سنسور رباتیک و هوش مصنوعی

درست مانند اندام های حسی نقش مهمی در بدن انسان دارند، حسگرهای الکترونیکی نیز نقشی حیاتی در رباتیک و هوش مصنوعی دارند.

فناوری های جدید و پیشرفته اکثر اندام های حسی انسان یا حسگرها را در ربات ها از جمله چشم، گوش، پوست و بینی بازسازی کرده اند. درست همانطور که اندام های حسی نقش مهمی در بدن انسان ایفا می کنند، حسگرهای الکترونیکی نیز نقشی حیاتی در رباتیک و هوش مصنوعی (AI) ایفا می کنند.

رباتیک و هوش مصنوعی اهداف مختلفی را دنبال می کنند. رباتیک شامل ساخت روبات‌ها می‌شود، در حالی که هوش مصنوعی با هوش برنامه‌نویسی سروکار دارد یا باعث می‌شود رایانه‌ها مانند انسان رفتار کنند.

بر این اساس، زمینه حسگرها در رباتیک و هوش مصنوعی ممکن است کمی متفاوت باشد. ربات‌ها ماشین‌های قابل برنامه‌ریزی هستند، از طریق حسگرها و محرک‌ها با دنیای فیزیکی تعامل دارند و می‌توانند به صورت مستقل یا نیمه مستقل کار کنند. با این حال، بسیاری از ربات ها عملکردهای محدودی دارند و به طور مصنوعی هوشمند نیستند. برخی از ربات های صنعتی را فقط می توان برای انجام یک کار تکراری برنامه ریزی کرد که نیازی به هوش مصنوعی ندارد. برخی از الگوریتم‌های هوش مصنوعی اغلب برای اجازه دادن به روبات‌ها برای انجام وظایف پیچیده‌تر مورد نیاز هستند.

عملیات‌های انسان‌مانند ماشین‌ها که توسط هوش مصنوعی ایجاد می‌شوند شامل تشخیص گفتار، برنامه‌ریزی، حل مسئله و یادگیری، از جمله وظایف دیگر است. همه الگوریتم های هوش مصنوعی برای کنترل ربات ها استفاده نمی شوند. به عنوان مثال، الگوریتم های هوش مصنوعی در دستیارهای مجازی مانند دستیار گوگل، آمازون الکسا و سیری اپل استفاده می شود.

وقتی رباتیک و هوش مصنوعی با هم ترکیب شوند، به ربات‌هایی با هوش مصنوعی دست می‌یابیم. با این حال، بدون سنسور، ربات‌های هوش مصنوعی کور، کر و لال هستند. ادراک ماشین، یادگیری، تشخیص گفتار و موارد مشابه از طریق ورودی‌های حسی مانند دوربین‌ها، میکروفون‌ها، سیگنال‌های بی‌سیم، لیدار فعال، سونار و رادار برای استنباط جنبه‌های مختلف جهان (از جمله تشخیص چهره، اشیا و ژست‌ها) به دست می‌آیند.

فناوری مدرن برای ربات‌های هوش مصنوعی می‌تواند در عین حال برای انسان یک نعمت یا یک فاجعه باشد. به عنوان مثال، یک ربات قاتل مبتنی بر هوش مصنوعی می تواند چیز بسیار خطرناکی باشد. یک کمپین بزرگ توسط کارشناسان هوش مصنوعی در سراسر جهان برای تحریم ربات‌های قاتل که در موسسه علوم و فناوری پیشرفته کره (KAIST) در حال توسعه نیستند، وجود دارد. با این حال، رئیس KAIST، سونگ-چول شین، چنین تحولی را رد کرده است.

ربات ها نه تنها برای کاربردهای آموزشی، صنعتی، نظامی و غیرنظامی، بلکه در صنعت فیلم و سرگرمی نیز استفاده می شوند. Gravity، یک فیلم علمی تخیلی هیجان انگیز، از ربات هایی استفاده می کرد که در ابتدا برای اجرای برنامه های مونتاژ، جوشکاری و نقاشی طراحی شده بودند. بازوی رباتیکی که توسط حسگرها هدایت می‌شود برای حمل دوربین‌ها، چراغ‌ها، وسایل و حتی بازیگران ساخته شده است. کارگردان با استفاده از بازوی رباتیک در پشت صحنه توانست نماهای قابل توجهی برای فیلم به دست آورد.

سپس، روبات‌هایی مانند QRIO و RoboSapien وجود دارند که قابلیت‌های پیشرفته‌ای مانند تشخیص صدا یا راه رفتن را دارند.

حسگرها و روباتیک

یک ربات معمولی دارای ساختار فیزیکی متحرکی است که توسط موتورها، مدارهای حسگر، منبع تغذیه و رایانه ای که این عناصر را کنترل می کند، هدایت می شود.

برخی از ربات های معروف عبارتند از:

1. ربات‌های آموزشی عمدتاً بازوهای رباتیکی هستند که برای بلند کردن اجسام کوچک یا چرخ‌هایی برای حرکت به جلو، عقب، چپ یا راست با برخی ویژگی‌های دیگر استفاده می‌شوند.
2. ربات آسیمو هوندا می تواند مانند یک شخص روی دو پا راه برود.
3. روبات های صنعتی ماشین های خودکاری هستند که روی خطوط مونتاژ کار می کنند.
4. BattleBots جنگنده هایی با کنترل از راه دور هستند.
5. DRDO’s Daksh یک ربات با باتری و کنترل از راه دور روی چرخ است. نقش اصلی آن بازیابی بمب ها است.
6. Robomow یک ربات چمن زنی است.
7. MindStorms ربات های قابل برنامه ریزی هستند که بر اساس بلوک های سازنده لگو ساخته شده اند.

برخی از ربات‌ها فقط دارای چرخ‌های موتوری هستند، در حالی که برخی دیگر دارای ده‌ها بخش متحرک از جمله چرخ‌های چرخشی و بخش‌های متصل به محور با نوعی محرک هستند. برخی از ربات ها از موتورهای الکتریکی و شیر برقی به عنوان محرک استفاده می کنند، در حالی که برخی دیگر از یک سیستم هیدرولیک یا پنوماتیک استفاده می کنند. بیشتر ربات‌های مستقل دارای حسگرهایی هستند که می‌توانند بدون دخالت یا کنترل انسان حرکت کنند و یک کار خاص را انجام دهند.

یکی از فناوری های جالب در حال توسعه در زمینه رباتیک، میکرو ربات برای محیط زیستی است. یک میکرو ربات ممکن است با حسگرها، پردازش سیگنال، واحد حافظه و سیستم بازخوردی که در مقیاس میکرو کار می کنند یکپارچه شود. این توسعه می‌تواند پیامدهای مهمی برای سیستم‌های میکروبیو رباتیک یکپارچه برای کاربرد در مهندسی و تحقیقات بیولوژیکی داشته باشد.

حسگرهای زیستی

حسگرهای زیستی از یک موجود زنده یا مولکول های بیولوژیکی، به ویژه آنزیم ها یا آنتی بادی ها برای تشخیص وجود مواد شیمیایی استفاده می کنند. به عنوان مثال می توان به مانیتورهای قند خون، بینی های الکترونیکی و بیوسنسورهای DNA اشاره کرد.

سنسور قطرات باران

این سنسورها برای تشخیص باران و شرایط آب و هوایی و تبدیل آن به تعداد سیگنال های مرجع و خروجی آنالوگ استفاده می شوند.

سنسورهای گشتاور نیروی چند محوره

چنین حسگرهایی بر روی مچ دست ربات‌ها نصب می‌شوند تا نیروها و گشتاورهایی را که به ابزار اعمال می‌شود شناسایی کنند.

سنسورهای گشتاور اپتوالکترونیک

این حسگرها برای برنامه‌های مشترک روبات‌ها استفاده می‌شوند و از همکاری انسان و ماشین مطمئن‌تر و موثرتر اطمینان می‌دهند. اینها حتی در محدوده گشتاور پایین کمتر از یک میکرو ولت نویز دارند، می توانند به صورت خودکار کالیبره شوند و با دقت ۰٫۰۱ درصد اندازه گیری کنند. یک اصل اندازه گیری بدون تماس تضمین می کند که حسگرها نسبت به لرزش حساس نیستند و در برابر سایش مقاوم هستند.

سنسورهای اینرسی

سنجش حرکت با استفاده از حسگرهای اینرسی MEMS برای طیف وسیعی از محصولات مصرفی از جمله رایانه ها، تلفن های همراه، دوربین های دیجیتال، بازی ها و روباتیک اعمال می شود. بسته به کاربرد، انواع مختلفی از سنسورهای اینرسی وجود دارد. LORD MicroStrain حسگرهای اینرسی درجه صنعتی را تولید می کند که طیف وسیعی از اندازه گیری های اینرسی سه محوری و راه حل های نگرش و ناوبری محاسبه شده را ارائه می دهد.

سنسورهای صدا

حسگرهای صدا در روبات ها برای دریافت دستورات صوتی استفاده می شوند. میکروفون ها یا حسگرهای صوتی با حساسیت بالا در دستیارهای صوتی مانند Google Assistant، Alexa و Siri ضروری هستند.

حسگرهای احساسات

ربات ها می توانند با استفاده از حسگرهای احساسات به حالات چهره انسان واکنش نشان دهند. ماژول حسگر تشخیص چهره B5T HVC از شرکت Omron Electronics یک ماژول پلاگین کامل بینایی انسان (HVC) است که می تواند چهره ها را با سرعت و دقت شناسایی کند. ماژول می تواند خلق و خوی عاطفی را بر اساس یکی از پنج عبارت برنامه ریزی شده ارزیابی کند.

سنسورهای دستگیره

گیر RoboTouch Twendy-One دارای خروجی دیجیتال تعبیه شده است که برای ادغام OEM در یک گیره ایده آل است. این حسگرها شامل چندین پد حسگر هستند که هر کدام دارای چندین عنصر حسگر هستند. داده‌های حسگرها از طریق رابط‌های دیجیتال I2C یا SPI به گیره‌ها منتقل می‌شوند و امکان ادغام آسان حسگرها را در گیره‌ها فراهم می‌کنند.

هوش مصنوعی

حسگرهایی که در ربات‌های هوش مصنوعی به کار می‌روند، مشابه حسگرهایی هستند که در دیگر ربات‌ها استفاده می‌شوند یا مشابه هستند. ربات‌های انسانی کاملاً کاربردی با الگوریتم‌های هوش مصنوعی به حسگرهای متعددی برای شبیه‌سازی انواع توانایی‌های انسانی و فراتر از انسان نیاز دارند. حسگرها توانایی دیدن، شنیدن، لمس کردن و حرکت را مانند انسان فراهم می کنند. اینها بازخورد محیطی را در مورد محیط و زمین ارائه می دهند.

سنسورهای فاصله، تشخیص شی، دید و مجاورت برای وسایل نقلیه خودران مورد نیاز است. اینها شامل دوربین، IR، سونار، اولتراسوند، رادار و لیدار است.

ترکیبی از حسگرهای مختلف به یک ربات هوش مصنوعی اجازه می دهد تا اندازه، شناسایی یک شی و تعیین فاصله آن را تعیین کند.

شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) دستگاه‌های حسگر بی‌سیمی هستند که کدهای شناسایی و سایر اطلاعات را ارائه می‌کنند.

حسگرهای نیرو توانایی برداشتن اجسام را فراهم می کنند.

سنسورهای گشتاور می توانند نیروهای دورانی را اندازه گیری و کنترل کنند.

سنسورهای دما برای تعیین دما و اجتناب از منابع گرمای بالقوه مضر از محیط استفاده می‌شوند.

میکروفون ها حسگرهای صوتی هستند که به ربات کمک می کنند تا دستورات صوتی را دریافت کند و صدای محیط را تشخیص دهد. برخی از الگوریتم‌های هوش مصنوعی حتی می‌توانند به ربات اجازه دهند تا احساسات گوینده را تفسیر کند.

ربات‌های انسان‌نما با الگوریتم‌های هوش مصنوعی می‌توانند برای مأموریت‌های اکتشاف فضایی دور در آینده مفید باشند. اطلس یک ربات انسان نما دوپا با ارتفاع ۱۸۳ سانتی متر (۶ فوت) است که برای انواع کارهای جستجو و نجات در زمین های ناهموار و در فضای باز طراحی شده است. دارای سر حسگر مفصلی است که شامل دوربین های استریو و فاصله یاب لیزری است.

برای جمع بندی

استفاده صحیح از حسگرها می تواند عملکرد ربات های هوشمند مصنوعی را بهبود بخشد. دریافت اطلاعات خام حسگر به تنهایی کافی نیست. ابزارهای هوش مصنوعی زمانی که برای سیستم های حسگر اعمال می شوند می توانند مفید باشند. بسیاری از حسگرهای جدید در حال توسعه هستند و استفاده از ابزارهای ترکیبی می تواند نقاط قوت ربات های هوش مصنوعی را بهبود بخشد.

پیشرفت های جدید در هوش ماشینی باعث ایجاد تعاملات یکپارچه بین افراد و سیستم های حسگر دیجیتال می شود. هوش مصنوعی ابزارهای قدرتمندی برای استفاده در کنار سیستم‌های حسگر دارد، برای حل خودکار مشکلاتی که معمولاً به هوش انسانی نیاز دارند. اینها سیستم های مبتنی بر دانش، منطق فازی، یادگیری، شبکه های عصبی، استدلال و هوش محیطی هستند.