ربات پیوستاری

**ربات پیوستاری** () یا **ربات خم‌پذیر پیوسته** گونه‌ای از ربات است که به‌جای داشتن مفصل‌ها و قطعات صُلبِ جداگانه، از ساختاری یکپارچه و انعطاف‌پذیر تشکیل شده است. این ویژگی باعث می‌شود که چنین رباتی در تمام طول خود بتواند خم شود و شکل بگیرد و در نتیجه در فضاهای تنگ یا محیط‌های پیچیده‌ای کار کند که ربات‌های معمولیِ مفصل‌دار قادر به فعالیت در آن‌ها نیستند.

به بیان ساده، ربات پیوستاری ساختاری دارد که می‌تواند به‌طور پیوسته خم شود و خمیدگی آن، همانند خمیدگی اندام‌های طبیعی، بدون شکستگی یا زاویه‌های ناگهانی است. همین ویژگی باعث می‌شود این ربات‌ها با بازوهای مارمانند یا بازوهای چندمفصلیِ بیش‌ازحد متفاوت باشند؛ چراکه آن‌ها تنها می‌توانند به‌طور تقریبی چنین خمیدگی‌هایی ایجاد کنند.

طراحی ربات‌های پیوستاری الهام‌گرفته از اندام‌های زیستی مانند خرطوم، مار و بازوچهٔ هشت‌پا است. امروز نمونه‌های گوناگونی از این ربات‌ها ساخته و تجاری‌سازی شده‌اند که در حوزه‌های مختلف، از پزشکی و جراحی‌های کم‌تهاجمی گرفته تا کاوش‌های زیر دریا، کاربرد دارند.

## رده‌بندی
ربات‌های پیوستاری را می‌توان بر پایهٔ دو معیار دسته‌بندی کرد: یکی نوعِ ساختار و دیگری روشِ به‌کارانداختن (عملگر).

### ساختار
ویژگی اصلی طراحی ربات‌های پیوستاری داشتن یک ستون یا بخش مرکزی خم‌پذیر است که به آن «ستون فقرات» (backbone) می‌گویند. این ستون باید هم قابل کنترل باشد و هم انعطاف‌پذیر، یعنی وقتی نیرویی به آن وارد شود، به‌طور طبیعی و نرم تغییر شکل دهد.

بر اساس نوع طراحی، سه گونهٔ اصلی از این ربات‌ها وجود دارد:
* **تک‌ستون (single-backbone):** تنها یک ستون الاستیک مرکزی دارند که کابل‌ها یا اجزای انتقال نیرو از داخل آن عبور می‌کنند.
* **چندستون (multi-backbone):** بیش از یک ستون انعطاف‌پذیر دارند (می‌تواند میله یا لوله باشد) که کنار هم و به‌صورت موازی بسته شده‌اند.
* **لوله‌های هم‌مرکز (concentric-tube):** ستون مرکزی از چند لولهٔ توخالی ساخته شده که روی هم قرار گرفته‌اند و می‌توانند بچرخند یا روی هم بلغزند و این کار باعث خم‌شدن بازو می‌شود.

### عملگر (Actuation)
شیوهٔ حرکت دادن ربات‌های پیوستاری می‌تواند «بیرونی» یا «درونی» باشد:
* **بیرونی (extrinsic):** نیرو از بیرون به ستون اصلی وارد می‌شود و از راه کابل یا سازوکار انتقال به ربات منتقل می‌گردد. (مثلاً بازوهای کابلی یا چندستونی).
* **درونی (intrinsic):** عملگر داخل ساختار ربات است. این کار می‌تواند با محفظه‌های بادی، هیدرولیک یا حتی آلیاژ حافظه‌دار انجام شود که با تغییر دما شکلشان تغییر می‌کند.

## مزایا
طراحی ربات‌های پیوستاری چند برتری مهم نسبت به ربات‌های صُلب دارد. نخست این‌که در محیط‌های تنگ و دشوار به‌خوبی کار می‌کنند، چون قابلیت انعطاف و سازگاری بالایی دارند. دوم این‌که ساختار سادهٔ آن‌ها اجازهٔ کوچک‌سازی و مینیاتوری‌شدن می‌دهد. همین ویژگی‌ها زمینهٔ رشد رباتیک نرم را هم فراهم کرده‌اند. این ربات‌ها از مواد انعطاف‌پذیر ساخته می‌شوند و به همین دلیل در تماس با انسان ایمنی بیشتری دارند.

## معایب
این طراحی خاص، چالش‌هایی هم دارد. برای استفادهٔ درست و ایمن، لازم است نیروی وارد بر ربات و شکل دقیق آن در هر لحظه سنجیده شود. معمولاً این کار با دوربین یا حسگرهای مغناطیسی انجام می‌شود که محدودیت‌هایی دارند. برای حل این مشکل، در سال‌های اخیر از حسگرهای توری براگ فیبری استفاده شده که نتایج امیدوارکننده‌ای نشان داده‌اند.

همچنین برخلاف ربات‌های صُلب که ویژگی‌های مکانیکی‌شان کاملاً شناخته شده است، رفتار ربات‌های پیوستاری هنوز به‌طور کامل روشن نیست و همین باعث دشواری در ساخت مدل‌ها و الگوریتم‌های کنترلی دقیق می‌شود.

## مدل‌سازی
برای آن‌که بتوان ربات پیوستاری را درست کنترل کرد، باید مدلی دقیق از آن ساخته شود تا بتوان شکل و خمیدگی بازو را پیش‌بینی کرد. سه روش اصلی برای مدل‌سازی این ربات‌ها وجود دارد:
* **نظریهٔ میلهٔ کُسِرات (Cosserat rod theory):** این روش دقیق‌ترین مدل‌سازی است، چون هیچ فرض ساده‌کننده‌ای ندارد. در آن، معادلات تعادل بین نیرو، گشتاور، وضعیت و جهت در طول بازو حل می‌شود. البته حل این معادلات بسیار پیچیده و پرهزینهٔ محاسباتی است، چون باید به‌صورت عددی حل شوند.
* **خمیدگی ثابت (Constant curvature):** در این روش فرض می‌شود ستون اصلی از بخش‌هایی تشکیل شده که هرکدام مانند یک کمان با شعاع ثابت خم می‌شوند. این مدل ساده‌تر است و نتایج خوبی هم داده است، ولی در عمل همیشه بخش‌های ربات دقیقاً از قانون خمیدگی ثابت پیروی نمی‌کنند، پس رفتار واقعی ممکن است کمی متفاوت باشد.
* **مدلِ پیوندهای صُلب (Rigid-link model):** در این شیوه فرض می‌شود ربات پیوستاری از بخش‌های کوچکِ صُلب تشکیل شده است. اگر تعداد این بخش‌ها کم باشد، مدل دقیق نیست، ولی اگر تعداد زیاد شود، محاسبات بسیار پیچیده خواهد شد. با این حال، این روش اجازه می‌دهد از الگوریتم‌های کنترلی استاندارد (که برای ربات‌های صُلب توسعه یافته‌اند) استفاده شود. همچنین می‌توان با ترکیب این مدل با حسگرهای شکل و نیرو، دقت آن را افزایش داد.

## منابع

* 

رده:رباتیک
رده:کنترل ربات