قبل از معرفی اولین رباتی که تاریخ بشر ساخته شده، بهتر است تعریف ساده‌ای از مفهوم ربات داشته باشیم. ربات به ماشینی گفته می‌شود که معمولاً برنامه‌ی آن توسط کامپیوتر قابل تغییر است و کارهای نسبتاً پیچیده را انجام می‌دهد. البته در علوم کامپیوتر، نرم‌افزاری که کاری را به صورت خودکار پیگیری می‌کند هم ربات گفته می‌شود، نظیر ربات تلگرام.
تنوع ظاهری و امکانات ربات‌ها بسیار متفاوت است. ممکن است ربات ظاهری شبیه انسان یا یکی از اعضای بدن نظیر دست داشته باشد. برخی از ربات‌ها شبیه حیوانات طراحی می‌شوند و برخی نیز شبیه موجودات زنده نیستند و طرح متفاوتی دارند. روی برخی از ربات‌ها پنل و کامپیوتر کنترلی دیده می‌شود ولیکن برخی مجهز به کنترل داخلی هستند.
در ادامه با اولین رباتی که بشر ابداع کرده آشنا می‌شویم و ویژگی‌ها و کاربری ربات‌ها را بررسی می‌کنیم. با ما باشید.
ربات‌های انسان‌نما یا Humanoid
وقتی از ربات صحبت می‌شود، اغلب افراد یاد چیزی که در فیلم‌های علمی و تخیلی دیده‌اند میافتد که یک ماشین انسان‌نما یا به زبان دیگر Humanoid است. در واقع اگر به دو سه دهه قبل‌تر برگردیم، ایده‌ی ساخت برخی از ربات‌ها صرفاً برای سرگرمی مطرح میشد. در گذشته یکی از آرزوهای دانشمندان این بوده که رباتی با ظاهر شبیه به انسان طراحی کنند تا به جای انسان، کارهای دشوار و وقت‌گیر روزمره را انجام بدهد. در حقیقت ایده‌ی طراحی اغلب ربات‌ها، از حرکات انسان و حیوانات و حتی حشرات گرفته شده است. به عنوان مثال به جای اینکه شخصی در خط تولید، کار تکراری و خسته‌کننده را با دقت نسبتاً پایین انجام بدهد، رباتی با تقلید از حرکات همان شخص جایگزین می‌شود و می‌تواند ساعت‌ها بدون افت دقت و اشتباه خطرناک، کار را انجام دهد.
در توسعه‌ی ربات‌های امروزی، علاوه بر علوم مکانیک و الکترونیک، مقوله‌ی برنامه‌نویسی نیز بسیار مهم و موردتوجه است. در واقع رباتی که قابلیت‌های عالی دارد، بدون برنامه‌ی خوب کاری از پیش نمی‌برد. به همین جهت نرم‌افزارهای زیادی برای شبیه‌سازی حرکات ربات‌ها و همین‌طور برنامه‌نویسی طراحی شده است. برای آشنایی با برخی از نرم‌افزار می‌توانید از آموزش‌های فرادرس استفاده کنید:
امروزه پیشرفته‌ترین ربات‌های انسان‌نمایی که ساخته شده، تنها برخی از توانمندی‌های انسان را دارد. به عنوان مثال ربات معروف ژاپنی‌ها که آسیمو نام‌گذاری شده، می‌تواند برخی از کارهای ساده نظر راه رفتن بدون برخورد با دیگر، از پله بالا و پایین رفتن، جابجا کردن ظروف و خلاصه کارهای ابتدایی که هر انسان سالمی به راحتی انجام می‌دهد را انجام دهد.
ربات اطلس محصولی از بوستون داینامیکس از نظر قدرت مانور، پیشرفته‌تر است و می‌تواند کارهایی نظیر پریدن از روی موانع، حفظ تعادل حین راه رفتن روی صخره و اجسام متحرک و حتی برخی حرکات پارکور را انجام بدهد.
ربات‌های اطلس و آسیمو و بسیاری از محصولات پیشرفته‌ی امروزی، نمونه‌های اولیه محسوب می‌شوند و هنوز تا مرحله‌ی تولید انبوه و کاربرد گسترده، فاصله بسیار است.
اولین ربات چه زمانی ساخته شد؟
دانشمندان و مخترعین زیادی در قرن ۱۶ و ۱۷ برای انجام خودکار یا ساده‌تر امور، ایده‌های خود را به عمل تبدیل می‌کردند اما در آن زمان علم الکترونیک و مکانیک بسیار ساده‌تر از چیزی بود که برای ساخت یک ربات واقعی و البته کاربردی مناسب باشد. به عنوان مثال یکی از اولین تلاش‌ها، ساخت ربات چوبی بود که نان موردنیاز امپراطور را از مغازه دریافت کند. این ربات در سال ۱۵۵۷ توسط Giovanni Torriani ساخته شد. تا قرن ۱۹ تقریباً تمام ربات‌ها ساده و ابتدایی بودند. در قرن ۱۹ هم ربات‌های غیرکاربردی زیادی ساخته شد. به عنوان مثال رباتی که ادیسون ساخت و حرف میزد یا رباتی که کانادایی‌ها با بهره‌گیری از دیگ بخار ساختند. شاید حاصل این تلاش‌ها به نظر ابتدایی و غیرمهم باشد اما در حقیقت این تلاش‌ها مقدمه‌ای برای پیشرفت شگرف علم رباتیکس در قرن ۲۰ بوده است.
نکته‌ی جالب این است که تا قبل از سال ۱۹۲۰، کلمه‌ی ربات وجود خارجی نداشت. در واقع واژه‌ی ربات قدمت ۱۰۰ ساله دارد. روبوتا کلمه‌ای است به معنی برده و کار اجباری است که در دوران فئودال استفاده میشد. کلمه‌ی ربات از این واژه گرفته شده و برای اولین بار در سال ۱۹۲۰ در یک نمایشنامه و در کشور چک استفاده شد. در آن زمان از کلمه‌ی ربات برای اشاره به آدم مصنوعی استفاده میشد ولیکن تا چند دهه بعد، ربات انسان‌نمای پیشرفته‌ای ساخته نشد. به عبارت دیگر ربات با مفهوم ماشینی شبیه به انسان که کاربرد زیادی داشته باشد، صرفاً جنبه‌ی تخیلی داشت. در حال حاضر نیز بسیار از ربات‌ها، هوشمندی بالایی ندارند. برای اطلاعات بیشتر بهتر است مقاله‌ی طراحی ربات هوشمند — به زبان ساده در سایت فرادرس را مطالعه فرمایید.
در سال ۱۹۲۸ یکی از اولین ربات‌های انسان‌نما با نام اریک در نمایشگاه سالانه‌ی مهندسی در لندن به نمایش گذاشته شد. این ربات شبیه آدم آهنی‌های فیلم‌های تخیلی است. در این ربات آلومینیومی، از ۱۱ الکترومگنت و یک موتور ۱۲ ولتی استفاده شده بود و دست‌ها و سر آن به کمک ریموت کنترل و همین‌طور کنترل با صدا، حرکت می‌کرد.
وستینگهاوس الکتریک در سال ۱۹۲۶ رباتی به اسم Televox ساخت که به وسایل مختلف وصل میشد و کاربر می‌توانست وسایل را روشن و خاموش کند. در پیکره‌ی ربات از قطعات برش خورده از ورق، استفاده شده که در مقایسه با محصولات امروزی، عجیب و زشت به نظر می‌رسد.
در سال ۱۹۲۸ اولین ربات ژاپنی به اسم Gakutensoku رونمایی شد که قابلیت محدودی داشت. در سال ۱۹۳۹ یک ربات هیومنوئید (انسان‌نما) به اسم الکترو در نمایشگاه نیویورک رونمایی شد. این انسان‌نمای ۲.۱ متری و ۱۲۰ کیلوگرمی، با دریافت فرمان صوتی راه می‌رفت و می‌توانست ۷۰۰ کلمه را تلفظ کند. قابلیت حرکت دست و پا و انجام چند کار ساده نیز در آن پیش‌بینی شده بود.
اولین ربات خودران، توسط ویلیام گری والتر در بریستول انگلستان و در سال ۱۹۴۸ معرفی شد. این ربات به دلیل شباهت به لاک‌پشت و حرکت آرام آن، لاک‌پشت نامیده شد. حرکت ربات با تحریک نوری صورت می‌گرفت و دارای سه چرخ بود.
ماشین‌های کنترل عددی یا به صورت اختصاری CNC نیز تدریجاً در دهه‌ی ۱۹۴۰ پا به عرصه‌ی وجود گذاشتند. اولین رباتی که به صورت تجاری تولید شد و قابلیت برنامه‌ریزی داشت، رباتی است که توسط جورج دیول در سال ۱۹۵۴ معرفی شد. نام این ربات Unimate بود و مخترع چند سال برای فروش آن به کمپانی‌ها تلاش کرد و ناموفق بود. Unimate در سال ۱۹۶۱ به کمپانی جنرال موتورز فروخته شد تا در فرآیند بلند کردن قطعات داغ فلزی پس از ریخته‌گری مورد استفاده قرار گیرد.
در اواخر دهه‌ی ۱۹۶۰، مهندس و تاجری به اسم جوزف انگلبرگر در طرح رباتی که Devol ساخته بود، تغییراتی داد تا به محصولی تبدیل شود که در صنایع و کارخانه‌ها قابل استفاده باشد. به این ترتیب کمپانی Unimation شکل گرفت که کار آن تولید و فروش این ربات بود. Joseph Engleberger به خاطر تلاش‌های بسیاری که در این عرصه انجام داد، به عنوان پدر رباتیکس شناخته می‌شود.
همان‌طور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید، این ربات شبیه به بازوهای رباتیک است که این روزها در خط تولید اغلب کارخانه‌ها می‌بینیم. به عبارت دیگر ربات Unimate دیدگاه بشر در مورد ربات که می‌بایست چیزی شبیه به انسان یا حیوان باشد را به کلی تغییر داد، به خصوص که این ربات عملاً در صنایع زیادی استفاده شد.
اما ربات‌های پیشرفته‌تر از Unimate نیز تدریجاً معرفی شدند. یکی از موارد مهم، رباتی است که در مؤسسه‌ی تحقیقاتی استنفورد و در سال ۱۹۵۸ معرفی شد. نام این ربات Shakey است و به مراتب پیشرفته‌تر از Unimate است و در حقیقت با اولین ربات هوشمند در تاریخ بشر روبرو هستیم.
اولین ربات هوشمند و چند منظوره، Shakey
منظور از ربات هوشمند، رباتی است که قادر به تصمیم‌گیری باشد. اولین ربات متحرک که برای کاربری‌های مختلف طراحی شده و تا حدی قدرت تصمیم‌گیری و به عبارت دیگر هوشمندی داشت، رباتی است که توسط مرکز توسعه‌ی هوش مصنوعی استنفورد ساخته شده است. Shakey برخلاف سایر ربات‌ها که برای هر حرکت کوچکی، نیاز به دستور داشتند، در مورد حرکات کوچک تصمیم‌گیری می‌کرد. البته همه‌ی ربات‌ها برای انجام دادن و ندادن یک فرآیند کلی، نیاز به دستور و عمل از پیش‌تعریف‌شده دارند. Shakey دستور کلی را دریافت می‌کرد و پس از تحلیل کردن، آن را به کارهای کوچک‌تر تقسیم کرده و مشغول انجام دادن کارهای کوچک‌تر میشد. همان‌طور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید، این ربات هم انسان‌نما نیست و جنبه‌ی تخیلی واژه‌ی ربات کنار گذاشته شده است.
ربات‌های امروزی از نظر میزان هوشمندی، قابل قیاس با ربات‌هایی نظیر Shakey نیستند چرا که علم الکترونیک و حسگرها به مراتب پیشرفته‌تر شده است. به خصوص دوربین‌ها، میکروفون‌ها، حسگرهای تشخیص فاصله و حرکت و همین‌طور پردازنده‌ها متحول شده است. در طراحی ربات Shakey، روی مقوله‌ی پردازش گفتار بسیار کار شده بود و این تلاش‌ها ادامه پیدا کرده و امروزه به مرحله‌ای رسیده‌ایم که در گوشی‌ها و تبلت‌ها و کامپیوترها، می‌توان تایپ صوتی با دقت قابل قبول انجام داد و همین‌طور دستیار صوتی در وسایل هوشمند اضافه شده است. ربات‌های امروزی حتی دارای سیستم عامل و پلتفرمی ویژه برای توسعه‌ی نرم‌افزاری هستند.
آشنایی با ربات‌ها و کاربرد ربات‌ها در زندگی امروزی
با پیشرفت سخت‌افزار ربات‌ها و به خصوص حسگرها و پردازنده‌ها و همین‌طور پیشرفت برنامه‌نویسی ربات‌ها، کاربری ربات‌ها در سال‌های اخیر گسترش زیادی پیدا کرده است. از منازل مسکونی گرفته تا کارخانه‌ها، بیمارستان‌ها، مناطق جنگی و نظامی، سالن‌های ورزشی و خلاصه در هر مکانی ممکن است ربات‌های ساده یا پیچیده‌ای موجود باشد.
به عنوان مثال جاروبرقی هوشمند که به صورت خودکار، هر از گاهی کف اتاق‌های خانه را جارو می‌کند، نوعی ربات ساده با برنامه‌ی نسبتاً ساده محسوب می‌شود.
کمپانی شیائومی و برخی شرکت‌های مطرح دیگر، می‌خواهند ربات‌هایی بسازند که با شنیدن فرمان صوتی، کارهایی در منزل انجام دهد.
خودروهای بدون راننده یا خودران نیز پدیده‌ی چند سال اخیر است که کمپانی‌های معروف نظیر گوگل روی آن کار میکنند. در این خودروها از حسگرهای دوربین و فاصله‌سنجی متعدد استفاده می‌شود که در دهه‌های قبل وجود نداشته یا هزینه‌ی آن سرسام‌آور بوده است.
در بیمارستان‌ها انجام برخی اعمال جراحی بدون استفاده از ربات امکان‌پذیر نیست چرا که جراحی بسیار ظریف است و به ناچار باید از ربات‌های کوچک و دقیق که اصطلاحاً نانوربات گفته می‌شود، استفاده کرد. برخی از ربات‌ها نیز برای جراحی کردن از راه دور یا تله‌آپریشن به کار می‌روند.
استفاده از بازوی رباتیک در کارخانه‌ها با توجه به دقت و عملکرد بدون نیاز به استراحت، بسیار متداول شده است. کمپانی‌های زیادی در این عرصه فعالیت میکنند.
اگر به بازوهای رباتیک علاقه‌مند هستید و می‌خواهید در آینده شغلی مرتبط با اتوماسیون خط تولید کارخانجات داشته باشید، می‌توانید از نرم‌افزارهای شبیه‌ساز نظیر سیمولینک متلب استفاده کنید.
ربات TOPIO یکی از ربات‌های پیشرفته‌ی ورزشی است که می‌تواند پینگ پنگ بازی کند! اگر به مسابقات علمی علاقه داشته باشید، احتمالاً مسابقات رباتیک را دیده‌اید که به عنوان مثال تیمی از برنامه‌نویسان و مهندسین، گرد هم می‌آیند و چند ربات طراحی میکنند که کارشان فوتبال بازی کردن است. شاید روزی برسد که ربات‌های فوتبالیست، با تیمی از فوتبالیست‌های واقعی رقابت کنند.
برخی از کاربری ربات‌ها، در صنایع نظامی است. پهپادهای هوشمند که برای نقشه‌برداری یا حتی حملات نظامی به کار می‌رود و ربات‌های مین‌یاب، دو مثال معروف است. گاهی اوقات از این نوع ربات‌ها، در مناطق غیرجنگی استفاده می‌شود. به عنوان مثال در مناطقی که وقایع ناگوار هسته‌ای، سیل، زلزله و غیره پیش آمده، گاهی حضور انسان به کلی امکان‌پذیر نیست.
ربات در عرصه‌ی کشاورزی نیز کاربرد زیادی دارد. به عنوان مثال ربات Dino که برای کاشت سبزی و در عین حال از بین بردن علف‌های هرز طراحی شده است. این ربات با مصرف انرژی کم و جمع‌آوری اطلاعات مفید و ارسال آن برای کشاورز، هزینه‌ی تولید و زراعت را کاهش می‌دهد.
ربات در عرصه‌ی هوا و فضا که حضور انسان غیرممکن یا خطرناک است هم کاربرد بسیار زیادی دارد. شاید نام مریخ‌نورد معروف ناسا که کنجکاوی است را شنیده باشید. کنجکاوی یک ربات پیشرفته است که برای اکتشاف در سیاره‌ای که هنوز پای انسان به آن باز نشده، به مریخ فرستاده شده است.
کشورهای مختلف و کمپانی‌های زیادی در حوزه‌ی ساخت ربات‌های اکتشافی برای سفرهای فضایی و همین‌طور انجام عملیات خطرناک روی کره‌ی زمین تولید میکنند. در این ربات‌ها از مواد مقاوم، حسگرهای پیشرفته و خلاصه آخرین دستاوردهای الکترونیک، مکانیک و علوم مواد و متالورژی استفاده می‌شود.
اگر به علم رباتیکس علاقه‌مند هستید و می‌خواهید در آینده در این عرصه فعالیت کنید، توجه شما را به مقالات آموزشی فرادرس جلب می‌نماییم:
سیاره‌ی آی‌تی