآلي الروبوتى والطرف العلوي البشري

ومن الواضح أن أي جسم جامد يحتاج الى ست درجات من التعريف لكي يعرف مركزه ضمن فضاء معين. لذلك فان نهاية الطرف الروبوتى الكماشة بحاجه الى ست درجات لتعريف مكان وجودها واتجاهها.

لهاذ فان على الروبوت أن يحوي على الأقل ستة مفاصل مستقلة لكي يتمكن من ألمناوره في نطاق العمل واخذ أي اتجاه مطلوب في أي نقطه تصل إليها الكماشة. ولهذا فان كل روبوت صناعي يتألف على الأقل من ثلاث مفاصل (جوينتسJoints ) تسمى المفاصل لنقليه وهذه وضيفتها نقل الكماشة الى أي نقطه في نطاق العمل، والمفاصل الثلاث المتبقية وظيفتها تعريف اتجاه الكماشة وهذه موجودة في الزند

وهي تحدد درجات العطوف والانعراج والخطران. لهذا فكل روبوت يحوي على الأقل ستة مفاصل

6 -Degree of liberty

أو ست درجات من الحرية أو السماحيه وهي:
- الخصر - الكتف
- الكوع - الانعراج
- الخطران - العطوف

لكل مفصل هناك محور وكل محور يسيطر عليه محرك مستقل ( ( Direct drive robot


(مفاصل ومحاور الروبوت)

الروبوت بدلاً من جراح القلب

يدا الروبوت تؤدي عملها الجراحي

لم تعد أنامل الجراح المتمرسة وحدها التي تمسك بالمشرط لإجراء عملية دقيقة أو بالإبرة والخيط لسد الجرح التاتج عنها، بل أن ذراع الروبوت مرشحة للعمل بكفاءة كاملة

والأمر هنا لا يتعلق بعملية جراحية عادية أو من النوع البسيط بل بجراحة القلب المعقدة

وآخر ما توصل إليه التطور العلمي في هذا المجال هو قيام كماشة متناهية الصغر ويمكن التحكم بها من بعد لإجراء عملية دقيقة للوصول إلى القلب عبر شق صغير جدا

فقد أجرى فريق من كلية الطب في جامعة نيويورك تجربة على ستة كلاب استخدمت فيها هذه الكماشة الروبوتية لإجراء جراحة لاستبدال صمامات القلب كاملة

وسيكون بإمكان آلاف المرضى الذين يعانون من تعثر عمل صمامات القلب الاستفادة من التقنية العلمية الجديدة

وبالإضافة إلى ذلك فإن الأنامل الروبوتية ستكون قادرة على القيام بعمليات أخرى كالقسطرة أو تصوير القلب وما يحيط به على سبيل المثال

وعلى العكس من عمليات القلب التقليدية التي تتطلب فتح الصدر، تدخل الأداة الروبوتية الصغيرة - زيوس - من شق صغير في موضع يقع بالقرب من القفص الصدري

ويحتاج الجرح الصغير فترة أقصر بكثير من العملية الكاملة لكي يلتئم، كما لا يترك ألا ندبة صغيرة بالمقارنة بجرح العملية التقليدية

ويقول العلماء إن من شأن العملية الجراحية هذه أن تقلل من التكاليف بسبب اختصارها الفترة الزمنية التي يحتاجها المرض للبقاء في المستشفى

تقرير دولي: الروبوت ينمو بأمريكا الشمالية وأوروبا

صناعة الروبوت تراجعت في اليابان ونمت في أمريكا الشمالية وأوروبا
جنيف (CNN) -- ذكر تقرير للأمم المتحدة أن زيادةمبيعات الإنسان الآلي (الروبوت) في أمريكا الشمالية وأوروبا أحدثت طفرة في الأسواقالعالمية المرتبطة بتلك الصناعة.

وكشف التقرير السنوي عن الروبوت، الصادر الثلاثاء، أن صناعة الروبوت شهدت طفرةتقدر نسبتها بـ 26 في المائة، وتزامنت مع زيادة استخدام الروبوت حتى في الأعمالالمنزلية مثل التنظيف، حسب وكالة الأسوشيتد برس.

وتفصيلا، أشار التقرير إلى بيع 80 ألف جهاز روبوت خلال الفترة من يناير/ كانونالثاني إلى يونيو/ حزيران الماضيين، مؤكدا أن مصانع الروبوت تلقت طلبات تصنيعبزيادة قدرها 38 في المائة في أمريكا الشمالية، و25 في المائة بأوروبا. في حينتراجع الطلب على الروبوت بصورة واضحة في السوق اليابانية.

وكانت السوق العالمية لصناعة الروبوت قد تقلصت العام الماضي بنسبة 12 في المائة. وتٌقدر أعداد الروبوت المستخدمة حاليا حول العالم بحوالي 1.4 مليون جهاز، وفقاللتقرير الذي أعدته اللجنة الاقتصادية الأوروبية التابعة للأمم المتحدة، والاتحادالدولي للروبوت.

وتُعد اليابان من أكثر المجتمعات الصناعية في العالم استخداما للروبوت، ويصلعددها في الشركات والمنازل إلى نصف العدد المستخدم في كافة مصانع العالم ( 770 ألفجهاز).

وفي ظل الهزة التي يتعرض لها الاقتصاد الياباني، تراجعت أعداد الروبوت من ذروةتُقدر بحوالي 413 ألف جهاز بالشركات إلى 350 ألف جهاز، بعد أن رفضت الشركاتاليابانية استبدال الروبوت المتهالكة.