فروشگاه محصولات آموزشی و سرگرمی

فروشگاه اینترنتی دانش لند | خرید کتاب کمک درسی | خرید بازی فکری | خرید کتاب کودک و نوجوان

کتاب کمک آموزشی و عمومی | بازی فکری | چند رسانه ای

پیشنهاد ویژه
34/00

چگونه می توان رباتی ساخت که در مریخ راه برود؟!

خلاصه:

با ربات اسپیس باک آشنا شوید؛ ربات چهارپایی کوچک که درون آزمایشگاه نخستین گام هایش را به سوی زمین های ناهموار سیاره سرخ بر می دارد.

چگونه می توان رباتی ساخت که در مریخ راه برود؟!
انواع بردگیم و بازی های رومیزی کتاب های تست آزمون سراسریتخفیف کتاب های گاج و کلاغ سپیدآموزش نرم افزارهای تخصصی و کاربردی منابع آزمون تیزهوشان و مدارس نمونهمنابع آزمون کاردانیانواع بازی های ساختنی و لگو انواع بازی های کارتی دی وی دی های آموزشی کمک درسی کتاب های داستان برای نوجوانان و کودکان کتاب تست کنکور هنر
از مریخ نورد سوجورنر که سال ۱۹۹۷ روی مریخ فرود آمد تا پرسویرنس که اسفند سال گذشته به جمع کاوشگران مریخی پیوست، ربات های سیاره سرخ همگی از ویژگی تعیین کننده مشترکی برخوردار هستند: چرخ ها. غلتیدن در مقایسه با راه رفتن که حتی ربات های روی زمین هنوز به سختی در تکاپو هستند، بسیار پایدارتر و بهینه تر از نظر مصرف انرژی است. علاوه بر این، ناسا به هیچ وجه نمی خواهد کاوشگر مریخی بسیار گران قیمتش حین ماموریت واژگون شود و همانند لاک پشت به پشت خود بیفتد. با این حال، مشکل چرخ ها این است که توانایی مریخ نورد در کاوش مکان های مختلف را محدود می کنند.
برای اکتشاف سطوح ناهموار مریخی همچون تپه های شیبدار، به پاهایی نیاز دارید که تکامل آن ها را به حیوانات روی زمین بخشیده است؛ از این رو، تیمی از دانشمندان از موسسه فناوری فدرال زوریخ در سوئیس و موسسه پژوهش های منظومه شمسی ماکس پلانک در آلمان در حال آزمودن ربات چهارپای کوچکی به نام اسپیس باک هستند که به منظور شبیه سازی نوعی شاخ دراز به نام غزال جهنده طراحی شده است.
غزال جهنده واقعی همان طور که از نامش بر می آید، احتمالا به منظور گیج کردن شکارچیان در صحراهای آفریقا جست و خیز می کند. طرح مفهومی اصلی ربات که سال ۲۰۱۸ معرفی شد، در واقع می خواست کاوشگر همانند فضانوردانی روی سطح ماه بپرد که برای جا به جایی در گرانش ضعیف قمری به هوا می پریدند. عمل پریدن ممکن است روی قمر ما جواب دهد که چشم انداز نسبتا مسطحی دارد؛ اما انجام آن در مریخ با توجه به سطح ناهموار مملو از شن و سنگ و دامنه های شیب دار احتمالا بسیار خطرناک خواهد بود. در نتیجه، اکنونر پژوهشگران درحال اصلاح اندام های حرکتی و نحوه راه رفتن ربات هستند تا دریابند آیا می تواند از پس جا به جایی در چشم اندازهای خشن تر بربیاید یا نه.
تیم پژوهشی در آزمایش های جدید اسپیس باک را با طرز راه رفتن سنتی تر و کم تر جهنده برنامه ریزی کرد. به طور مشخص، پژوهشگران می خواستند دو نوع راه رفتن را با یکدیگر مقایسه کنند: گام برداشتن ایستا که در آن دست کم سه عضو حرکتی در زمان مشخص در تماس با زمین هستند و روش پویا که در آن هم زمان بیش از یک عضو حرکتی می تواند از زمین جدا شود. روش اول قاعده مندتر به نظر می رسد؛ اما شیوه دوم بدین دلیل کارآمدتر است که امکان حرکت سریع تر را به ربات می دهد.
پژوهشگران نسخه هایی از اسپیس باک را نیز به دو نوع پا مجهز کردند: نقطه ای و مسطح. پای نقطه ای همانند سم غزال جهنده واقعی مساحت سطحی کمی دارد. در مقابل، پاهای مسطح درواقع دایره های چرخان صافی هستند که هنگام تماس یا با زمین در یک زاویه خم می شوند. این مدل پا بیش از سُم به کفش برقی شباهت دارد یا در حقیقت به دلیل داشتن برآمدگی هایی که در چسبیدن به زمین به آن کمک می کنند، مشابه کفش برفی با گل میخ است.
به محض آن که پژوهشگران پیکربندی های متفاوتی از طرز راه رفتن ها و پاها داشتند، توانستند ربات را سفارشی سازی کنند. آن ها ربات را در جعبه شنی بسیار بزرگ مورب و پرشیده از موادی رها کردند که به خاک موجود روی مریخ شباهت دارد. به این ترتیب، تیم پژوهشی توانست بیازماید آیا هیچ یک از آن پیکربندی ها به ربات امکان می دهند از سطح ۲۵ درجه بالا رود یا نه. پژوهشگران با نظارت بر مصرف انرژی ربات، توانستند میزان بهینگی هرکدام از پیکربندی های طرز راه رفتن و پاها را کمیت سنجی کنند.
پژوهشگران در پیش مقاله ای جدید که برای انتشار در نشریه فیلد رباتیکس پذیرفته شده است، تلاش شان را توصیف کردند. آن ها نشان دادند ربات می تواند به طرز ماهرانه و کارآمد و بدون آن که واژگون شود، از تپه مریخی شبیه سازی شده بالا رود. هندریک کولونباخ، متخصص رباتیک موسسه فناوری فدرال زوریخ و نویسنده اصلی مطالعه می گوید: «می خواستیم نشان دهیم این سامانه های فعال پویا امروزه می توانند واقعا روی خاک مریخی راه بروند. این فناوری ظرفیت های فراوانی برای اکنون و آینده دارد.»
به طرز جالبی ربات صرفا با استفاده از پاهای مسطح و پاهای نقطه ای به خوبی از تپه بالا رفت. نسخه مسطح به ربات امکان داد روی شن قرار گیرد؛ در عوض، نسخه نقطه ای در شن فرو می رود و نوعی تکیه گاه فراهم می کند. کولونباخ بیان می کند: «یکی از یافته های غافلگیر کننده این بود که پای نقطه ای در این شیب، به خصوص به دلیل فرو رفتن زیاد عملکرد آن چنان بدی نداشت. درواقع آن پاها موضع کاملا پایداری ارائه می دهند.»
هر دو نوع پا عملکرد موفقی در خاک مریخی شبیه سازی شده داشتند؛ اما در محیط واقعی سیاره سرخ، ‌احتمال می رود سنگ های پنهان زیر شن وجود داشته باشد و ربات ممکن است در صورت برخورد به یکی از آن ها روی زمین بیفتد. سنگ های دفن شده به طور خاص موانع دشواری هستند؛ زیرا ربات با دوربین هایش نمی تواندآن ها را شناسایی کند؛ درنتیجه تا وقتی سقوط نکند، به وجود مانع پی نخواهد برد. پژوهشگران می توانند اسپیس باک را به دوربینی برای ناوبری خودکار مجهز کنند؛ اما ربات در آن آزمایش ها به صورت کور راه می رفت. در زمین شنگلاخی پوشیده از شن، ربات مجهز به پای نقطه ای به احتمال بیش تر به سنگ های پنهان برخورد خواهد کرد. تیپ پژوهشی دریافت پای مسطح سرعت ربات را کم می کند؛ اما شکل آن احتمال عبور ایمن از روی موانع دفن شده را افزایش می دهد.
در این میان، پای مسطح نیز معایت خود را داشت. از آن جا که جعبه شنی زاویه دار بود، لغزش مواد مشکل بزرگ دیگری به حساب می آمد. تصور کنید چه اتفاقی می افتد وقتی به سختی در تلاش برای بالا رفتن از تپه شنی هستید و شن های ریز اطراف پاهای شما ناگهان فرو می ریزند. اگر شن ها پیوسته زیر پاهای تان در حال لغزیدن باشند، بالا رفتن از سراشیبی نیازمند صرف انرژی بیش تر خواهد بود؛ زیرا در این وضعیت هم باید با شیب و هم ریزش مواد مقابله کنید. برای اسپیس باک از آن جا که پای مسطح موجب آشفتگی سطحی بیش تر می شود، لغزش افزایش می یابد؛ درحالی که پای نقطه ای که همانند میخ درون زمین فرو می رود، لغزش را به حداقل می رساند. کولونباخ گفت: «پای مسطح در واقع به دلیل لغزش بیش تر از نظر مصرف انرژی عملکرد بدتری داشت.»
طراحی ایده آل احتمالا چیزی بین دو مدل آزمایش شده با شباهت بیش تر به پای شتر است؛ نه به طور نامعقول پهن مانند کفش برفی و نه آن چنان نازک همچون سُم شاخ دراز. کولونباخ ادامه می دهد: «نقطه مطلوب وجود دارد. تصور می کنم قطعا به این مساحت سطحی افزایش یافته در مقایسه با پای نقطه ای نیاز دارید؛ زیرا واقعا می خواهید از فرو رفتن شدید اجتناب کنید؛ اتفاقی که ممکن است موجب شود دیگر نتوانید از شن خارج شوید. در مقابل، لزوما نمی خواهید این پاهای مسطح بزرگ را ادشته باشید.» در آینده، پژوهشگران شاید حتی بتوانند پایی برای اسپیس باک طراحی کنند که مساحت سطحی اش را به طور آنی با انواع مختلف خاک سازگار کند.
ربات چهارپا اگر بخواهد در محیط واقعی سیاره سرخ راه برود، باید از انعطاف پذیری مشابه در نحوه راه رفتن خود برخوردار باشد. استفاده از ربات هنگام تحرک ایستا که همواره سه پای آن روی زمین است، در مقایسه با تحرک پویا که به حرکت حیوانات چهارپا شباهت بیش تر دارد، ایمن تر است. با این حال، معلوم تحرک ایستا برای اسپیس باک هنگام صعود از سراشیبی کار آمدی کم تری دارد. کولونباخ می گوید: «در این حالت یک پایی که شما را به پیش می راند، سرعت حرکت را محدود می کند؛ درحالی که در تحرک پویا دست کم دو پا شما را به پیش می رانند؛ در نتیجه، سرعت تان بیش تر می شود. در مجموع، از آن جا که به مقداری انرژی برای معلق ماندن وزن ربات نیاز دارید، تحرک پویا امکان ذخیره قدری انرژی را فراهم می کند.»
اسپیس باک آینده باید بتواند شیوه های راه رفتنش را به همراه شکل پاهایش تغییر دهد. ربات روی زمین مسطح می تواند از تحرک پویا استفاده کند تا حین جا به جایی بین نقطه A و B، سریع تر باشد و انرژی کم تری مصرف کند. وقتی ربات تلاش می کند از تپه شیب دار بالا برود، می تواند به تحرک ایستا تغییر حالت دهد تا ایمن تر جا به جا شود و به بهای مصرف انرژی بیش تر از سراشیبی سقوط نکند.
داشتن راهبردی راهگشا نیز بسیار حیاتی است. در آزمایش ها، اسپیس باک به الگوریتمی مجهز بود که بر مصرف انرژی اش نظارت می کرد تا بهینه ترین مسیر برای عبور را به طور خودکار عتیین کند. به کارگیری این الگوریتم، رفتارهای «ناگهانی» را شکل داد و موجب شد ربات به جای صعود سریع و سر راست از تپه که سحت تر و نیازمند صرف انرژی بیش تر است، چپ و راست رفتن های زیگزاگی را انتخاب کند.
 
منبع: Wired
مترجم: شروین محمدی‌مقدم
 

ارسال نظر

ارسال نظر

5/5 0 0 0