ربات ایرانی ‌مثل ‌ماهی ‌شنا‌ می‌کند

در حقیقت نخستین ربات‌ها نیز با همین هدف و به‌عنوان ربات‌های صنعتی طراحی شدند، اما امروزه پیشرفت متخصصان حوزه ربایتک به اندازه‌ای بوده که ربات‌ها توانسته‌اند، به واسطه یک برنامه طراحی شده که کنترل آنها را از راه دور امکانپذیر می‌کند، انجام اعمال جراحی روی انسان‌ را نیز عهده‌دار شوند. ربات‌های انسان‌نما از دیگر انواع ربات‌های پیشرفته‌ای است که در برخی کشورها به شکل آزمایشی در حال خدمت‌رسانی به بیماران، سالمندان و کودکان هستند، اما رباتیک حوزه‌ای پویاست و افرادی که در این حوزه فعالیت می‌کنند نیز به راستی موضوع جذابی را برگزیده‌اند. وجه مشترک همه ربات‌هایی که امروزه در جنبه‌های مختلف زندگی بشر ایفای نقش می‌کنند 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 گذشته‌های دور مورد توجه بوده است. ربات‌ماهی‌ها نیز نوعی از ربات‌ها هستند که همان‌طور که از نامشان پیداست از این قاعده مستثنی نبوده و نوعی ربات هستند که می‌توان از آنها به‌عنوان مدل مناسبی برای تامین اهداف مختلف تحقیقاتی بخصوص در حوزه‌های زیست‌محیطی و نظامی استفاده کرد.

رباتی که قابل شناسایی نیست

گروهی از پژوهشگران دانشگاه شریف سال‌‌86 طرحی تحقیقاتی با هدف ساخت یک ربات‌ماهی ارائه کردند و اکنون پس از گذشت هفت سال موفق شده‌اند از این ربات شناگر رونمایی کنند که قادر است حرکات موجودات زنده دریایی را به خوبی تقلید کند.

دکتر محمد اسدیان، دانش‌آموخته 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 در گفت‌و‌گو با جام‌جم می‌گوید: ربات‌ماهی‌هایی که تاکنون در دنیا و حتی در ایران طراحی و ساخته شده اغلب مبتنی بر کار رباتیک است و بیشتر به اسباب‌بازی‌هایی شبیه است که در بازار عرضه می‌شود. در بیشتر این ربات‌ها دیدگاه مورفولوژیک یا ریخت‌شناسی مطرح نبوده و هدف این بوده که‌ رباتی بسازند تا بتواند زیر آب حرکت کند و حتی می‌توانسته هیچ شباهتی به یک ماهی هم نداشته باشد. هدف من از طراحی این ربات و به‌طور کلی تعریف این پروژه این بود‌ رباتی بسازم که کاملا شبیه به ماهی‌های واقعی باشد یعنی وقتی زیر آب و در کنار دیگر ماهی‌ها قرار می‌گیرد، ماهی‌ها آن را به‌ چشم یک ربات نگاه نکرده و تصور کنند یک ماهی شبیه خود آنهاست.

وی با اشاره به کاربردهای گسترده ربات‌ها در دنیای امروز می‌افزاید: از کاربردهایی که این ربات‌ماهی می‌تواند داشته باشد، استفاده از آن در تحقیقات زیست‌محیطی است یعنی می‌توان این ماهی را در هر اکوسیستمی قرار داد. با این تفاوت که حضور ربات‌ماهی این اکوسیستم را به هم نمی‌ریزد، برای مثال اگر این ربات‌ماهی شبیه یک کوسه باشد، باتوجه به این‌که ماهی‌ها به حضور کوسه‌ها در منطقه عادت دارند، اگر ربات بتواند رفتاری مشابه کوسه‌های این منطقه داشته باشد، در این شرایط حضورش در این اکوسیستم مشکلی ایجاد نمی‌کند. علاوه بر این می‌توان در زمینه نظامی نیز از این ربات‌ماهی‌ها استفاده کرد.

اسدیان درباره کاربرد این ربات در زمینه نظامی این‌طور توضیح می‌دهد: هر وسیله‌ای که زیر آب وجود دارد و ساخته دست بشر است پروانه دارد، ما در طبیعت چیزی را پیدا نمی‌کنیم که با چرخش دورانی حرکت کند. پس پروانه مختص دست‌سازه‌های بشر است. به همین دلیل سونارها و رادارهایی که برای کاربرد در آب‌ها طراحی شده است بر این اساس کار می‌کند. یعنی از بی‌نظمی و سر و صدایی که در آب در اثر حرکت پروانه ایجاد می‌شود، تشخیص می‌دهند وسیله‌ای 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 زنده‌ای نمی‌تواند آن را به‌عنوان ربات یا وسیله ساخت بشر تشخیص دهد و به این ترتیب این ربات می‌تواند بدون دیده شدن‌ به فیلمبرداری و عکسبرداری از اهداف اقدام کند.

128 هزار عکس در یک ثانیه

وی در توضیح این طرح تحقیقاتی می‌گوید: کاری که ما انجام داده‌ایم این است که گستره وسیعی از حرکت چند ماهی خاص را به‌طور دقیق زیر نظر قرار دادیم. برای این کار از یک دوربین پرسرعت که می‌تواند در هر ثانیه 128 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 5‌/‌1 میلیون دلار است و ما این مجموعه را با هزینه‌ای کمتر از حدود یک دهم هزینه اصلی درست کرده‌ایم. اینها ابزار اولیه برای تحقیقات ما بوده است.

به گفته اسدیان، هر فیلمی متشکل از تعدادی عکس است که در کنار هم گذاشته می‌شود. وقتی می‌گوییم قابلیت انطباق تصویری 200 هرتز است، یعنی هر ثانیه این فیلم از کنار هم گذاشتن 200 عکس ساخته شده که این تصویر همان تصویر Full HD است. در تصاویر HD در یک ثانیه صد عکس در کنار هم قرار می‌گیرد. در دوربین‌های فیلمبرداری معمولی در هر ثانیه 15 تا 30 فریم ثبت می‌شود. تصور کنید 128 هزار عکس را برای یک ثانیه فیلم در کنار هم بگذارید به این ترتیب کوچک‌ترین حرکات را هم می‌توانید ببینید.

اسدیان با اشاره به ابزارهای پیشرفته‌ای که در این طرح از آنها بهره گرفته است، می‌گوید: من ریزترین حرکات یک ماهی قزل‌آلا را با این دوربین ثبت کرده‌ام. وقتی در یک بازی فوتبال مسافتی که یک بازیکن دویده یا تعداد پاس‌های مبادله‌شده بین بازیکنان یک تیم اعلام می‌شود به این معنی است که برای این کار از نرم‌افزاری استفاده می‌شود که تصویر را پردازش می‌کند و جسم خاص مورد نظر شما را که می‌تواند توپ باشد در نظر گرفته و موقعیت‌های مورد نظرتان را محاسبه می‌کند. من هم مشابه همین کار را انجام داده‌ام. برای دوربین عنکبوتی ورزشگاه آزادی نیز مشابه همین کار انجام شده است و همان تیم در اجرای این پروژه همکاری داشته‌اند. من بر این اساس حرکت ماهی را کامل مانیتور کرده و پروفیل خط وسط بدن ماهی یا ستون فقرات آن را به دست آورده‌ام و براساس این نتایج متوجه شدم ماهی ما براساس چه معادله‌ای حرکت می‌کند و در نهایت این معادله حرکت را به یک ربات دادم و به این ترتیب رباتی داریم که مانند خود ماهی حرکت می‌کند.

الهام از ربات ماهی در ساخت ‌اندام‌مصنوعی

امروزه استفاده از ربات‌ها در زمینه‌های مختلف مورد توجه بسیاری از متخصصان در سراسر دنیا قرار گرفته است. اسدیان در پاسخ به این که چرا از میان انواع ربات‌ها به سراغ ربات‌ماهی‌ها رفته است، می‌گوید: 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 اقیانوس‌شناسی ژاپن نیز مورد توجه قرار گرفته است.

اسدیان درباره برنامه‌ای که برای آینده این ماهی در نظر گرفته می‌گوید: ماهی‌ها چند مدل حرکت دارند، در مارماهی‌ها همه قسمت‌های بدن از سر تا دم ماهی در حال حرکت است. در ماهی‌های جعبه‌ای فقط دم حرکت می‌کند. در کوسه ماهی‌ها و ماهی‌های قزل‌آلا یک‌سوم 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 می‌خواهم براساس نتایجی که از تحقیق درباره ربات‌ماهی‌ها به دست آورده‌ام، 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 قسمت‌های 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 زیست‌محیطی بوده است، اما می‌توان آن را توسعه داد. آلیاژهایی تحت عنوان آلیاژهای حافظه‌دار وجود دارد. این آلیاژها ترکیبی از آلیاژ و پلیمرها هستند که می‌توان به آنها ولتاژ داد تا منقبض و منبسط شوند. این مشابه خاصیت ماهیچه در بدن انسان است. شبکه عصبی با هر پالس یا تکانه‌ای ولتاژی را به دست یا پا ارسال می‌کند. اگر بتوان ساختار بدن ربات ماهی را درست کرد و از این آلیاژ به‌عنوان روکش استفاده کرد، می‌توان با تغییر ولتاژ آن را براحتی منبسط یا منقبض کرد به عبارتی به این ترتیب می‌توان یک دست یا پای مصنوعی ساخت که ماهیچه دارد و می‌تواند در هر جهت و راستایی حرکت کند، حتی درجه آزادی آن می‌تواند از دست و پای انسان بیشتر باشد. این طرح ترکیبی از زیست‌شناسی دریا، مکانیک، مکاترونیک و مهندسی پزشکی است. مهندسی پزشکی در زمینه آلیاژ‌های حافظه‌دار تحقیقاتی انجام داده است و بیولوژیست‌ها نیز در زمینه حرکت ماهی به یافته‌هایی دست یافته‌اند. 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 می‌تواند جرقه‌ای باشد برای افرادی که به این موضوع علاقه‌مند هستند. اگر فرصت، علاقه و امکانات لازم برای این کار را داشته باشم شاید روزی به این هدف دست یابم.

فرانک فراهانی‌جم ‌/‌ گروه دانش