روبات ماهی ایرانی ساخته شد




۲۳ام آبان ۱۳۹۶ مختلف

وقتی از ربات‌ها صحبت می‌شود، نخستین ایده‌ای که به ذهنمان خطور می‌کند این است که ربات‌ها ساخته شده‌اند تا در انجام کارهای سخت بخصوص در خط تولید کارخانه‌ها به‌عنوان دستیار به کار گرفته شوند.

به گزارش جام جم، در حقیقت نخستین ربات ها نیز با همین هدف و به عنوان ربات های صنعتی طراحی شدند، اما امروزه پیشرفت متخصصان حوزه ربایتک به اندازه ای بوده که ربات ها توانسته اند، به واسطه یک برنامه طراحی شده که کنترل آنها را از راه دور امکانپذیر می کند، انجام اعمال جراحی روی انسان را نیز عهده دار شوند. ربات های انسان نما از دیگر انواع ربات های پیشرفته ای است که در برخی کشورها به شکل آزمایشی در حال خدمت رسانی به بیماران، سالمندان و کودکان هستند، اما رباتیک حوزه ای پویاست و افرادی که در این حوزه فعالیت می کنند نیز به راستی موضوع جذابی را برگزیده اند. وجه مشترک همه ربات هایی که امروزه در جنبه های مختلف زندگی بشر ایفای نقش می کنند این است که همه آنها با الهام از طبیعت ساخته شده است و در حقیقت الهام گرفتن از طبیعت برای طراحی و ساخت محصولات مورد نیاز انسان یا به طور کلی برآورده کردن نیازهای او از گذشته های دور مورد توجه بوده است. ربات ماهی ها نیز نوعی از ربات ها هستند که همان طور که از نامشان پیداست از این قاعده مستثنی نبوده و نوعی ربات هستند که می توان از آنها به عنوان مدل مناسبی برای تامین اهداف مختلف تحقیقاتی بخصوص در حوزه های زیست محیطی و نظامی استفاده کرد.

رباتی که قابل شناسایی نیست

گروهی از پژوهشگران دانشگاه شریف سال ۸۶ طرحی تحقیقاتی با هدف ساخت یک ربات ماهی ارائه کردند و اکنون پس از گذشت هفت سال موفق شده اند از این ربات شناگر رونمایی کنند که قادر است حرکات موجودات زنده دریایی را به خوبی تقلید کند.

دکتر محمد اسدیان، دانش آموخته دکترا از دانشگاه صنعتی شریف و عضو هیات علمی واحد علوم و تحقیقات دانشگاه آزاد اسلامی که این طرح را در قالب رساله دکتری خود ارائه کرده است می گوید: ربات ماهی هایی که تاکنون در دنیا و حتی در ایران طراحی و ساخته شده اغلب مبتنی بر کار رباتیک است و بیشتر به اسباب بازی هایی شبیه است که در بازار عرضه می شود. در بیشتر این ربات ها دیدگاه مورفولوژیک یا ریخت شناسی مطرح نبوده و هدف این بوده که رباتی بسازند تا بتواند زیر آب حرکت کند و حتی می توانسته هیچ شباهتی به یک ماهی هم نداشته باشد. هدف من از طراحی این ربات و به طور کلی تعریف این پروژه این بود رباتی بسازم که کاملا شبیه به ماهی های واقعی باشد یعنی وقتی زیر آب و در کنار دیگر ماهی ها قرار می گیرد، ماهی ها آن را به چشم یک ربات نگاه نکرده و تصور کنند یک ماهی شبیه خود آنهاست.

وی با اشاره به کاربردهای گسترده ربات ها در دنیای امروز می افزاید: از کاربردهایی که این ربات ماهی می تواند داشته باشد، استفاده از آن در تحقیقات زیست محیطی است یعنی می توان این ماهی را در هر اکوسیستمی قرار داد. با این تفاوت که حضور ربات ماهی این اکوسیستم را به هم نمی ریزد، برای مثال اگر این ربات ماهی شبیه یک کوسه باشد، باتوجه به این که ماهی ها به حضور کوسه ها در منطقه عادت دارند، اگر ربات بتواند رفتاری مشابه کوسه های این منطقه داشته باشد، در این شرایط حضورش در این اکوسیستم مشکلی ایجاد نمی کند. علاوه بر این می توان در زمینه نظامی نیز از این ربات ماهی ها استفاده کرد.

اسدیان درباره کاربرد این ربات در زمینه نظامی این طور توضیح می دهد: هر وسیله ای که زیر آب وجود دارد و ساخته دست بشر است پروانه دارد، ما در طبیعت چیزی را پیدا نمی کنیم که با چرخش دورانی حرکت کند. پس پروانه مختص دست سازه های بشر است. به همین دلیل سونارها و رادارهایی که برای کاربرد در آب ها طراحی شده است بر این اساس کار می کند. یعنی از بی نظمی و سر و صدایی که در آب در اثر حرکت پروانه ایجاد می شود، تشخیص می دهند وسیله ای در آن منطقه در حال حرکت است. پس اگر بتوان موجودی ساخت که مانند ماهی حرکت کند حتی اگر اغتشاش در آب ایجاد کند چون این اغتشاش از جنس حرکت آبزیان است رادار و هیچ موجود زنده ای نمی تواند آن را به عنوان ربات یا وسیله ساخت بشر تشخیص دهد و به این ترتیب این ربات می تواند بدون دیده شدن به فیلمبرداری و عکسبرداری از اهداف اقدام کند.

۱۲۸ هزار عکس در یک ثانیه

وی در توضیح این طرح تحقیقاتی می گوید: کاری که ما انجام داده ایم این است که گستره وسیعی از حرکت چند ماهی خاص را به طور دقیق زیر نظر قرار دادیم. برای این کار از یک دوربین پرسرعت که می تواند در هر ثانیه ۱۲۸ هزار عکس بگیرد و یک لیزر چهار وات استفاده شده است. این مجموعه به PIV معروف بوده که قیمت آن در دنیا حدود یک تا ۵ / ۱ میلیون دلار است و ما این مجموعه را با هزینه ای کمتر از حدود یک دهم هزینه اصلی درست کرده ایم. اینها ابزار اولیه برای تحقیقات ما بوده است.

به گفته اسدیان، هر فیلمی متشکل از تعدادی عکس است که در کنار هم گذاشته می شود. وقتی می گوییم قابلیت انطباق تصویری ۲۰۰ هرتز است، یعنی هر ثانیه این فیلم از کنار هم گذاشتن ۲۰۰ عکس ساخته شده که این تصویر همان تصویر Full HD است. در تصاویر HD در یک ثانیه صد عکس در کنار هم قرار می گیرد. در دوربین های فیلمبرداری معمولی در هر ثانیه ۱۵ تا ۳۰ فریم ثبت می شود. تصور کنید ۱۲۸ هزار عکس را برای یک ثانیه فیلم در کنار هم بگذارید به این ترتیب کوچک ترین حرکات را هم می توانید ببینید.

اسدیان با اشاره به ابزارهای پیشرفته ای که در این طرح از آنها بهره گرفته است، می گوید: من ریزترین حرکات یک ماهی قزل آلا را با این دوربین ثبت کرده ام. وقتی در یک بازی فوتبال مسافتی که یک بازیکن دویده یا تعداد پاس های مبادله شده بین بازیکنان یک تیم اعلام می شود به این معنی است که برای این کار از نرم افزاری استفاده می شود که تصویر را پردازش می کند و جسم خاص مورد نظر شما را که می تواند توپ باشد در نظر گرفته و موقعیت های مورد نظرتان را محاسبه می کند. من هم مشابه همین کار را انجام داده ام. برای دوربین عنکبوتی ورزشگاه آزادی نیز مشابه همین کار انجام شده است و همان تیم در اجرای این پروژه همکاری داشته اند. من بر این اساس حرکت ماهی را کامل مانیتور کرده و پروفیل خط وسط بدن ماهی یا ستون فقرات آن را به دست آورده ام و براساس این نتایج متوجه شدم ماهی ما براساس چه معادله ای حرکت می کند و در نهایت این معادله حرکت را به یک ربات دادم و به این ترتیب رباتی داریم که مانند خود ماهی حرکت می کند.

الهام از ربات ماهی در ساخت اندام مصنوعی

امروزه استفاده از ربات ها در زمینه های مختلف مورد توجه بسیاری از متخصصان در سراسر دنیا قرار گرفته است. اسدیان در پاسخ به این که چرا از میان انواع ربات ها به سراغ ربات ماهی ها رفته است، می گوید: طراحی ربات ماهی از ده سال پیش مورد توجه قرار گرفت و MIT از مراکز پیشرو در این زمینه است. علاوه بر این تحقیق درباره ربات ماهی ازجمله موضوعاتی است که در کشورهایی مانند انگلیس و موسسه ملی اقیانوس شناسی ژاپن نیز مورد توجه قرار گرفته است.

اسدیان درباره برنامه ای که برای آینده این ماهی در نظر گرفته می گوید: ماهی ها چند مدل حرکت دارند، در مارماهی ها همه قسمت های بدن از سر تا دم ماهی در حال حرکت است. در ماهی های جعبه ای فقط دم حرکت می کند. در کوسه ماهی ها و ماهی های قزل آلا یک سوم انتهای بدن قابلیت حرکت دارد، یک نکته که در ایران کمتر مورد توجه بوده و من قصد دارم در آینده در این زمینه تحقیقاتی را انجام دهم این است که می خواهم براساس نتایجی که از تحقیق درباره ربات ماهی ها به دست آورده ام، دست و پای مصنوعی متفاوتی را طراحی کنم که سخت یا غیرقابل انعطاف نباشد. همه دست و پاهای مصنوعی خشک و سخت است، اما اگر بتوان دست و پایی شبیه به یک ربات ماهی طراحی کرد که همه قسمت های آن قابل حرکت باشد این محدودیت وجود نخواهد داشت. اگرچه هدف اصلی من در این طرح تحقیقاتی کاربرد این ربات ماهی در زمینه تحقیقات نظامی و زیست محیطی بوده است، اما می توان آن را توسعه داد.

آلیاژهایی تحت عنوان آلیاژهای حافظه دار وجود دارد. این آلیاژها ترکیبی از آلیاژ و پلیمرها هستند که می توان به آنها ولتاژ داد تا منقبض و منبسط شوند. این مشابه خاصیت ماهیچه در بدن انسان است. شبکه عصبی با هر پالس یا تکانه ای ولتاژی را به دست یا پا ارسال می کند. اگر بتوان ساختار بدن ربات ماهی را درست کرد و از این آلیاژ به عنوان روکش استفاده کرد، می توان با تغییر ولتاژ آن را براحتی منبسط یا منقبض کرد به عبارتی به این ترتیب می توان یک دست یا پای مصنوعی ساخت که ماهیچه دارد و می تواند در هر جهت و راستایی حرکت کند، حتی درجه آزادی آن می تواند از دست و پای انسان بیشتر باشد. این طرح ترکیبی از زیست شناسی دریا، مکانیک، مکاترونیک و مهندسی پزشکی است. مهندسی پزشکی در زمینه آلیاژ های حافظه دار تحقیقاتی انجام داده است و بیولوژیست ها نیز در زمینه حرکت ماهی به یافته هایی دست یافته اند. در زمینه طراحی و ساخت دست و پای مصنوعی کارهای زیادی انجام شده است، اما چنین دیدگاهی تاکنون وجود نداشته است. البته این در حد یک ایده است و شاید عملی نشود، اما می تواند جرقه ای باشد برای افرادی که به این موضوع علاقه مند هستند. اگر فرصت، علاقه و امکانات لازم برای این کار را داشته باشم شاید روزی به این هدف دست یابم.


مطالب پیشنهادی