רובוט דמוי אדם

רובוט דמוי אדם (באנגלית: Humanoid robot) הוא רובוט המעוצב בדמות גוף האדם. תכנון זה נועד למטרות פונקציונליות, כמו שימוש בכלים שתוכננו עבור בני אדם והתמצאות בסביבה אנושית, או למטרות מחקריות, כמו חקר התנועה הדו-רגלית. רובוטים דמויי אדם כוללים בדרך כלל פלג גוף עליון, ראש, שתי ידיים ושתי רגליים, אך ישנם גם רובוטים המחקים רק חלקים ממבנה הגוף האנושי.

תת-קבוצה של רובוטים דמויי אדם הם האנדרואידים, אשר מתוכננים לדמות את המראה האסתטי של בני אדם בצורה מדויקת יותר.

 היסטוריה 
הרעיון של רובוט דמוי אדם מופיע בתרבויות שונות ברחבי העולם. התיאורים המוקדמים ביותר של בובה מכנית אנושית (אוטומטים) מופיעים כבר במאה ה־4 לפני הספירה, במיתולוגיות יווניות ובטקסטים דתיים ופילוסופיים מסין. בהמשך, אבות טיפוס של בובות מכניות דמויות אדם נבנו במזרח התיכון, באיטליה, ביפן ובצרפת.

 ביוון 
אל הנפחים היווני, הפייסטוס, יצר מספר דמויי אדם מכניים במיתוסים שונים. ב"איליאדה" של הומרוס, הפייסטוס יצר משרתות זהב והעניק להן קולות דמויי אדם כדי שישמשו כעוזרות בעלות יכולות דיבור ונגינה. מיתוס יווני אחר מספר כיצד הפייסטוס יצר דמוי אדם ענק מברונזה בשם טאלוס כדי להגן על האי כרתים מפני פולשים.

 בסין 
במאה השלישית לפני הספירה, טקסט פילוסופי דאואיסטי בשם "Liezi", שנכתב על ידי הפילוסוף הסיני Lie Yukou, פירט את הרעיון של אוטומט דמוי אדם. הטקסט מספר על מהנדס בשם "יאן שי" שיצר רובוט דמוי אדם בגודל טבעי עבור המלך החמישי בשושלת ג'ואו הסינית, המלך מו. הרובוט נבנה בעיקר מעור ועץ. הוא היה מסוגל ללכת, לשיר ולהניע את כל חלקי גופו.

 במזרח התיכון 
במאה ה־13, המהנדס המוסלמי איסמעיל אל-ג'זארי פיתח אוטומטים אנושיים שונים. בין יצירותיו היה רובוט־מלצר שחילק משקאות מתוך מכל והופיע מחוץ לדלת אוטומטית כדי להגיש אותם. אוטומט נוסף שיצר שימש לרחיצת ידיים, כשהאוטומט מילא כיור במים לאחר שהתרוקן.

 באיטליה 
ממוזער| דגם של הרובוט של לאונרדו עם פעולות פנימיות
במאה ה־13, לאונרדו דה וינצ'י תכנן רובוט מכני מורכב לבוש בחליפת שריון, המסוגל לשבת, לעמוד ולהניע את זרועותיו באופן עצמאי. הרובוט כולו הופעל על ידי מערכת של גלגלות וכבלים.

 ביפן 
בין המאה ה־17 למאה ה־19, יפנים יצרו אוטומטים דמויי אדם שנקראו בובות קאראקורי . בובות אלה שימשו לבידור בתיאטרון, בבתים ובפסטיבלים דתיים. בובות הקאראקורי שהיו בשימוש בתיאטרון נקראו בוטאי קאראקורי. בובות קטנות יותר, שנקראו זאשיקי קאראקורי, הונחו על שולחנות כדי לרקוד, לתופף או להגיש משקאות. בובות ששימשו בפסטיבלים דתיים נקראו דאשי קאראקורי, והן נועדו להצגת מיתוסים ואגדות.

 בצרפת 
במאה ה-18, הממציא הצרפתי ז'אק דה ווקנסון  יצר אוטומט דמוי אדם בשם "נגן החליל", שנחשב להישג חשוב בתחום. האוטומט, שהיה בגודל אדם ונבנה מעץ, היה מסוגל לנגן מנגינות שונות באמצעות חליל. המערכת שהפעילה אותו כללה מפוחים, צינורות, משקולות ורכיבים מכניים נוספים, שנועדו לדמות את פעולת השרירים הדרושים לנגינה בחליל.

 יישומים 
ימין|ממוזער| רובוט iCub בפסטיבל המדע בגנואה, איטליה, בשנת 2009
רובוטים דמויי אדם משמשים ככלי מחקר במספר תחומים מדעיים. חוקרים לומדים את מבנה הגוף האנושי והתנהגותו (ביומכניקה) כדי לבנות רובוטים דמויי אדם. במקביל, הניסיון לחקות את הגוף האנושי תורם להבנה מעמיקה יותר של תפקודו. תחום המחקר של הקוגניציה האנושית מתמקד באופן שבו בני אדם לומדים מידע חושי כדי לפתח כישורים תפיסתיים ומוטוריים. ידע זה משמש לפיתוח מודלים חישוביים של התנהגות אנושית, ומשתפר עם הזמן.

חוקרים שונים העלו סברה כי רובוטיקה מתקדמת במיוחד תאפשר לשדרג בני אדם רגילים. נושא זה מתקשר לתחום הטרנס-הומניזם.

 ברפואה ובמחקר 
רובוטים דמויי אדם מהווים כלי חשוב בעולם הרפואה והביוטכנולוגיה, וכן בתחומי מחקר נוספים כמו ביומכניקה ומדעי הקוגניציה. רובוטים אלו משמשים לפיתוח תותבים (פרוטזות) מתקדמים עבור אנשים עם מוגבלות פיזית, כמו קטיעת גפיים. אחד הרובוטים הרפואיים, WABIAN-2, נוצר במטרה לסייע למטופלים בשיקום הגפיים התחתונות שלהם.

רובוטים דמויי אדם יכולים לשמש כמודלים לניסוי ופיתוח של עזרי בריאות מותאמים אישית, ולמעשה לתפקד כאחיות רובוטיות עבור אוכלוסיות כמו קשישים. בנוסף, הם מתאימים למקצועות הדורשים פעולות שגרתיות וחוזרות, כמו פקידי קבלה ועובדים בקווי ייצור של כלי רכב. מכיוון שהם יכולים להשתמש בכלים ולהפעיל ציוד וכלי רכב שתוכננו עבור בני אדם, רובוטים דמויי אדם יכולים תאורטית לבצע כל משימה שאדם מסוגל לבצע, בתנאי שיש להם את התוכנה המתאימה. עם זאת, המורכבות של יישום הדברים היא גדולה.

 הדגמות 
אף על פי שיישומים רבים בעולם האמיתי עבור רובוטים דמויי אדם אינם נחקרים, אחד מהשימושים העיקריים בהם הוא להדגים טכנולוגיות מתפתחות. דוגמאות מודרניות לרובוטים דמויי אדם, כמו הונדה אסימו, נחשפות לציבור על מנת להדגים התקדמות טכנולוגית חדשה במיומנויות מוטוריות, כגון הליכה, טיפוס ונגינה בכלי. רובוטים דמויי אדם אחרים פותחו למטרות ביתיות, אולם מצטיינים רק במיומנויות של מטרה יחידה והם רחוקים מלהיות אוטונומיים לחלוטין. רובוטים דמויי אדם, במיוחד אלו עם אלגוריתמים של בינה מלאכותית, יכולים להיות שימושיים בעתיד למשימות מסוכנות או רחוקות של חקר חלל, מבלי שיהיה צורך לחזור לכדור הארץ לאחר השלמת המשימה.

 חיישנים 
חיישן הוא התקן שמודד תכונה מסוימת של העולם. כחלק מאבני היסוד של תחום הרובוטיקה (ביחד עם תכנון ובקרה), חישה ממלאת תפקיד מרכזי בגישות ובשיטות המשמשות לתכנון ופיתוח רובוטים, המכונות "פרדיגמות רובוטיות". פרדיגמות אלו מתוות את האופן שבו רובוטים חווים, מבינים, ומגיבים לסביבתם.

ניתן לסווג חיישנים לפי התהליך הפיזי איתו הם עובדים או לפי סוג מידע המדידה שהם נותנים כפלט. בערך זה, נעשה שימוש בגישה השנייה. 

 חישה עצמית 
חיישנים פרופריוספטיביים חשים את המיקום, הכיוון והמהירות של הגוף והמפרקים של האדם, יחד עם מדדים פנימיים אחרים. 

בבני אדם, האוטוליתים והתעלות החצי-מעגליות (באוזן הפנימית) משמשים לשמירה על שיווי משקל והתמצאות במרחב. בנוסף, בני אדם משתמשים בחיישנים פרופריוספטיביים, כמו מגע, מתיחת שרירים ומיקום הגפיים, כדי לסייע בהתמצאותם. רובוטים דמויי אדם משתמשים במד תאוצה כדי למדוד את התאוצה, משמשים בעיקר למדידת שינויים מהירים בכיוון. מד שיפוע למדידת נטייה של הרובוט. חיישני כוח הממוקמים בידיים וברגליים של הרובוט מודדים את עוצמת המגע עם הסביבה. חיישני מיקום מצביעים על המיקום המדויק של הרובוט, מה שעוזר להתמצאות במרחב. חיישני מהירות מודדים את מהירות התנועה של הרובוט. 

 חיישנים חיצוניים 
ממוזער| יד מלאכותית מחזיקה נורה
מערכים של חיישני מגע (Tactels) יכולים לספק נתונים על מה שנוגע ברובוט. לדוגמה, בכף היד הרובוטית Shadow Hand , יש מערך של 34 חיישנים הממוקמים מתחת לעור הפוליאוריתן שבקצות האצבעות. חיישני מגע אלו מספקים גם מידע על הכוחות והמומנטים המופעלים בין הרובוט לבין אובייקטים אחרים.

ראייה, בתחום הרובוטיקה, מתייחסת לעיבוד נתונים המתקבלים מחיישנים הקולטים קרינה אלקטרומגנטית ומייצרים ממנה תמונה של המרחב. ברובוטים דמויי אדם, היא משמשת לזיהוי עצמים ולקביעת מאפייניהם. חיישני ראייה פועלים באופן הדומה ביותר לעיניים של בני אדם. רוב הרובוטים ההומנואידיים משתמשים במצלמות CCD (התקן צמוד מטען) כחיישני ראייה.

חיישני קול מאפשרים לרובוטים דמויי אדם לקלוט דיבור וצלילים סביבתיים, בדומה לאוזניים של בני האדם. בדרך כלל, מיקרופונים משמשים את הרובוטים לצורך קליטת דיבור.

 מערכות הנעה ותנועה 
מפעילים הם המנועים האחראים לתנועה ברובוט.

רובוטים דמויי אדם בנויים בצורה כזו שהם מחקים את גוף האדם. הם משתמשים במפעילים שפועלים כמו שרירים ומפרקים, אם כי עם מבנה שונה. המפעילים של רובוטים דמויי אדם יכולים להיות חשמליים, פנאומטיים או הידראוליים . מערכות ההנעה והתנועה האידיאליות מאופיינות בעוצמה גבוהה, מסה נמוכה וממדים קטנים.

 מערכות חשמליות 
מפעילים חשמליים הם הסוגים הפופולריים ביותר של מפעילים ברובוטים דמויי אדם. מפעילים אלה קטנים יותר בגודלם, וייתכן שמפעיל חשמלי יחיד לא יפיק מספיק כוח עבור מפרק בגודל אנושי. לכן, מקובל להשתמש במספר מפעילים חשמליים עבור מפרק בודד ברובוט דמוי אדם.

 מפעילים הידראולים 
מפעילים הידראולים מפיקים עוצמה גבוהה יותר מאשר מערכות חשמליות או פנאומטיות, ומאופיינים ביכולת טובה יותר לשליטה במומנט הסיבוב שהם מייצרים. עם זאת, מערכות אלו עלולות להיות גדולות ומגושמות. פתרון אחד לבעיית הגודל הוא שימוש במפעילים אלקטרו-הידרוסטטיים (EHA) . דוגמה מוכרת לרובוט דמוי אדם המשתמש במערכות הידראוליות היא האטלס שפותח על ידי חברת Boston Dynamics.

 מערכות פנומאטיות 
מערכות הנעה פנאומטיות ברובוטיקה פועלות על עקרון דחיסות הגז . בעת הזרמת אוויר דחוס, המערכת מתרחבת לאורך הציר, ובעת שחרור האוויר, היא מתכווצת. כאשר קצה אחד של המערכת מקובע, הקצה השני נע במסלול ליניארי.

דוגמה נפוצה למערכת הנעה פנאומטית היא "שריר מקיבן" (McKibben muscle). מערכת זו מורכבת מצינור גמיש העטוף ברשת סיבים, ומחקה את פעולת השריר האנושי. כאשר הצינור מתמלא באוויר, הוא מתקצר ומתרחב בקוטרו, בדומה לשריר מתכווץ.

מערכות פנאומטיות מציעות מספר יתרונות בתחום הרובוטיקה. הן קלות משקל יחסית, גמישות ומסוגלות לספוג זעזועים. בנוסף, הן מאופיינות ברמת בטיחות גבוהה ובעלות נמוכה יחסית למערכות הנעה אחרות. תכונות אלו הופכות אותן לאטרקטיביות במיוחד בפיתוח רובוטים דמויי אדם, שכן הן מאפשרות יצירת תנועות הדומות יותר לתנועות אנושיות טבעיות.

 תכנון ובקרה 
תכנון ובקרה הם שני תהליכים מרכזיים בפעולת רובוטים דמויי אדם. תכנון מתייחס לתהליך של יצירת תוכניות לתנועות ומסלולים שהרובוט יבצע, בעוד בקרה היא הביצוע בפועל של התנועות והמסלולים המתוכננים. ברובוטים דמויי אדם, התכנון חייב לכלול תנועות דו-רגליות, כלומר הרובוטים צריכים לתכנן תנועות הדומות לאלו של בני אדם. מכיוון שאחד השימושים העיקריים של רובוטים דמויי אדם הוא אינטראקציה עם בני אדם, חשוב שמנגנוני התכנון והבקרה שלהם יפעלו במגוון סוגי קרקע וסביבות. יכולת זו מאפשרת לרובוטים להסתגל ולפעול ביעילות במצבים שונים, בדומה ליכולת האנושית להתמודד עם סביבות משתנות.

סוגיית ייצוב הרובוטים הדו-רגליים בעת הליכה על משטחים היא בעלת חשיבות רבה בתחום הרובוטיקה. אחת המטרות המרכזיות בבקרת יציבות היא שמירה על מרכז הכובד של הרובוט מעל למרכז שטח הנשיאה שלו. גישה זו מאפשרת לרובוט לשמור על יציבות ולמנוע נפילה. האתגר בתכנון מערכות אלו נובע מהצורך להתמודד עם שינויים דינמיים במשקל ובתנוחת הרובוט תוך כדי תנועה, וכן עם משטחים בעלי מאפיינים שונים. פיתוח אלגוריתמים מתקדמים לבקרת יציבות הוא תחום מחקר פעיל, המשלב ידע מתחומי הפיזיקה, הנדסת מכונות ומדעי המחשב.

כדי לשמור על איזון דינמי במהלך ההליכה, הרובוט זקוק למידע על הכוח המופעל במגע עם הקרקע, וכן על התנועה הנוכחית שלו לעומת התנועה הרצויה. פתרון לאתגר זה מתבסס על מושג מרכזי בתחום הרובוטיקה הדו-רגלית: נקודת האפס של המומנט (Zero Moment Point - ZMP). מושג זה מתייחס לנקודה על פני הקרקע שבה סכום כל הכוחות הפועלים על הרובוט אינו יוצר מומנט סיבוב. שליטה בנקודה זו מאפשרת לרובוט לנוע באופן יציב ולשמור על שיווי משקל גם בתנאים משתנים. יישום עקרון ה-ZMP דורש חישובים מורכבים בזמן אמת, המשלבים נתונים מחיישנים שונים עם מודלים פיזיקליים של תנועת הרובוט.

רובוטים דמויי אדם מתאפיינים ביכולתם לנוע, לאסוף מידע על העולם באמצעות חיישנים, ולקיים אינטראקציות עם סביבתם. בניגוד לרובוטים תעשייתיים או מניפולטורים הפועלים בסביבות המותאמות בשבילם, ושהרובוטים הותאמו בשבילם. רובוטים דמויי אדם נדרשים להתמודד עם סביבות מורכבות ומשתנות. כדי לאפשר לרובוטים אלה לנוע ביעילות בסביבות מגוונות, מערכות התכנון והבקרה שלהם חייבות להתמקד בשלושה תחומים עיקריים: הימנעות מהתנגשות של חלקיו השונים של הרובוט (למשל: שהידיים והרגליים לא יתקעו תוך כדי התנועה), תכנון מסלול, והימנעות ממכשולים. יכולות אלו מאפשרות לרובוטים דמויי אדם לפעול באופן אוטונומי ובטוח במרחבים מורכבים, תוך התאמה מתמדת לשינויים בסביבתם. 

רובוטים דמויי אדם עדיין חסרים כמה מהתכונות של גוף האדם. בין אלה נכללים מבנים בעלי גמישות משתנה, המספקים בטיחות (הן לרובוט עצמו והן לאנשים בסביבתו), וכן מגוון רחב של תנועות אפשריות. (דרגות חופש) תכונות אלו מאפשרות לבני אדם לבצע מגוון רחב של משימות. אף שתכונות אלה רצויות גם ברובוטים דמויי אדם, הן מוסיפות מורכבות ומציבות אתגרים חדשים בתכנון ובבקרה של הרובוטים.

תחום הבקרה הכוללת של גוף הרובוט עוסק באתגרים אלה ומתמודד עם התיאום הנכון של תנועות רבות ומגוונות. למשל, כיצד לבצע מספר משימות בו-זמנית תוך שמירה על סדר עדיפויות מסוים. זאת בדומה ליכולת האנושית לבצע מספר פעולות במקביל, כמו הליכה, נשיאת חפץ ושיחה בו-זמנית.

פיתוח יכולות אלה ברובוטים דמויי אדם הוא אתגר מרכזי בתחום, ומטרתו ליצור רובוטים שיוכלו לפעול בצורה יעילה ובטוחה יותר בסביבות אנושיות מורכבות.

 אתיקה 
רובוטים דמויי אדם מעלים שאלות אתיות מגוונות בנוגע לפרטיות, אבטחה, ומעמד מוסרי. מאחר שרובוטים אלו לרוב מצוידים במצלמות, מיקרופונים וחיישנים, הם עשויים לאסוף מידע אישי על אנשים ולהוות סיכון לפרטיות ולאבטחת מידע. נוסף על כך, חשש נוסף נוגע להשפעת הרובוטים על מבנה החברה. אינטראקציות עם רובוטים דמויי אדם עשויות ליצור "קשרים רגשיים" לא אותנטיים בין אדם למכונה, דבר העלול לשנות דפוסים חברתיים ופסיכולוגיים.

השימוש ברובוטים דמויי אדם מעלה גם שאלות בנוגע למעמד משפטי ואחריות מוסרית. ככל שהרובוטים מתפקדים באופן עצמאי ומשתלבים במגוון סביבות, מתעורר דיון על אחריות במקרים של נזק שנגרם על ידי רובוט, וכן על מעמדם החוקי של הרובוטים עצמם. על אף שרובוטים אינם זכאים כיום לזכויות משפטיות, ישנם חוקרים הטוענים כי בעתיד יהיה צורך להגדיר עבורם מסגרת חוקית שתתמודד עם סוגיות של אחריות, אתיקה ואפילו זכויות בסיסיות.

 במדע בדיוני 
נושא נפוץ בתיאורים של רובוטים דמויי אדם בספרות המדע הבדיוני הוא כיצד הם יכולים לעזור לבני אדם בחברה או להוות איום על המין האנושי. נושא זה מעלה שאלות האם אינטליגנציה מלאכותית היא כוח חיובי או שלילי עבור האנושות. נושא זה שואל בעצם האם בינה מלאכותית היא כוח של טוב או רע עבור האנושות. רובוטים דמויי אדם שמתוארים כטובים לחברה ומועילים לבני אדם הם Commander Data במסע בין כוכבים ו־C-3PO במלחמת הכוכבים. תיאורים מנוגדים שבהם רובוטים דמויי אדם מוצגים כמפחידים ומאיימים על בני אדם הם ה־T-800 ב־"המחסל" ומגהטרון ב־"רובוטריקים". סרט קולנוע בתמילית ההודית הציג את היתרונות והחסרונות של רובוט דמוי אדם בשם צ'יטי .

נושא בולט נוסף במדע הבדיוני בנוגע לרובוטים דמויי אדם הוא סוגיית האנושיות והאישיות. סרטים כמו בלייד ראנר ובלייד ראנר 2049, עוסקים בשאלה האם יש לראות בישות סינתטית שנוצרה באופן מלאכותי כבן אדם. בסרטים אלו, אנדרואידים שנקראים "רפליקנטים" נוצרים באופן שאינו ניתן להבחנה מבני אדם, אך הם נדחים על ידי החברה ולא זוכים לאותן זכויות כמו בני אדם. נושא זה מעורר הזדהות מצד הקהל, תוך שהוא מעלה תחושת אי נוחות סביב הרעיון שרובוטים דמויי אדם מחקים את בני האדם בצורה כה מושלמת.

 ראו גם
 עמק המוזרות
 תסביך פרנקנשטיין
 שלושת חוקי הרובוטיקה
 אנדרואיד

 קישורים חיצוניים 

 משרות Humanoid Robots ביפן
 Ulrich Hottelet: אלברט לא מרוצה - איך רובוטים לומדים לחיות עם אנשים, African Times, יוני 2009

 הערות שוליים 

*