רובוט
אבני בניין טכנולוגיות בתחום הרובוטיקה

חיישנים הרובוט, מעצם הגדרתו כ"מכונה" שיודעת להגיב לסביבה, מצויד בחיישנים. נכון ל-2025, אלו יכולים לכלול מצלמות, מצלמות אינפרה-אדום, מכ"ם לייזר (לידאר,Lidar), מכ"ם, חיישנים אולטרה-סוניים, מצלמות עם יכולת חישת עומק, מיקרופונים וסוגי חיישנים נוספים. נכון ל-2025, תחום החיישנים זוכה לעדנה על רקע ההשקעות העצומות בשוק הטלפונים הסלולריים והשקעות העתק שהושקעו שם, בגלל תפוצתם העצומה של הטלפונים הניידים. נושא החיישנים משרת גם את תחום הרכבים העצמאיים (מכונית אוטונומית) ואת "מערכות העזר לנהיגה (ADAS) כך שבסה"כ, זורמות אליו השקעות עתק וצפוי שהוא ימשיך להשתפר, להתמזער ולהפוך להיות זול יותר בעתיד הנראה לעיין.
אקטואטורים (מפעילים). רכיב החומרה שממיר אנרגיה לתנועה מכנית. יש כאלה מסוגים רבים ועקב ההשקעות הגדולות בתחום הרובוטיקה - התחום צפוי להשתפר בהתמדה, בעתיד הנראה לעיין ובמגבלות הפיזיקה. חברות גדולות במיוחד (כמו טסלה) מפתחות אקטואטורים ייעודיים לרובוטים שלהם.
שיטות הנעה ומרכיבי חומרה כל רובוט זקוק למרכיבי חומרה ספציפיים שמשמשים אותו (כמו ידיים, רגליים, זרוע מכנית וכיוצא באלו).ישנו מגוון גדול של שיטות הנעה/ תנועה ובכלל זה:
הנעה גלגלית. יש תצורות של "רובוט בתוך כדור", רובוטים הנעים על שני גלגלים, ארבעה גלגלים או יותר.
הנעה על זחלים. זחלים הם שיטה יעילה לתנועה בסוגי שטח מסוימים ולא מעט רובוטים עושים בהם שימוש.
חיקוי תנועה של בעלי חיים. יש רובוטים שמחקים תנועה של נחשים, יש כאלו שמנסים לחקות את יכולת הטיפוס של שממיות ועוד ועוד.
מקורות אנרגיה נכון ל-2025, רוב המערכות הרובוטיות נשענות על בטריות (סוללות) ויכולת טעינה חשמלית. מכיוון שהבטריות משמשות גם את עולם הטלפונים הניידים, המחשבים הניידים והרכבים החשמליים, צפוי שיזרמו לנושא פיתוח הבטריות השקעות עתק ויש תקווה שהן ישתפרו בהרבה ובמיוחד בתחום היכולת של מטען חשמלי צבור ליחידת משקל של הבטריה. חוקרים רבים מעריכים שתהיה פריצת דרך משמעותית בתחום, עם המעבר לבטריות מצב מוצק ויש חברות הטוענות שכבר יש להן מוצר כזה. בטריה מצב מוצק אמורה להיות עם יותר מטען חשמלי ליחידת משקל, בטוחה בהרבה ולאפשר הרבה יותר מחזורי טעינה ופריקה,,
מימשקים לבני האדם לרוב סוגי הרובוטים יש יחידת "שלט רחוק" שדרכה המפעיל האנושי מתממשק אל הרובוט. ככל שהרובוט נעשה יותר אוטונומי וככל שמודלי השפה הגדולים (LLM) נכנסים לתחום - מתפתחת מגמה ולפיה המימשק יישען על דיבור בדומה לאופן שבו בני האדם מתקשרים. הנושא תלוי מאוד ביישום, בשאלות הקשורות לסביבת הפעולה, לרמת הבטיחות הנדרשת, ליכולת לספוג "חוסר הבנות" וכיוצא באלו.
תקשורת מרכיב התקשורת קריטי לרובוטים. ראשית, יש תקשורת פנימית בין מרכיבי החומרה השונים. תקשורת זו בדרך כלל מתבצעת על גבי חוטים והיא עולם ומלואו בהקשר למניעת הפרעות תאלמ"ג, התקפות סייבר, אבטחת אמינות התקשורת והסנכרון של ההודעות וכיוצא באלה. שנית, הרובוט בדרך כלל יכלול יכולת לתקשר עם בני אדם (למשל באמצעות מיקרופן ורמקול) ויכולת לתקשר "עם בני מינו" והאינטרנט באמצעות תווכי תקשורת מקובלים כמו "ווי פיי" ו"שן כחולה". סוגים מסוימים של רובוטים ובפרט כאלה המחייבים הפעלה מרחוק בסביבות מסוכנות מחייבים תקשורת RF ייעודית לטווחים ארוכים - למשל, ברחפנים, בכלי טיס לא מאוישים, ברכבים המופעלים מרחוק באתרים מסוכנים כמו אתרי תשתית שיש בהם קרינה מסוכנת, רובוטים צבאיים וכדומה.
מעבדי מחשב הרובוטים, מעצם הגדרתם, כוללים יכולת "חישוב" פנימית משל עצמם, לטובת זה יש להם מעבדי מחשב מסוג CPU וככל שמכניסים אליהם מרכיבים של בינה מלאכותית, יהיו בהם גם מעבדים גרפיים - GPU.
חישוב - חישת המיקום העצמי רובוטים שיש להם יכולת לנוע צריכים לחשב את המסלול שבו הם רוצים להתקדם ולבנת היסוד לצורך זה, היא היכולת למקם את עצמם במרחב ("פתרון המיקום העצמי"). רובוטים צבאיים בדרך כלל עושים שימוש במערכת ניווט אינרציאלית המשולבת עם יכולת נווט לוויינית - GNSS. פתרון זה יקר להרבה שימושים אזרחיים. פתרונות נוספים כוללים חישוב מיקום עצמי על בסיס משואות רדיו מקומיות, שימוש ברשתות "ווי פיי" ו"שן כחולה", שימוש בפתרון מיקום עצמי על בסיס תאים סלולריים מקומיים, נווט לפי תמונת הכוכבים, נווט אופטי לפי הסביבה התלת-ממדית, פיזית, בקרבת הרובוט ועוד. בשנת 2025 - החלו גם פיתוחים שעניינם פתרון המיקום העצמי על בסיס השדה המגנטי של כדור הארץ ועל בסיס שדה הכבידה של כדור הארץ, ככל הידוע, גישות אלה נשענות על חיישנים קוונטיים והם ברמת מדגימים בלבד (נכון לפברואר 2025).
יכולת ניווט הרובוט מעצם הגדרתו צריך להיות מסוגל לנווט את דרכו ממקום למקום. בשביל לנווט, צריכה להיות לרובוט יכולת חישה של העולם הפיזי בקרבתו הקרובה, יכולת זיהוי של רמת העבירות של פני השטח, יכולת זיהוי מכשולים נייחים וניידים ויכולת לתכנן מסלולים ולבחור את התכנון המיטבי (או, למצער, תכנון ישים ורלוונטי). ברוב סוגי הרובוטים, נדרשת גם יכולת לתכנן בהתייחס למפה. נושא הניווט הוא נושא גדול ורחב מכיוון שהצורך בו קיים כבר מ"קדמת האנושות" - לטובת תכנון מסלולים להליכה ברגל, רכיבה על אופניים, נסיעה ברכבים, בחירת מסלול לאוניות ומטוסים, מיסלול (חישוב המסלול הרצוי) לטילים וכיוצא באלו. תנאי בסיס ליכולת נווט היא היכולת לחשב/ לחוש את המיקום העצמי, את המרחב שבקרבת הרובוט ואת המכשולים.
התמודדות עם מכשולים הרובוט צריך לדעת לעקוף מכשולים נייחים (למשל כיסא בר במטבח טיפוסי) כמו גם מכשולים ניידים, כמו כדור שמתגלגל לעבר הרובוט ועד לישויות דינמיות שיש להן "רצונות והתנהגויות" משל עצמן - למשל, במקרה של מכוניות, אופנועים, אופניים, הולכי רגל וכיוצא באלו - בהתייחס לרכב עצמאי (אוטונומי).
אלגוריתמיקה ותוכנה. הרובוטים מחייבים אלגוריתמים שונים, תוכנות רבות - הן בזמן אמיתי והן מערכות הפעלה "רגילות", יישומים שונים וכדומה. נהוג לחלק את מרכיב התוכנה ברובוטיקה למספר שכבות/ עולמות תוכן.
""דרייברים" של חומרה - מנהלי התקן. מנהלי התקן (דרייברים) הם מכלולי התוכנה שמקשרים בין החומרה למערכות ההפעלה.
Perception - תפיסה. מרכיבי התוכנה שמעבירים את המידע הגולמי של החיישנים לישויות ווקטוריות שאפשר להתייחס אליהן - למשל, העברת פיקסלים בתמונה לייצוג של עצמים כמו "כיסא", "שולחן", "אדם", "מכונית" וכיוצא באלו - ישויות שמרכיבי היישום של התוכנה יכולים להתייחס אליהן, בכדי, למשל, להימנע מהתנגשות, להימנע ממכשולים, להעריך את גודל העצם ומשקלו וכיוצא באלו "מידעים/ תובנות" שאינם במידע הגולמי (הפיקסלים) אלא שהם נובעים מהיכולת "להבין מה רואים". תוכנות כאלה עושות שימוש ביכולות מהסוג של "ראייה ממוחשבת" וככל שהזמן עובר, הן נשענות יותר ויותר על אלגוריתמים של בינה מלאכותית.
מערכות הפעלה, מרכיבי תוכנה שבדומה למחשבים "רגילים" מהווים את התשתית שמאפשרת למרכיבי החומרה השונים לתקשר ביניהם - אבל בצורה מותאמת לתחום הרובוטיקה. ב-2025, מערכת ההפעלה הנפוצה לצורכי רובוטיקה היא Robot Operating System - ROS.
תוכנות זמן אמיתי. מרכיבי תוכנה שמתאפיינים בצורך להבטיח יכולת תגובה מהירה, להבטיח היתנעות ממצבים של "דריסת זיכרון" וכיוצא באלו.
תוכנות לתכנון ניווט/ פעולות. מקובל לחלק את מרכיבי התוכנה האלה ל"תכנון בסביבה המיידית של הרובוט" - למשל, ברכב אוטונומי, התחום שבו החיישנים יכולים "להרגיש את הסביבה". "תכנון לטווח ארוך" - למשל, תכנון ניווט ברכב לטווחים ארוכים, כולל שימוש באלגוריתמים מיוחדים לעיצוב מסלול למשל Model predictive control - MPC. פעמים רבות, לצורכי פתרון המיקום העצמי, נעשה שימוש באלגוריתמים מתמחים כמו SLAM.
תוכנות לניהול "משימה שלמה. מרכיבי תוכנה שיכולים לתכנן משימה שלמה - למשל, בהקשר לרכב אוטונומי, לקלוט את נקודת היעד הרצויה, לחשב את המיקום העצמי ולהצליח לתכנן את המסלול מהמיקום הנוכחי אל נקודת היעד (דומה למה שתוכנות כמו "וויז" או "גוגל מאפס" יודעות לעשות). ב"רובוטים" מורכבים כמו כלי טיס או אוניות יש מערכות ניהול משימה (FMS) מורכבות שמשלבות בין הנווט, חישובי דלק/ רמת הטעינה של הבטריה, בסיסי נתונים של משואות רדיו לנווט, מיקומים חשובים לרובוט - למשל, שדות תעופה חלופיים (בהקשר לכלי טיס) או אפליקציות הכוללות בסיסי נתונים של תחנות דלק או תחנות טעינה חשמלית (בהקשר לרכבים).
סימולציה. מרכיבי תוכנה שיכולים לשמש לטובת אימון מודלים של בינה מלאכותית או "לתחזק תמונת עולם" שמאפשרת לרובוט לתכנן מספר חלופות פעולה ולהעריך את השאלה עד כמה התוכניות השונות יותר או פחות טובות.
יישומים סביר להניח שהרובוטים יתפתחו כך שיוכלו לממש מגוון גדול של יישומים. בהנחה שזה יקרה, אפשר לצפות שבדומה לעולם הטלפונים הניידים, יהיה אפשר לפתח "אפליקציות" שונות לאותו רובוט על ידי מפתח תוכנה צד שלישי. נושא זה פחות פשוט, בהשוואה לטלפונים ניידים, בגלל היבטי הבטיחות הפיזית.
ארכיטקטורה מבוזרת. מכיוון שהרובוט הוא בדרך כלל, מערכת מאוד מורכבת שחלקים שונים שלה מיוצרים על ידי חברות שונות, יש צורך לאפשר עדכון רכיבים/ מכלולים, מבלי שיהיה צורך לשנות את כל מרכיבי התוכנה של הרובוט וזאת מכיוון שכל עדכון כזה מחייב הוכחת בטיחות "מהתחלה". מכיוון שכך, מקובל לתכנן רובוטים כך שיש הפרדה בין מרכיבי התוכנה שמטפלים בפונקציונליות של תנועת הרובוט והיבטי הבטיחות שלו - לבין מרכיבי התוכנה שעוסקים במשימה לבין מרכיבי התוכנה שעוסקים בתקשורת עם רובוטים אחרים. על רקע זה, בדרך כלל, יש העדפה לארכיטקטורה מבוזרת שמאפשרת העברת הודעות בפרוטוקולים של Publish-subscribe והסתכלות על ארכיטקטורה מבוזרת של שירותים וכך, להתנתק ככל האפשר מתלות במחשב יחיד ובפיתוח גרסאות תוכנה "כבדות". נכון ל-2025, יש עיסוק נרחב הטכניקות ייעודיות לאיפשור עדכוני תוכנה מהירים וגמישים, עדכוני תוכנה מהירים - בלי לפגוע בבטיחות הרובוט או בפגיעותו לתקיפות סייבר והנושא זוכה לעניין רב והשקעות עצומות (Dev-Ops).
בטיחות והגדרת "מרחב ההפעלה". מכיוון שהרובוט בהגדרתו, נע במרחב הפיזי, יש לתת את הדעת על בטיחותו בהפעלה. במכונית אוטונומית, מקובל שקריטריון המינימום הוא להוכיח שהסיכוי שהיא תגרום למוות נמוך יותר מהסיכוי שנהג אנושי יגרום לתאונה כזו וכך, בכל ענף וענף תעשייתי. בתעשיית הרובוטים מקבול להגדיר "מרחב הפעלה" (Operational Design Domain) - אוסף הפרמטרים ותנאי הסביבה שבתוכם הרובוט מתוכנן לפעול (לדוגמה, ברכב, מה מגבלת הראות, תנאי התאורה, מגבלת המהירות, סוג הכבישים שבהם יהיה מותר לרכב לפעול). הגדרת "מרחב ההפעלה" מכניסה לתחום הרובוטים עולמות חדשים שלא היו קודם ובכללם השאלה האם נכון "להנדס" מרחבי הפעלה ייעודיים (למשל – נתיב ייעודי לרכבים אוטונומיים), איך נכון להוציא לאור גרסאות רובוטים "לשוק" - עם "מרחב הפעלה מוגבל" - ואחר כך, בתהליך איטרטיבי, להוציא גרסאות מתקדמות יותר של הרובוט, או של מרכיבי התוכנה שלו. תוך שבהדרגה, מגדילים את "מרחב ההפעלה" וכיוצא באלו "שאלות חדשניות". אחת הדרכים שמתפתחות בימים האלה (2025), זה מנגנון "ארגז החול הרגולטורי" שבמסגרתו מוסדות המדינה מאפשרות הקלות רגולטוריות לטובת ניסויים מתוחמים או תמיכה במרכיבי חדשנות שלמדינה יש אינטרס לקדם.