منذ 30 عامًا، تعلمت الروبوتات المشي دون السقوط

عندما تسمع هذا المصطلح روبوت بشري، قد تفكر في C-3PO، وهو نظام أندرويد للعلاقات بين الإنسان والسايبورغ حرب النجوم. تم تصميم C-3PO لمساعدة البشر في التواصل مع الروبوتات والأنواع الغريبة. الروبوت، الذي ظهر لأول مرة على الشاشة عام 1977، انضم إلى الشخصيات في مغامراتهم، حيث ساروا وتحدثوا وتفاعلوا مع البيئة مثل الإنسان. لقد كانت سابقة لعصرها.

قبل الافراج عن حرب النجوم، يوجد عدد قليل من أجهزة androids ويمكنها التحرك والتفاعل مع بيئتها، لكن لا أحد يستطيع فعل ذلك دون أن يفقد توازنه.

لم يكن الأمر كذلك حتى عام 1996 عندما تم تطوير أول روبوت مستقل قادر على المشي دون السقوط في اليابان. كان نموذج هوندا الأولي 2 (P2) يبلغ طوله حوالي 183 سم ووزنه 210 كجم. يمكنه التحكم في وضعيته للحفاظ على التوازن، ويمكنه تحريك مفاصل متعددة في وقت واحد.

وتقديرًا لهذا الإنجاز الذي دام عقودًا من الزمن، تم تكريم P2 باعتباره أحد إنجازات IEEE. ومن المقرر أن يتم حفل التكريس في 28 أبريل في قاعة مجموعة هوندا، الواقعة على أرض منتجع موبيليتي موتيجي في اليابان. يتم عرض الآلة في معرض الروبوتات بالقاعة، والذي يعرض تطور تكنولوجيا هوندا للبشر.

ودعمًا لترشيح Milestone، كتب أعضاء قسم IEEE Nagoya (اليابان): “أظهر هذا الإنجاز جدوى الحركة البشرية في الآلات، مما وضع معيارًا جديدًا في مجال الروبوتات.” مقترح Milestone متاح على موقع ويكي التكنولوجيا الهندسية والتاريخ.

تطوير الروبوت المحلي

في عام 1986، شرع باحثو هوندا، كازو هيراي، وماساتو هيروس، ويوجي هايكاوا، وتورو تاكيناكا، في تطوير ما أسموه “الروبوت المحلي” للتعاون مع البشر. وسيكون قادرًا على صعود السلالم، وإزالة العوائق في طريقه، وربط الصمولة بمفتاح ربط، وفقًا لورقة بحثهم حول المشروع.

وكتب المؤلفون: “نعتقد أن الروبوت الذي يعمل داخل المنزل هو نوع الروبوت الذي قد يجده المستهلكون مفيدًا”.

ولكن لإنشاء آلة يمكنها القيام بالأعمال المنزلية، كان يجب أن تكون قادرة على التحرك حول العوائق مثل الأثاث والسلالم والمداخل. وقال الباحثون إنه كان بحاجة إلى المشي بشكل مستقل وقراءة بيئته مثل الإنسان.

لكن لم يتمكن أي روبوت من فعل ذلك في ذلك الوقت. أقرب ما حصل عليه التقنيون هو WABOT-1. تم بناء WABOT في عام 1973 في جامعة واسيدا في طوكيو، وكان له عيون وآذان، ويمكنه التحدث باللغة اليابانية، ويستخدم أجهزة استشعار تعمل باللمس مدمجة في يديه أثناء إمساك الأشياء وتحريكها. على الرغم من أن WABOT يمكنه المشي، وإن كان بشكل غير مستقر، إلا أنه لا يستطيع المناورة حول العوائق أو الحفاظ على توازنه. كان مدعومًا ببطارية خارجية وجهاز كمبيوتر.

لبناء الروبوت، بدأ فريق هوندا بتحليل كيفية تحرك الناس، باستخدام أنفسهم كنماذج.

وأدى ذلك إلى تحديد مواصفات للروبوت أعطته أبعادًا تشبه أبعاد الإنسان، بما في ذلك موقع مفاصل الساق والمدى الذي يمكن أن تدور فيه الأرجل.

ومع ذلك، بمجرد أن بدأوا في بناء الآلة، وجد المهندسون صعوبة في تلبية جميع المواصفات. وتم إجراء تعديلات على عدد المفاصل في الوركين والركبتين والكاحلين للروبوت، وفقا لورقة البحث. لدى البشر أربعة مفاصل للورك، وركبتين، وثلاثة مفاصل للكاحل؛ كان لدى سلف P2 ثلاثة ورك وركبة واحدة ومفاصل كاحل. تم التعامل مع الأسلحة بالمثل. أصبحت مفاصل الكتف الأربعة ومفاصل المرفق الثلاثة للإنسان ثلاثة مفاصل كتف ومفصل مرفق واحد في الروبوت.

وقام الباحثون بتثبيت محركات هوندا والمكونات الهيدروليكية الموجودة في الوركين والركبتين والكاحلين لتمكين الروبوت من المشي. تم تشغيل كل مفصل بواسطة محرك DC مع نظام تروس تخفيض القيادة التوافقية، وهو مدمج ويوفر قدرة عزم دوران عالية.

ولاختبار أفكارهم، قام المهندسون ببناء ما أسموه E0. لقد نجح الروبوت، الذي كان مجرد زوج من الأرجل المتصلة، في المشي بنجاح. ومع ذلك، استغرق الأمر حوالي 15 ثانية لاتخاذ كل خطوة، وتم التحرك باستخدام المشي الثابت في خط مستقيم، وفقًا لمنشور حول المشروع على موقع هوندا الإلكتروني. (المشي الثابت هو عندما يكون مركز كتلة الجسم دائمًا داخل باطن القدم. ويمشي البشر مع مركز كتلتهم أسفل السرة).

وابتكر الباحثون عدة خوارزميات لتمكين الروبوت من المشي كالإنسان، بحسب موقع هوندا. وسمحت الرموز للروبوت باستخدام آلية الحركة، المشي الديناميكي، حيث يظل الروبوت منتصبا من خلال التحرك المستمر وتعديل توازنه، بدلا من إبقاء مركز كتلته فوق قدميه، وفقا لمقطع فيديو على قناة يوتيوب شرح كل شيء عن الروبوتات.

“لم تكن P2 مجرد إنجاز تقني؛ بل كانت حافزًا دفع مجال الروبوتات البشرية إلى الأمام، مما يدل على إمكانية تفاعل الروبوتات مع البشر ومساعدتهم بطرق ذات معنى.” – قسم IEEE ناغويا

قام فريق هوندا بتثبيت فرش مطاطية على الجزء السفلي من أقدام الآلة لتقليل الاهتزازات الناتجة عن تأثيرات الهبوط (القوة التي تحدث عندما تلمس قدميها الأرض) – مما جعل الروبوت يفقد توازنه.

بين عامي 1987 و1991، تم بناء ثلاثة نماذج أولية أخرى (E1، E2، وE3)، كل منها يختبر خوارزمية جديدة. كان E3 ناجحًا.

ومع اكتمال آلية المشي الديناميكي، واصل الباحثون سعيهم لجعل الروبوت مستقرًا. أضاف الفريق أجهزة استشعار ذات 6 محاور لاكتشاف القوة التي تدفع بها الأرض للخلف تجاه قدمي الروبوت وحركات كل قدم وكاحل، مما يسمح للروبوت بتعديل مشيته في الوقت الفعلي لتحقيق الاستقرار.

كما طور الفريق أيضًا نظامًا للتحكم في استقرار الوضع لمساعدة الروبوت على البقاء في وضع مستقيم. قامت وحدة تحكم محلية بتوجيه كيفية تحرك مشغلات المحرك الكهربائي حتى يتمكن الروبوت من متابعة زوايا مفصل الساق عند المشي، وفقًا لورقة البحث.

خلال السنوات الثلاث التالية، اختبر الفريق الأنظمة وقام ببناء ثلاثة نماذج أولية أخرى (E4، وE5، وE6)، والتي كانت تحتوي على جذع يشبه الصندوق فوق الساقين.

في عام 1993، كان الفريق جاهزًا أخيرًا لبناء إنسان آلي بأذرع ورأس يشبه C-3PO، والذي أطلق عليه اسم “C-3PO”. النموذج الأولي 1 (ص1). ولأن الآلة كانت تهدف إلى مساعدة الأشخاص في المنزل، فقد حدد الباحثون ارتفاعها ونسب أطرافها بناءً على القياسات النموذجية للمداخل والسلالم. يعتمد طول الذراع على قدرة الروبوت على التقاط جسم ما عند وضع القرفصاء.

وعندما انتهوا من بناء P1، كان طوله 191.5 سم، ووزنه 175 كجم، ويستخدم مصدر طاقة خارجي وجهاز كمبيوتر. يمكنه تشغيل وإيقاف المفتاح، والاستيلاء على مقبض الباب، وحمل جسم يبلغ وزنه 70 كجم.

لم يتم إطلاق P1 علنًا ولكن بدلاً من ذلك تم استخدامه لإجراء بحث حول كيفية تحسين التصميم بشكل أكبر. وبحث المهندسون في كيفية تركيب مصدر طاقة داخلي وكمبيوتر، على سبيل المثال، وكذلك كيفية تنسيق حركة الذراعين والساقين، بحسب هوندا.

بالنسبة لـ P2، تم تركيب أربع كاميرات فيديو في رأسه – اثنتان لمعالجة الرؤية والاثنتان الأخريان للتشغيل عن بعد. ويبلغ عرض الرأس 60 سم ومتصل بالجذع الذي يبلغ عمقه 75.6 سم.

تمت إضافة جهاز كمبيوتر مزود بأربعة معالجات microSparc II يعمل بنظام تشغيل في الوقت الفعلي إلى جذع الروبوت. وتم استخدام المعالجات للتحكم في الذراعين والساقين والمفاصل وكاميرات معالجة الرؤية.

ويوجد داخل الجسم أيضًا مكبرات صوت مؤازرة تعمل بالتيار المستمر، وبطارية من النيكل والزنك بوزن 20 كجم، ومودم إيثرنت لاسلكي، وفقًا لورقة البحث. استمرت البطارية لمدة 15 دقيقة تقريبًا. يمكن أيضًا شحن الجهاز بواسطة مصدر طاقة خارجي.

تم تغليف الجهاز بغلاف أبيض ورمادي.

ويمكن لـP2، الذي تم إطلاقه علنًا في عام 1996، المشي بحرية، وصعود ونزول السلالم، ودفع العربات، وتنفيذ بعض الإجراءات لاسلكيًا.

ويمكن لـP2، الذي تم إطلاقه علنًا في عام 1996، المشي بحرية، وصعود ونزول السلالم، ودفع العربات، وتنفيذ بعض الإجراءات لاسلكيًا.أرشيف الملك روز

وفي العام التالي، أطلق مهندسو هوندا الطراز الأصغر حجمًا والأخف وزنًا ص3. كان طوله 160 سم ووزنه 130 كجم.

في عام 2000 تم تقديم الروبوت الشهير ASIMO. وعلى الرغم من أنه أقصر من سابقيه بـ 130 سم، إلا أنه يستطيع المشي والجري وصعود السلالم والتعرف على الأصوات والوجوه. تم إصدار أحدث إصدار في عام 2011. وقد أوقفت شركة هوندا الروبوت.

تأثير هوندا P2

بفضل P2، لم تعد أجهزة Android الحالية مجرد أفكار في المختبر. تم نشر الروبوتات للعمل في المصانع، وبشكل متزايد، في المنزل.

يتم استخدام الآلات للترفيه. خلال حفل عيد الربيع هذا العام في بكين، قامت الآلات التي طورتها الشركات الصينية الناشئة Unitree Robotics، وGalbot، وNoetix، وMagicLab بأداء رقصات متزامنة، وفنون قتالية، وشقلبات خلفية جنبًا إلى جنب مع فنانين بشريين.

“لقد أدى تطوير P2 إلى تحويل تركيز الروبوتات من التطبيقات الصناعية إلى التصاميم التي تتمحور حول الإنسان،” أوضح رعاة Milestone في مدخل الويكي. “لقد ألهمت التطورات اللاحقة في الروبوتات البشرية وأثرت على الأبحاث في مجالات مثل الميكانيكا الحيوية والذكاء الاصطناعي.

“لم يكن ذلك مجرد إنجاز تقني؛ بل كان حافزًا دفع مجال الروبوتات البشرية إلى الأمام، مما يدل على قدرة الروبوتات على التفاعل مع البشر ومساعدتهم بطرق ذات معنى.”

لمعرفة المزيد عن الروبوتات، راجع IEEE الطيفدليل.

سيتم تركيب لوحة تعترف بروبوت هوندا P2 باعتباره أحد إنجازات IEEE في قاعة مجموعة هوندا. اللوحة يجب أن تقرأ:

في عام 1996، قدمت شركة هوندا النموذج 2 (P2)، وهو روبوت مستقل بذاته ذو قدمين قادر على المشي الديناميكي المستقر وتسلق السلالم. تدمج الروبوتات ذات الأرجل التحكم في الوضعية في الوقت الفعلي، والتوازن الديناميكي، وتوليد المشية، والتنسيق متعدد المفاصل. تضع خوارزميات الميكاترونكس والتحكم الخاصة بشركة هوندا معايير فنية في مجال التنقل والاستقلالية والتفاعل بين الإنسان والروبوت. ألهم P2 بحثًا جديدًا في تطوير الروبوتات البشرية، مما أدى إلى ظهور خلفاء أكثر تطورًا.

يُدير برنامج Milestone، الذي يديره مركز تاريخ IEEE وبدعم من الجهات المانحة، التطورات التقنية المتميزة حول العالم.