الروبوتات بقدرات استشعار ذكية لتنفيذ المهام المعقدة

قد يكون التقاط علبة من المشروبات الغازية مهمة بسيطة للبشر ، و لكن تعتبر هذه المهمة معقدة بالنسبة لـ الروبوتات - يجب عليها تحديد موقع الجسم و استنتاج شكله و تحديد المقدار المناسب من القوة التي يجب استخدامها، و إمساك الجسم بدون تركه ينزلق. 

و تعمل معظم روبوتات اليوم على أساس المعالجة المرئية فقط ، مما يحد من قدراتها. و من أجل أداء مهام أكثر تعقيداً ، يجب أن تكون الروبوتات مزودة بإحساس استثنائي باللمس و القدرة على معالجة المعلومات الحسية بسرعة و ذكاء.

و الخبر الجديد ما أظهره فريق من علماء الكمبيوتر و مهندسي المواد من جامعة سنغافورة الوطنية ( NUS National University of Singapore) مؤخراً و هو، طريقة مثيرة لجعل الروبوتات أكثر ذكاءً. فقد طوروا نظام دماغ اصطناعي متكامل حسي يحاكي الشبكات العصبية البيولوجية ،

و التي يمكن أن تعمل على معالج عصبي موفر للطاقة ، مثل شريحة لويهي Loihi chip من إنتل Intel. 

يدمج هذا النظام الجديد الجلد الاصطناعي و أجهزة استشعار الرؤية ، و يزود الروبوتات بالقدرة على استخلاص استنتاجات دقيقة حول الأشياء التي يستوعبونها، بناءً على البيانات التي تم التقاطها بواسطة مستشعرات الرؤية و اللمس في الوقت الفعلي (الزمن الحقيقي).

يقول الأستاذ المساعد بنيامين تي Benjamin Tee من قسم علوم وهندسة المواد في جامعة نيو ساوث ويلز "لقد حقق مجال المعالجة الآلية تقدماً كبيراً في السنوات الأخيرة.

و مع ذلك ، فإن دمج كل من المعلومات المرئية و اللمسية لتوفير استجابة دقيقة للغاية في أجزاء من الثانية،

لا يزال يمثل تحدياً تقنياً. و يجمع عملنا الأخير بين جلودنا الإلكترونية فائقة السرعة و أنظمتنا العصبية ، مع أحدث الابتكارات في استشعار الرؤية و الذكاء الاصطناعي AI- artificial intelligence لـ الروبوتات حتى تصبح أكثر ذكاءً و بديهية في التفاعلات الجسدية".

و قد شارك تي Tee في قيادة هذا المشروع مع الأستاذ المساعد هارولد سوه Harold Soh من قسم علوم الكمبيوتر في كلية NUS للحوسبة.

و تم تقديم نتائج هذا العمل متعدد التخصصات في مؤتمر الروبوتات: العلوم و الأنظمة Robotics: Science and Systems Conference في يوليو 2020.

حاسة اللمس لدى الربوبوتات مثل الإنسان 

يمكن أن يؤدي تمكين حاسة اللمس الشبيهة بالإنسان في الروبوتات إلى تحسين الوظائف الحالية بشكل كبير .

و من المؤكد انه سيؤدي إلى استخدامات جديدة. على سبيل المثال ، في أرض المصنع ، يمكن للأذرع الروبوتية المزودة بجلود إلكترونية أن تتكيف بسهولة مع العناصر المختلفة ،

و ذلك باستخدام الاستشعار باللمس لتحديد الأشياء غير المألوفة و إمساكها بالقدر المناسب من الضغط لمنع الانزلاق.

و في النظام الآلي الجديد ، طبق فريق NUS جلداً اصطناعياً متقدماً يُعرف باسم الجلد الإلكتروني غير المتزامن (ACES Asynchronous Coded Electronic Skin) الذي طوره الأستاذ تي و فريقه في عام 2019. 

يكتشف هذا المستشعر الجديد اللمسات أسرع بـ 1000 مرة من الجهاز العصبي الحسي البشري . و يمكنه أيضاً تحديد شكل و ملمس و صلابة الأشياء أسرع 10 مرات من غمضة عين.

دماغ جديد لـ الروبوتات شبيه بدماغ الإنسان

لفتح آفاق جديدة في الإدراك الآلي ، استكشف فريق جامعة NUS تقنية الشكل العصبي – و هي منطقة حوسبة تحاكي البنية العصبية و عمل الدماغ البشري - لمعالجة البيانات الحسية من الجلد الاصطناعي. 

و نظراً إلى أن البروفيسور تي و المساعد الأستاذ سوه أعضاء في مجتمع إنتل للأبحاث العصبيى Intel Neuromorphic Research Community (INRC) ، فقد كان اختياراً طبيعياً لاستخدام شريحة أبحاث إنتل  Loihi العصبية لنظامهم الآلي الجديد.

و في تجاربهم الأولية ، قام الباحثون بتركيب يد آلية بالجلد الاصطناعي ، و استخدموها لقراءة طريقة برايل ،

و نقل البيانات اللمسية إلى Loihi عبر السحابة لتحويل النتوءات الدقيقة التي تشعر بها اليد إلى معنى دلالي.

و قد حقق Loihi دقة تزيد عن 92٪ في تصنيف أحرف برايل ، مع استخدام طاقة أقل 20 مرة من المعالج الدقيق العادي.

بالإضافة إلى ذلك قام فريق الأستاذ سوه بتحسين قدرات الإدراك لدى الروبوتات من خلال الجمع بين بيانات الرؤية و اللمس في شبكة عصبية متصاعدة.

و في تجاربهم ، كلف الباحثون روبوتاً مزوداً بأجهزة استشعار للجلد و البصر بتصنيف العديد من الحاويات المعتمة التي تحتوي على كميات مختلفة من السائل. 

و قاموا أيضاً باختبار قدرة النظام على تحديد الانزلاق الدوراني rotational slip، و هو أمر مهم للإمساك المستقر.

و في كلا الاختبارين ، كانت الشبكة العصبية الشائكة التي تستخدم بيانات الرؤية و اللمس قادرة على تصنيف الكائنات و اكتشاف انزلاق الكائن.

و كان التصنيف أكثر دقة بنسبة 10 في المائة من نظام يستخدم الرؤية فقط. 

و علاوة على ذلك ، و من خلال استخدام تقنية طورها فريق الأستاذ سوه ، يمكن للشبكات العصبية تصنيف البيانات الحسية أثناء تراكمها ، على عكس الطريقة التقليدية حيث يتم تصنيف البيانات بعد جمعها بالكامل.

بالإضافة إلى ذلك ، أظهر الباحثون كفاءة تقنية الشكل العصبي: إذ قامت شريحة Loihi بمعالجة البيانات الحسية بنسبة 21٪ أسرع من وحدة معالجة الرسومات عالية الأداء (GPU graphics processing unit) ، مع استخدام طاقة أقل بأكثر من 45 مرة.

و يؤكد  البروفيسور سوه ، "نحن متحمسون لهذه النتائج. 

إن النتائج تُظهر أن النظام العصبي هو جزء واعد من اللغز للجمع بين أجهزة استشعار متعددة، لتحسين إدراك الروبوتات. إنها خطوة نحو بناء روبوتات فعالة في استهلاك الطاقة و جديرة بالثقة يمكنها الاستجابة بسرعة، و بشكل مناسب في المواقف غير المتوقعة. كما قال البروفيسور سوه

و يقول مايك ديفيز Mike Davies مدير مختبر الحوسبة العصبية في إنتل : 

"يقدم هذا البحث من جامعة سنغافورة الوطنية لمحة مقنعة عن مستقبل الروبوتات حيث يتم استشعار المعلومات ومعالجتها بطريقة تعتمد على الأحداث وتجمع بين طرائق متعددة.

و يضيف العمل إلى مجموعة متزايدة من النتائج التي تظهر أن الحوسبة العصبية يمكن أن تحقق مكاسب كبيرة في زمن الوصول و استهلاك الطاقة بمجرد إعادة تصميم النظام بأكمله في نموذج قائم على الأحداث يمتد إلى أجهزة الاستشعار و تنسيقات البيانات و الخوارزميات و هندسة الأجهزة".

و قد تم دعم هذا البحث من قبل مكتب البرنامج الوطني للبحث و التطوير في مجال الروبوتات (NR2PO National Robotics R&D Programme Office) ، و هو عبارة عن مجموعة ترعى النظام البيئي لـ الروبوتات في سنغافورة من خلال تمويل البحث و التطوير ، لتعزيز جاهزية تقنيات و حلول الروبوتات. 

و تشمل الاعتبارات الرئيسية لاستثمارات البحث و التطوير في NR2PO إمكانية التطبيقات المؤثرة في القطاع العام ، و إمكانية إنشاء قدرات متمايزة للصناعة.

الخطوات التالية

و للمضي قدماً ، يخطط كل من الأستاذ تي و مساعده البروفيسور سوه لتطوير نظامهما الآلي الجديد للتطبيقات في صناعات الخدمات اللوجستية و تصنيع الأغذية حيث يوجد طلب كبير على الأتمتة الآلية ، و خاصة المضي قدماً في حقبة ما بعد COVID.

عزيزي القارئ
لأننا نهتم، نتمنى أن تكتب لنا في التعليقات عن المواضيع التي ترغب و تهتم بها لنتمكن من تقديمها لك، لرغبتنا في أن يعبِّر موقعنا عن اهتمامات القارىء العربي.

كما ونرجوا منك مشاركة المقال في حال أعجبك المحتوى.

ننصحك بقراءة المقالات التالية :

الذكاء الاصطناعي : أول الروبوتات الطبية - الملاحة الذاتية داخل الجسم

ماذا تعرف عن أسراب الروبوتات الصغيرة ؟

ما هي الروبوتات النانوية أو النانوبوت؟