علت ناکارآمدی ربات‌ های انسان‌ نما در انجام حرکات انسانی چیست؟

بازیگران اصلی این صنعت، مانند شرکت‌های مطرح جهانی، متوجه چالش بزرگی شده‌اند که مانع اصلی مسیر پیشرفت ربات‌های انسان‌نما است. شرکت سونی در آخرین تحقیقات خود به این مشکل اساسی پرداخته است.

سونی معتقد است که محدودیت‌های قابل توجهی در طراحی مفصل‌های ربات‌های انسان‌نما و حیوان‌نما وجود دارد که مانع از حرکات طبیعی مشابه موجودات زنده شده است. برای حل این مشکل، سونی به دنبال ساخت بدن‌هایی هوشمند و انعطاف‌پذیر است که امکان حرکت پویا و روان را فراهم کنند.

بدنی غیرطبیعی؛ عامل اصلی محدودیت‌ها

بیشتر ربات‌های انسان‌نما بر اساس سیستم نرم‌افزار مرکزی طراحی شده‌اند؛ این روش که مبتنی بر "مغز محور" است، باعث می‌شود این گونه ربات‌ها بدنی غیرطبیعی و سخت داشته باشند. برای یک انسان ورزشکار، هماهنگی بین مفصل‌های منعطف، ستون فقرات قابل انعطاف و تاندون‌های طبیعی اجازه حرکت روان و کم‌مصرف را می‌دهد. اما در مقابل، ربات‌های انسان‌نما که از قطعات فلزی و موتورها ساخته شده‌اند، چنین انعطاف و آزادی حرکتی ندارند.

ربات‌ها برای تعادل دادن به بدنه و کنترل وزن خود باید به صورت لحظه‌ای میلیون‌ها اصلاح کوچک انجام دهند که این امر، انرژی بسیاری مصرف می‌کند. به همین علت، حتی پیشرفته‌ترین ربات‌ها نیز تنها می‌توانند چند ساعت بدون وقفه فعالیت کنند.

یک مثال روشن از این موضوع، ربات Optimus شرکت تسلا است که برای برداشتن ساده یک قدم، حدود ۵۰۰ وات انرژی در هر ثانیه مصرف می‌کند؛ در حالی که یک انسان برای پیاده‌روی سریع به حدود ۳۰ وات انرژی نیاز دارد. به عبارت دیگر، ربات در مقایسه با انسان، تقریباً ۴۵ درصد انرژی بیشتری مصرف می‌کند.

با وجود پیشرفت نرم‌افزار، بازدهی کاهش می‌یابد

ربات‌ها برای عملکرد مناسب نیازمند مغزهای قدرتمند و موتورهای پیچیده هستند که وزن و مصرف انرژی آن‌ها را به شدت افزایش می‌دهد. علی‌رغم دستاوردهای قابل توجه در هوش مصنوعی، بازدهی کلی این سیستم‌ها روبه کاهش گذاشته است.

برای نمونه، نمایش توانایی روبات Optimus در تا کردن تی‌شرت، ضعف فیزیکی بدنه ربات را به خوبی نشان می‌دهد. در حالی که انسان تنها با حس لامسه و بدون نگاه کردن می‌تواند چنین وظیفه‌ای را انجام دهد، روبات مجبور است هر حرکت کوچک را از قبل برنامه‌ریزی کند چون حسگرهای محدودی دارد.

حتی ربات Atlas شرکت Boston Dynamics نیز برای حرکت روی سطوح لغزنده مانند سنگ‌های مرطوب یا از میان شاخه‌های انبوه دچار مشکل است، زیرا بدنه‌اش نمی‌تواند به طور طبیعی با محیط اطراف خود سازگار شود.

چرا تمرکز روی نرم‌افزار به جای طراحی جدید؟

سوالی که مطرح می‌شود این است که چرا شرکت‌های پیشرو در صنعت رباتیک به جای تغییر اساسی در طراحی بدنه‌ها، بیشتر روی نرم‌افزار و هوش مصنوعی تمرکز می‌کنند؟

پاسخ به این سوال تقریباً ساده است؛ این شرکت‌ها اساساً در زمینه هوش مصنوعی و نرم‌افزارهای پیچیده فعالیت می‌کنند و زنجیره تامین آن‌ها برای تولید موتورهای دقیق، حسگرها و پردازنده‌ها کاملاً بهینه شده است. طراحی و تولید بدنه‌های هوشمند و انعطاف‌پذیر نیازمند فناوری‌های زیستی و مواد پیشرفته‌ای است که هنوز به صورت صنعتی به بلوغ کامل نرسیده‌اند.

در عین حال، دیدن سخت‌افزار پیشرفته ربات سبب می‌شود تصور کنیم به‌روزرسانی نرم‌افزار می‌تواند تمامی مشکلات باقی‌مانده را حل کند، بدون اینکه نیازی به طراحی مجدد بدنه یا تغییر زنجیره تامین باشد.

کلید حل مشکل؛ هوش مکانیکی

این چالش، محور تحقیقات حوزه "هوش مکانیکی" یا Mechanical Intelligence قرار گرفته است. در طبیعت، بدن‌های هوشمندی وجود دارند که طی میلیون‌ها سال تکامل یافته‌اند و بدون نیاز به مغز می‌توانند محاسبات پیچیده انجام دهند. این پدیده به "محاسبات مورفولوژی" معروف است.

برای مثال، فلس‌های مخروط کاج می‌توانند با تغییر رطوبت باز و بسته شوند، یا تاندون‌های خرگوش نیروی زمین را جذب و مجدداً آزاد کنند. دست انسان نیز بافتی نرم و طبیعی دارد که به طور خودکار باعث نگه داشتن اشیا و ایجاد اصطکاک مناسب می‌شود.

اگر این اصول در طراحی بدنه ربات‌هایی مانند Optimus اعمال شود، این ربات‌ها می‌توانند بدون نیاز به انرژی اضافی یا حسگرهای پیچیده، اشیا را به راحتی نگه دارند.

راه‌حل نهایی؛ ترکیب هوش مکانیکی با هوش مصنوعی

کلید موفقیت در طراحی ربات‌های انسان‌نما، تلفیق هوش مکانیکی با هوش مصنوعی است. اگر بدنه ربات به گونه‌ای طراحی شود که به طور خودکار با محیط سازگار شود، مغز هوش مصنوعی قادر خواهد بود بهتر روی وظایف استراتژیک، یادگیری و تعامل با محیط تمرکز کند.

پژوهش‌ها نشان داده‌اند که ربات‌هایی با پاهای فنری مانند تاندون‌های یوزپلنگ می‌توانند با سرعت و بهره‌وری بیشتری حرکت کنند. همچنین دانشمندان در حال کار روی توسعه مفاصل هیبریدی هستند که قابلیت دقت و قدرت مفصل‌های سخت را با انعطاف و جذب شوک مفاصل نرم ترکیب کند. این مفاصل امکان انجام حرکات طبیعی و پیچیده انسانی را فراهم می‌کنند.

آینده رباتیک روشن است و بر ترکیب هوشمندانه سخت‌افزار و نرم‌افزار استوار خواهد بود. با بهره‌گیری از اصول هوش مکانیکی، ربات‌ها قادر خواهند بود به طور واقعی با محیط پیرامون خود سازگار شوند و انقلابی در حوزه فناوری ایجاد کنند.