علم الإنسان الآلي
علم الإنسان الآلي (1} هو علم تقنية وهندسة الرجال الاليين وتصميمهم وصناعتهم وتطبيقاتهم وترتيباتهم الهيكلية. يرتبط علم الإنسان الالي بالإلكترونيات، والميكانيكا، والبرمجيات. كلمة روبوت قدمت للجمهور عن طريق الكاتب التشيكي كارل كابيك في مسرحيته آر يو أر.رجال روسوم الاليين العالميين ونشر في عام 1920. وقد سجل أو استخدام لهذا المصطلح من قبل اسحاق اسيموف، في تقريره عام 1941 قصة الخيال العلمي القصيرة "كذاب!"
قصص عن المساعدين الصناعيين والمرافقين وصنعهم هي قصص لها تاريخ طويل إلا أن المكائن المستقلة بشكل ذاتي لم تظهر الا في القرن العشرين. أول رجل آلي تم تشغليه وبرمجته، المتحرك ,الذي تم تركيبه عام 1961 من اجل رفع قطعة من المعدن الساخن من آلة ومن ثم رصها. حاليا الرجال الآليين والتجاريين هم في فائدة كبيرة إذ أنهم يقومون بتأدية الوظائف برخص وبدقة وموثوق بهم أكثر من الإنسان. حيث يتم توظيفهم لأعمال خطيرة وقذرة جدا وغير مناسبة للأنسان. يتم استخدام الرجال الاليين بشكل كبير وعلى نطاق واسع في مجالالت التصنيع والتجميع، والتعبئة والنقل، واستكشاف الأرض والفضاء ؛و الجراحة ؛ والأسلحة، والأبحاث المختبرية، والسلامة، وإنتاج كميات كبيرة من السلع الاستهلاكية والصناعية.
وفقا لقاموس أوكسفورد الإنكليزي فقد كان أول استخدام لكلمة روبوتيكس في أحد الكتب عن طريق اسحاق اسيموف ا، في قصتة القصيرة عن الخيال العلمي القصة القصيرة "لاير!" ،الذي نشر في أيار 1941 في الخيال العلمي المذهل. لم يكن اسيموف على علم بأنه قد اخترع هذا المصطلح : حيث ان علم وتكنولوجية الأجهزة الالكتونية كانت تدعى الإلكترونيات ولذلك فقد اعتقد بأن روبوتيكس تلقائيا تعود إلى علم وتكنولوجية الرجال الاليين. ومع ذلك فلقد صرح اسيموف في بعض من اعماله بأن أول استخدم لكلمة روبوتيكس كانت في قصته القيصيرة راناراوند(وهي خيال علمي مذهل(مارس 1942). كلمة روبوتكس مشتقة من كلمة الروبوت، والتي عرضت على الجمهور من قبل الكاتب التشيكي كاريل كابيك في مسرحيته آر يو آر '(روبوتات روسوم العالمية)، التي ظهرت لاول مرة في عام 1921.
ان تركيب الإنسان الآلي اجمالا هو تركيب ميكانيكي ويمكن أن يسمى سلسلة حركية (وظيفتها ان تكون مشابهة لهيكل الإنسان العظمي). تتكون السلسلة من الروابط (عظامها)، والصمامات والمشغلات ق (عضلاتها)، والمفاصل التي يمكن أن تسمح لدرجة أو درجات من الحرية. تستخدم معظم الروبوتات المعاصرة السلاسل المتسلسلة المفتوحة التي تقوم فيها كل وصلة بالتوصيل بين الوصلة الأخيرة والتي تليها. وتسمى هذه الروبوتات بالروبوتات المتسلسلة، وغالبا ما تشبه الذراع الإنسانية. تستخدم بعض الروبوتات، مثل منصة ستيوارت ،سلسلة حركية موازية مغلقة. اما الهياكل أخرى، مثل تلك التي تحاكي البنية الميكانيكية للبشر وحيوانات مختلفة، وحشرات فهي نادرة نسبيا. على اية حال فإن تطور واستخدام مثل هذه الهياكل في الربوتات تعتبر حقل نشط للأبحاث.(على سبيل المثال الميكانيكا الحيوية). تستخدم الروبوتات كمعالجات حيث ان نهاياتها ترتبط بالوصلة الأخيرة. هذا المستجيب الذي يقع في النهاية يمكن ان يكون اي شي من جهاز لحام إلى يد ميكانيكية مستخدمة لمعالجة البيئة.
في الوقت الحاضر تستخدم معظم الروبوتات (بطاريات الرصاص) إلا أن مصادر الطاقة المحتملة يمكن أن تكون :تعتبر المحركات عضلات الرجل الآلي التي تقوم بتحويل الطاقة المخزنة إلى طاقة حركية. إلى حد بعيد فإن المحركات الأكثر استخداما هي محركات كهربائية إلا أن هنالك رجال آليين يعملون بالكهرباء وبالمواد الكيماوية والهواء المضغوط.تستلم الآيادي الآلية الحالية والبديلة معلومات اقل عن طريق اللمس من اليد البشرية. طورت الأبحاث الحديثة مستشعر عن طريق اللمس الذي يحاكي الخواص الميكانيكية لدي الإنسان. هذا الصف من المستشعرات مبني كصميم صارم محاط بسائل موصل محاط ب جلد مطاطي.، تتصاعد الأقطاب الكهربائية على سطح الصميم الصارم الذي يوصل إلى جهاز قياس المعاوقة الكهربائية ضمن الصميم. عندما يلامس الجلد الاصطناعي كائن فإن مسار السائل حول الأقطاب يتحول ومن ثم تغير المعاوقة الكهربائية القوة المستلمة من الجسم. يتوقع الباحثون بأن وظيفة هامة لهذه الالات الاصطناعية سوف تعدل قبضة الروبوتات للاجسام المحمولة.
الروبوتات التي يجب أن تعمل في العالم الحقيقي تتطلب بعض الطرق لمعالجة الاجسام ؛ التقاط والتعديل والتدمير، أو اي اثر خلاف ذلك. غالبا ما يشار إلى أيدي 'الروبوت بالمستجيبات النهائية، بينما يشار إلى اليد باسم المعالج. معظم ايدي الرجال الاليين لديها مستجيبات بديلة، التي تسمح لهم بالقيام بعدد من الممهام الصغيرة. لدى البعض منها معالجات مثبتة ولا يمكن استبدالها بينما عدد قليل منها لديها معالج رئيسي ,على سبيل المثال يد الروبوت.لمعلموات أكثر عن كافة اشكال الرجال الاليين وتصاميمهم واستخداماتهم ,تستطيع الرجوع إلى كتاب.روبوت غريبيرز.
للبساطة فإن كل الرجال الاليين المتحركين لديهم اربعة عجلات. ومع ذلك، فقد حاول بعض الباحثين صنع رجال اليين أكثر تعقيدا بعجلتين اثنتين.يعتبر المشي مشكلة دينامية ووسهل لحل. معظم الرجال الاليين الذين تم صنعهم يستطيعون المشي على قدمين ولكن لم يستطع اي منها ان يماثل متانة الإنسان في المشي. وأيضا تم صنع العديد من الرجال الاليين الذين يمشون على أكثر من قدمين، حيث ان هذه النوع من الرجال الاليين سهل الصنع. لقد تم اقتراح الهجينة في افلام ك ,اي روبوت, حيث يتحرك الرجال الاليين على قدمين ومن ثم يتنقلون على اربعة(القدمين واليدين) عند مواجهة العدو. عادة، يمكن للرجل الالي صاحب الساقين ان يمشي جيدا على الأرضيات المسطحو، وأحيانا يمكن ان يصعد الدرج. لا يمكن لاي رجل الي ان يمشي المواقع صخرية غير مستوية. بعض الطرق التي تم تجريبها هي:
على الرغم من أن أغلب الرجال الاليين الحاليين مسيطر عليهم من قبل الإنسان أو يعملون في بيئة ثابتة، إلا أن هناك اهتمام متزايد في الرجال الاليين الذين يستطيعون العمل ذاتيا وبشكل مستقل في بيئة دينامية. بعض هذه الروبوتات تتطلب مزيجا من الأجهزة والبرمجيات الخاصة بالملاحة من أجل اجتياز بيئتهم. في أحداث غير متوقعة خاصة (مثل الناس وغيرها من العوائق التي ليست ثابتة) يمكن أن يسبب ذلك مجموعة من المشاكل أو الاصطدامات. بعض الروبوتات المتقدمة للغاية كما أسيمو، وايفير 1- 1، والرجل الالي مينيو لديهم بشكل خاص أجهزة وبرامج ملاحية جيدة جدا. كذلك، السيارات ذاتية اليسطرة، ارنست ديكمانس السيارة بدون سائق، والمداخل في داربا غراند جالينج، لديا القدرة على استشعار البيئة بطريقة جيدة وبالتالي اتخاذ القرارات الملاحية على أساس هذه المعلومات. معظم هذه الروبوتات تستخدم أجهزة الملاحة جي بي اس لتحديد المواقع، جنبا إلى جنب مع الرادار والتي تدمج أحيانا مع المعطيات الحسية الأخرى، مثل تحديد المدى الضوئي، وكاميرا فيديو، بالإضافة إلى نظام التوجيه بالقصور الذاتي لتحسين الملاحة بين نقاط الطريق.
إذا كان الإنسان الآلي ليتم استخدامه بفعالية للعمل في المنازل والبيئات الغير صناعية ,فإن الطريقة التي يتم فيها بنائهم للقيام بعملهم وخصوصا الطريقة التي سيتم فيها الطلب منهم ليتوقفوا فذلك سيكون له اهمية حاسمة. يمكن ان يكون لدي الاشخاص الين يتعاملون مع الرجال الاليين تدريب قليل أو معدوم نهائيا ولذلك فإن اي وصلة يجب أن تكون حدسية بشكل مطلق. يعتقد كتاب الخيال العلمي أيضا بأن الرجال الاليين سوف يصبحون في النهاية قادرين على التواصل مع بني البشر عن طريق الكلام وتعابير الوجه بدلا من الانصياع للأوامر فقط. على الرغم من أن الكلام سيكون أكثر الطرق الطبيعية لالإنسان للتواصل، الا انه من غير الطبيعي بالنسبة للرجل الالي. سيحتاج الامر بعض الوقت حتى يستطيع الرجل الالي ان يتفاعل بشكل طبيعي كما في ك الافلام الخيالية - 3PO.الهيكل الميكانيكي للإنسان يجب أن تسيطر عليه من اجل أداء المهام.
السيطرة على الروبوت ينطوي على ثلاث مراحل متميزة—الفهم، والمعاجلة، والعمل (نماذج للرجال الاليين). يعطي جهاز الاستشعار معلومات عن البيئة أو عن الرجل الالي نفسه (مثل موقع المفاصل أوالمستجيب النهائي). يتم بعد ذلك تجهيز هذه المعلومات من اجل حساب الإشارات المناسبة إلى المشغلات التي تحرك الميكانيكي.
تتراوح مرحلة المعالجة بين درجات مختلفة من التعقيد. على صعيد ردود الفعل ،فقد يتم ترجمة معلومات الاستشعار عن بعد إلى اوامر المشغل. يمكن ان يتم استخدام الانصهار الاستشعاري لتقدير مدى الفائدة(على سبيل المثال موقف الروبوت القابض) من بيانات الاستشعار المعطاة. والمهام الفورية (مثل تحريك مقبض في اتجاه معين) مستنتجة من هذه التقديرات. تقنيات من الناحية النظرية المسيطرة هي تقنيات تحويل المهام إلى الأوامر التي تدفع المحركات.
في الفترة الزمنية الأطول وبالمهام الأكثر تطورا فإن الرجل الالي الأكثر تطورا قد يحتاج لبناء وتصميم نماذج ادراكية. تحاول النماذج المعرفية تمثيل الرجل الالي في العالم وكيفية تفاعلها. يمكن استخدام نماذج التعرف ورؤية الكمبيوتر من اجل تعجب الاجسام. يمكن ان يتم استخدام تقنيات رسم الخرائط في صنع خرائط العالم. أخيرا، يمكن استخدام تخطيط الحركة وغيرها من تقنيات الذكاء الاصطناعي لمعرفة كيفية التصرف. على سبيل المثال، قد يستطيع المخطط المعرفي معرفة كيفية تحقيق هذه المهمة دونالاصطدام بالعقبات، اوالسقوط، وما إلى ذلك.
يمكن ان يكون لنظم الرقابة مستويات مختلفة من الحكم الذاتي.تصنيف أخرى يأخذ بعين الاعتبار التفاعل بين الإنسان والسيطرة على حركات الجهاز.دراسة الحركة يمكن ان تقسم إلى ديناميكيات وحركيات. تشير الحركيات مباشرة إلى حسابات المستجيب نهاية الموقع، والتوجه، والسرعة، والتسارع عند تطابق القيم المتطابقة المشتركة. الحركيات المعكوسة تشير إلى عكس الحالة التي تتطلب القيم المشتركة المحسوبة لقيم المستجيبات النهائية، كما فعلت في تخطيط المسار. تشمل بعض الجوانب الخاصة من الحركيات تشمل التعامل مع الاحتمالات ا (الاحتمالات المختلفة لأداء نفس الحركة)، وتجنب الاصطدام، وتجنب التفرد. عندما يتم حساب كل المواقع ذات الصلة والسرعات والتسارع باستخدام الحركيات، فإن بعض الطرق من مجال الديناميات يتم استخدامها لدراسة تأثير القوى على التحركات. تشير الديناميات المباشرة إلى حساب التسارع في الرجل الالي عندما يتم التعرف على القوى المتسخدمة. يتم استخدام الديناميات المباشرة في اعمال محاكاة الرجل الالي بالحاسسوب. تشير الديناميات المعكوسة حسابات المشغل الضرورية من اجل صنع تسارع النهايات المستجيبة. يمكن ان يتم استخدام هذه المعلومات لتحسين السيطرة على خوارزميات الرجل الالي.
في كل مجال من المجالات المذكورة أعلاه، يسعى الباحثين لتطوير مفاهيم واستراتيجيات جديدة والعمل على تحسين القائم منها، وتحسين التفاعل بين هذه المجالات. للقيام بذلك، يجب أن يتم تطوير المعايير "الأمثل" للأداء وتحسين طرق التصميم، والهيكلية، والسيطرة على الرجال الاليين.
الكثير من البحوث في مجال الروبوتات لا تركز على المهام الصناعية المحددة، ولكن على التحقيقات في أنواع جديدة من الروبوتات، وطرق بديلة للتفكير أو تصميم الروبوتات، وطرق جديدة لتصنيعها ولكن التحقيقات الأخرى، مثل تحقيقات معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا cyberflora تعتبر تحقيقات اكاديمية بحتة.
أول ابتكار جديد في تصميم الروبوت هو تحديد المصادر المفتوحة للمشاريع الآلية. يمكن استخدام مصطلح جينيريشن روبوتس من اجل وصف مستوى التقدم المحرز في مجال الرجال الآليين. هذا المصطلح الذي اخترعه البروفيسور هانس مورافيك، والباحثين العلميين في جامعة كارنيجي ميلون معهد للروبوتات من اجل وصف المستقبل القريب لتطور التكنولوجيا الروبوتية. "الاجيال الأولى والثانية والثالثة للرجال الاليين تعتبر الاجيال الأولى للرجال الاليين، حيث تنبأ مورافيك في عام 1997 بضرورة وجود كمية معرفية مماثلة ل ليزارد" وينبغي أن تصبح متوفرة بحلول عام 2010. ولأن "الجيل الأول من" الروبوت سيكون غير قادر على التعلم، فقد تنبأ مورفيك بأن "الجيل الثاني" من الروبوت سيكون ذا تحسن وتطور بالمقارنة مع "الجيل الأول" وسيصبح متوفرا بحلول عام 2020، مع ذكاء ربما يماثل ذكاء الماوس. "الجيل الثالث" من الرجال الاليين ينبغي أن يكون لديهم مقدار من الذكاء المقارن ب ذكاء القرد. يتوقع الروفسور مورفيك بإمكانية توفر "الجيل الرابع" للرجال الاليين، وروبوتات مع الذكاء البشري لن يكون متوفر حتى عام 2040 أو 2050.
والثاني هو [[الروبوتات المتطورة.]] هذه هي المنهجية التي تستخدم الحساب التطوري للمساعدة في تصميم الروبوتات، وخاصة في شكل الجسم ،وتحركاته والتحكم بسوكه. بطريقة مشابهة للتطور الطبيعي، فقد سمح بدرجة معينة من التنافس بين اعداد كبيرة من الرجال الاليين ,وعلى قدرتهم على تأدية المهام حيث يتم حساب ذلك باستخدام عمل.اللياقة البدنية. الرجال الاليين الذين يقدمون الاسوء في هذه المنافسة يتم ازالتهم وتحل محلهم اعداد جديدة بالاعتماد عل السلوكيات المسندة إلى الفائزين. مع مرور الوقت يتم تحسين السكان، وفي نهاية المطاف يتم ظهور رجال اليين مرغوب بهم. يحدث هذا بدون أي برمجة مباشرة للرجل الالي عن طريق الباحثين. يستخدم الباحثون هذا الأسلوب من اجل صنع رجال اليين افض ومن اجل استكشاف طبيعة التطور. ولأن هذه العملية غالبا ما تتطلب محاكاة عدة أجيال من الرجال الآليين، فإن خذه التقنية يمكن ان يتم استخدامها بالكامل أو معظمها في المحاكاة، ومن ثم اختبارها على الروبوتات الحقيقية عندما يتم تطوير الخوارزميات بشكل كافي. حاليا، هناك حوالي 1 مليون من الرجال الاليين الصناعيين الذين يكدحون في مختلف أنحاء العالم ،وتعتبر اليابان أكبر دولة في استخدامها للرجال الاليين في الصناعة التحويلية.
الروبوتات هي حقل مشتركة للدراسة الجامعية. بعض الجامعات تمنح درجات علمية في مجال الرجال الاليين.
في الآونة الأخيرة أصبحت الروبوتات اداة مشهورة في زيادة الاهتمام للمنافسة لطلاب المدارس المتوسطة والثانوية. مواد السنة الأولى لتخصصات علوم الكمبيوتر في العديد من الجامعات تم تطويرها لتتضمن برمجة الرجل الالي بدلا من برامج الهندسة.
بازدياد عدد الرجال الاليين فإن الوظائف المتعلقة بالرجال الاليين في ازدياد ونمو. تتطلب بعض الوظائف مهارات العمل الحالية، مثل بناء الكيبل، وتجميع قطع الغيار، والاختبار.
تقوم سكريبت برو بتصنيع رجل الي مصمم لمساعدة الصيدليات لملء الوصفات الطبية التي تشمل المواد الصلبة الشفوية أو الأدوية عن طريق الفم على شكل حبوب. يقوم الصيدلاني بإدخال معلومات الوصفة الطبية في نظام المعلومات. عند تحديد وجود أو عدم وجود الادوية في الرجل الالي فإن النظام يرسل المعلومات للرجل الالي من اجل ملئها. للرجل الالي ثلاثة احجام مختلفة بالاعتماد على حجم الحبة. يحدد فني الرجل الالي أو الصيدلاني الحجم المطلوب للقنينة بالاعتماد على القرص المدخل إلى الرجل الالي عند صنعه. عندما يتم تعبئة العبوة فيتم احضارها إلى الحزام الناقل الذي يسلمها للحامل الذي يلف العبوة ويعمل على الصاق ملصق المريض. بعد ذلك يتم وضعه على حامل اخر الذي يقوم بتسليم دواء المريض فتحة بطاقة تحمل اسم المريض عليها. يعد ذلك يقوم الصيدلاني أو الفني بفحص مكونات العبوة للتأكد بأنها مكون من الدواء الصحيح للمريض الصحيح ومن ثم يختم العبوة ويرسلها إلى الجهة الخارجية ليتم انتقاؤها. يعتبر الرجل الالي جهاز وقتي فعال حيث تعتمد عليه الصيدلية من اجل ملء الوصفات الطبية.
مكيسون للروبوت آر إكس هو رجل الي اخر من اجل الرعاية الصحية حيث يقوم بمساعدة الصيادلة على التخلص من آلاف الادوية يوميا مع وجود اخطاء قليلة أو حتى معدومة. يمكن ان يكون عرض الرجل الالي عشرة اقدام وطوله ثلاثين ثدما ويستطيع حمل عدة مئات من الادوية المختلفة والآلاف من الجرعات. بهذه الطريقة توفر الصيدلية الكثير من الموارد البشرية مثل الموظفين الذي على خلاف ذلك غير متوفرين في صناعة الموارد النادرة. فهو يستخدم ؤأ كهروميكانيكي مقترن بنظام هوائي لالتقاط كل جرعة وتسليمها إلى مخزنها أو إلى موقع الاستغناء عنها. يتحرك الرأس على طول محور واحد في الوقت الذي يدور 180 درجة لسحب الأدوية. خلال هذه العملية فإنه يستخدم تكنولوجيا الباركود للتحقق من سحب الدواء الصحيح. بغد ذلك يقوم بتسليم الدواء إلى مريض محدد على الحزام الناقل. عندما يتم ملء جميع الادوية التي يحتاجها المريض والمخزنة في الرجل الالي، يتم إطلاق سراح العبوة واعادتها إلى الحزام الناقل في انتظار تحميلها في عربة التسليم حزام ناقل إلى فني في انتظار تحميلها في عربة للتسليم.