ماشینها برای مدتهای طولانی به عنوان بخشی از واقعیت انسانی بودهاند. انقلاب صنعتی تغییری اساسی در استفاده از ماشینها ایجاد کرد. استفاده از ماشینها در آن زمان با شک و تردیدهایی همراه بود و اهمیت آنها به شیوههای گوناگونی ارزیابی میشد؛ بعضی ماشینها را به عنوان تهدید و بعضی دیگر را به عنوان فرصت میدیدند. امروزه نیز در عصر دیجیتال و با وجود فناوریهای فراگیر و در مرحلهگذار، شرایط برای ماشینها و فرآیندهای هوشمند در حال تکرار شدن است. تکامل و انقلاب فراگیر بدین معنی است که ماشینها و تجهیزات میتوانند در هرجایی حتی بدن انسان نصب شوند.
رباتها میتوانند دستیار انسان شوند و در آینده نه چندان دور به همکاران ما تبدیل خواهند شد. انسان با کمک اپلیکیشنها و راهکارهای فناورانه فراگیر، بهتدریج از قید زمان و فضا رها میشود. در این حین که ماشینهای هوشمند در کار و فراغت انسان به او کمک میکنند، رابطه آنها بیشتر و بیشتر یکپارچه و فعالانهتر میشود و در نتیجه در فضای اجتماعی، فرهنگی و اقتصادی تغییراتی ایجاد میشود. از این رو زمان آن رسیده که انتظارات و تقاضاهای خود را از رباتها بررسی و بازبینی کنیم. باید مدلهای جدیدی از همکاری و تعامل انسان-ربات را یافته و در عین حال قوانین جدیدی برای این امر در جامعه شکل دهیم. همچنین باید توجه کنیم که در کجا قرار داریم و در آینده به کجا خواهیم رفت.
رباتسازی امر جدیدی برای بشر نیست. در سال ۱۷۳۷، جکوز دی واکانسون، فلوت پلیر، اولین ربات دارای وظیفه را ساخت که میتوانست فلوت بزند. چهار مرحله اصلی برای تکامل، ترویج و بکارگیری رباتیک بیان شده که از بسیاری جهات قابلمقایسه با سیری است که فناوریهای اصلی حوزه فناوری اطلاعات طی کردهاند:
مینیاتوری شدن: همانطور که کامپیوترها از مینفریمهای بسیار بزرگ به سمت رایانههای شخصی رومیزی تکامل یافتهاند، سیستمهای رباتیک نیز در طی ۳۰ سال گذشته کوچک و کوچکتر شدهاند و موجب ایجاد رباتهای کم وزن شدهاند.
متحرک شدن: تحول از رایانههای شخصی رومیزی به سمت لپتاپها و نوتبوک ها موجب متحرک شدن رایانش شده است. به سبب شکلگیری رباتهای کموزن که با راهکارهای موبایلی (بهعنوان مثال نیروهای کار ربات را به نقطه مورد نظر در بال هواپیما برده و ربات در آنجا وظیفه دریل کردن را انجام میدهد) توانمند شدهاند، رباتیک در لبه ورود به این مرحله قرار گرفت.
حضور در هر لحظه و در هر مکان: با توسعه دستگاههای هوشمند مانند اولین گوشیهای هوشمند، قدرت محاسبهگری در جیب هر فرد از عملکرد محاسباتی اولین مأموریت فضایی بسیار فراتر رفت و اینترنت و چندرسانهای را در هر جا و هر مکانی در دسترس افراد قرار داد. به سبب مینیاتوری شدن بیشتر و فناوریهای باتری بهتر، سیستمهای رباتیک حاضر در هر زمان و مکانی در حال توسعه هستند.
فراگیری: سنسورهای یکپارچه و فناوریهای ارتباطی بیسیم، پردازندهها و به طبع آن قابلیتهای رایانش و شبکهسازی را فراگیرتر کرده است. این سیستمها با همراهی اینترنت اشیاء، دیگر قابل رؤیت با چشم انسان نیستند ولی در حال تقویت و تغییر زندگی انسان میباشند. رباتیک نیز به زودی در تمام جنبههای زندگی ما رسوخ کرده و آن را تقویت میکند و وظایف معمول و پیچیده را تسریع و پشتیبانی میکند.
موسسه رباتیک آمریکا ربات را این گونه تعریف میکند: یک سیستم چند عملکردی قابلبرنامهریزی مجدد که برای جا به جایی مواد، اجزا، ابزار یا دستگاههای مخصوص، طراحی شده است و همچنین اطلاعات را از محیط گرفته و در واکنش به آن هوشمندانه حرکت میکند.
ایزو۸۳۷۳:۲۰۱۲ ربات را این گونه تعریف میکند: «عملگر قابلبرنامهریزی چندمنظوره، قابلبرنامهریزی مجدد و با کنترل خودکار که دارای سه یا چند محور بوده و میتواند برای کاربردهای خودکارسازی صنعتی استفاده شود».
با توجه به سیر تکاملی ربات و حرکت آن از رباتهای صنعتی به سمت رباتهای خدماتی شاید تعاریف ذکر شده بیشتر رباتهای صنعتی را مدنظر قرار داده است. با این حال ربات خدماتی را میتوان اینگونه تعریف کرد؛ رباتی که وظایف مفیدی را برای انسان و تجهیزات انجام میدهد بهاستثناء خودکارسازی صنعتی.
تاریخچه رباتیک
این ابَرروندهای بیانشده، دید اجمالی خوبی برای آینده جهان ارائه میکند که پیشبینی نیازهای افراد و به طبع آن توسعه بازار را میسر میکند. با این حال نیازها و نیازمندیها به تنهایی منتج به نوآوریهای دگرگونکننده نمیشوند. تنها زمانی که توانمندسازهای فناورانه و تقاضای صحیح با هم ترکیب میشوند، تغییرات زیربنایی به وقوع میپیوندد. فشار فناوری و کشش بازار برای نوآوری واقعی در جهت تکامل ضروری است. این چهار فاز نه تنها رباتیک را به طور خاص بلکه ماشینهای هوشمند و خودکار را در ترکیب با هوش مصنوعی به طور کلی مورد تأکید قرار میدهد و دیدی کامل برای ۶۰ سال آینده خودکارسازی، دیجیتالی سازی و بصری سازی ارائه میکند.
اولین انقلاب رباتیک به تازگی رخ داده است. چیزی که صنعت در طی بیش از ۴۰ سال انجام داده است. خودکارسازی ربات محور کمک میکند که هرچه سریعتر یک خودرو ساخته و سرهم شود. بعضی محرکهای فناورانه مانند پیشرفت در میکروالکترونیک و فناوری اطلاعات با ترکیب با سایر فناوریها موجب تکامل نخستین رباتها با سه درجه آزادی شدند. این بازوهای رباتیک، خودکارسازی وظایف پیچیده مانند جوشکاری را میسر کردند و در نتیجه زیربنای تولید انبوه صنعتی کارا را فراهم نمود. بسیاری منابع این نقطه عطف در خودکارسازی را پیشنیازی برای سومین انقلاب صنعتی میدانند که در دهه ۱۹۷۰، شروع شده بود. با این حال رباتها و ماشینهایی که در طی ۴۰ سال گذشته استفاده شدند، بعضی ویژگیهای اصلی را به صورت مشترک داشتند؛ آنها سریع و کارا بوده و با دقت تکرار بالایی عمل میکردند؛ ولی بسیار بزرگ و خطرناک بودند. این باعث میشد که رباتها از طریق فنسهای امنیتی از کارکنان انسانی جدا باشند.
ویژگی دومین انقلاب رباتیک، راهکارهای خودکارسازی رباتمحور ایمن و دارای حساسیت بود. با وجود اینکه فناوریهای رباتیک دارای حساسیت و انطباق پذیر، سالها بود که در حوزه تحقیقات مورد مطالعه قرار میگرفت، تنها چند سال بود که اولین محصولات رباتیک ایمن و دارای حساسیت برای خودکارسازی صنعتی وارد بازار شد. رباتی که میتواند حتی کوچکترین نیروهای خارجی را حس کند، قادر خواهد بود مجموعه زیادی از وظایف جدید را تکمیل کند که پیش از آن، امکان این امر وجود نداشت؛ مانند اعمال نیروهای مشخص و دقیق بر روی سطوح، فهمیدن برخوردها و آموزش از طریق نمایشهای هدایتشده و مواردی از این دست. این امر باعث شد این ماشینها ایمنتر شوند. در این هنگام برای اولین بار رباتها از حفاظهای امنیتی بیرون آمده و به طور مستقیم میتوانستند با انسانها همکاری کنند.
زمانی که سیستمهای رباتیک ایمن و دارای احساس، متحرک شوند، مفاهیم ساخت و خودکارسازی به صورت زیربنایی تغییر میکند؛ چرا که دیگر لازم نیست بخشهای کاری را به محل رباتها انتقال دهیم بلکه این رباتها هستند که به سمت بخشهای کاری حرکت میکنند. این امر منجر به شکلگیری مفاهیم رباتهای خدماتی واقعی شد. اگر چه در این هنگام سیستمهای متحرک در بخشهایی چون لجستیک وجود داشتند ولی این سیستمها اکثراً به خاطر صداهای آزاردهندهای که در کل روز ایجاد میکردند، آگاه کردن بینندهها از رویکردی که اجرا میکردند و یا حرکت در مسیرهای خاص و جداگانه، غیر ایمن بودند و لازم بود که از انسانها فاصله داشته باشند؛. با این حال سیستمهای ایمن قادرند به صورت آزادانه بین کارکنان حرکت کنند.
ترکیب این دو پارادایم باعث ایجاد اولین رباتهای خدماتی چندمنظوره شد. این رباتها ابتدا در حوزههای صنعتی خودنمایی کردند ولی پس از آن در حوزههای تجاری دیگر مانند خردهفروشی و مکانهای عمومی مانند بیمارستانها حضور یافتند و در نهایت به خانهها وارد شدند. اولین حوزه برای رباتهای شخصی، حوزه دستیاران خانگی بود که در حفظ تحرک، سلامت و فعال بودن افراد در خانهها حتی در کهنسالی مفید بودند. با پیشرفت فناوری، اگر چه این رباتها ارزانتر شدند، ولی همچنان آنقدر گران هستند که برای استفادههای شخصی با استقبال کمی مواجه باشند.
در سه مرحله اول، سیستمهای رباتیک قابلیتهای بیشتری بدست میآورند و هر بار پارادایم نحوه تعامل فیزیکی با جهان و انسان را تغییر میدهند. انقلاب رباتیک چهارم با تغییر پارادایم به این موضوع میپردازد که این سیستمها چگونه برنامهریزی شده یا به بیان بهتر دستور میگیرند. در موج چهارم رباتها درک محیط خود را آغاز میکنند تا بر اساس اطلاعات دریافتی استدلال کنند و شاید یک روز آنچه را که انجام میدهند، بفهمند.
برای مدتهای طولانی خودکارسازی توسط سیستمهایی به پیش میرفت که برای انجام وظایف پیچیده با سرعت و دقت زیاد برنامهریزی میشدند. متأسفانه این امر آنها را از تبدیلشدن به ابزارهای منعطف و چندکاره باز داشته است و منجر به بروز چالشهایی برای تعامل انسان-ماشین شده است؛ چراکه هر قدر وظایف پیچیدهتر میشود، نیازمندیهای برنامهنویسی نیز پیچیدهتر میشود. در نتیجه تنها برنامه نویسان خبره میتوانند برنامههای موردنیاز برای خودکارسازی مدرن را انجام دهند.
با توجه به این موارد، نیاز به رباتهای شناختی و دارای ادراک ضروری به نظر میرسد. ماشینها باید به جای برنامهریزی شدن برای انجام وظایف معمولی، بفهمند که کاربران و اپراتورها چه کاری میخواهند، انجام دهند. این چالشی است که به راحتی قابل حل شدن نیست؛ چراکه سطح پیچیدگی بسیار بالاست. برخلاف انسان که حتی از سنین چندماهگی به راحتی میتواند با لمس کردن و دیدن جهان اطراف به خوبی آن را درک کند، ماشینها در این زمینه با مشکل مواجه هستند.
حوزه رباتیک و فناوریهای آن
رباتها نتیجه یکپارچهسازی طیف وسیعی از فناوریها هستند. از آنجایی که اجزای نرمافزاری پیچیده و زیرسیستمهای آنها روز به روز در حال تجاریتر شدن و در دسترس قرار گرفتن هستند، آنچه در موفقیت رباتها اهمیت پیدا میکند، توانایی مدیریت یکپارچه این سیستمهای پیچیده برای تبدیلشدن به رباتهای قدرتمند و ارزان است. شکل زیر که نمایی کلی از حوزه رباتیک و گستره آن است، بخشی را به نام فناوری معرفی میکند که جهت بکار بستن رباتها و گسترده کردن کاربردهایشان باید استراتژی و سرمایهگذاری مناسب داشت. این بخش را میتوان به دستههای فناوری زیر تقسیم کرد:
شکل ۱. نمودار گستره رباتیک
روند توسعه رباتیک
در این قسمت روند توسعه حوزه فناوری رباتیک در سه بخش تحلیل هایپ سایکل گارتنر، تحلیل پتنت و تحلیل علمسنجی بررسی میگردد.
در نمودارهای هایپ سایکل زیر تغییرات عمدهای که رباتیک در طی ده سال اخیر داشته مورد بررسی قرار میگیرد.
شکل ۲. نمودار هایپ سایکل گارتنر ۲۰۱۰
در نمودار سال ۲۰۱۰ گارتنر (شکل ۲) سه گزینه رباتهای سیار، خودروهای خودران و فناوریهای اضافه شده به بدن انسان جهت توانمندسازی وی، به طور همزمان وجود دارند. از این سه فناوری، رباتهای هوشمند از سال ۲۰۰۸ ( اولین سال مورد بررسی این گزارش) بر روی نمودار وجود داشته ولی توانمندسازی انسان برای اولین بار از سال ۲۰۰۹ بر روی هایپ و در مرحله ظهور نوآوری ظاهر شده است. وسایل خودران نیز از سال ۲۰۱۰ بر روی نمودار ظاهر شده است.
شکل ۳. نمودار هایپ سایکل گارتنر ۲۰۱۵
تا سال ۲۰۱۵، نمودار هایپ سایکل گارتنر برای گزینههای فناوری حوزه رباتیک ثابت بوده و تغییرات قابل توجهی نداشته است؛ ولی در سال ۲۰۱۵، ماشینهای خودران به مرحله اوج رسیده و ماشینهای خودران حوزهای نیز در مرحله سیر نزولی ظاهر شده است (شکل ۳).
شکل ۴. نمودار هایپ سایکل گارتنر۲۰۱۶
در این سال (۲۰۱۶) پهپادهای تجاری نیز در مرحله ظهور فناوری بر روی نمودار آشکار شده است. در این سال همچنان سه گزینه فناوری دیگر با تغییرات اندکی نسبت به سالهای پیش در نمودار حضور دارند (شکل ۴).
شکل ۵. نمودار هایپ سایکل گارتنر ۲۰۱۸
در سال ۲۰۱۷ و ۲۰۱۸ گزینههای فناوری حوزه رباتیک بر روی هایپ بیشتر شده و نشان از گستردهتر شدن حوزههای این فناوری شده است. در نمودار سال ۲۰۱۸ (شکل ۵) وسایل خودران مختلف مثل پهپادها و خودروهای خودران سطح پنج و رباتهای متحرک همچنان در مرحله ظهور قرار دارند، ولی خودروهای خودران سطح چهار به مرحله سیر نزولی وارد شده است.
در این بخش پتنتهای ثبتشده در ده سال اخیر بر اساس گوگل پتنت و لنز مورد بررسی قرار میگیرد.
شکل ۶. نمودار هزار پتنت برتر حوزه رباتیک از سال۲۰۰۷
شکل ۷. نمودار تعداد پتنتهای حوزه رباتیک از سال۲۰۰۸ از سایت لنز
نمودار هزار پتنت برتر این حوزه از سال ۲۰۰۷ تا ۲۰۱۹ (شکل ۶) نشان میدهد که پتنتها از سال ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۳ افزایش یافته و بعد از آن سیر نزولی پیدا کرده است.
در نمودار تعداد پتنتهای این حوزه فناوری از سال ۲۰۰۸ تا ۲۰۱۸ (شکل ۷)، شاهد این هستیم که تعداد این پتنتها همواره صعودی بوده و در سالهای اخیر صعود آن شیب بیشتری نیز به خود گرفته است.
در بخش علمسنجی تعداد انتشارات و حوزههای این انتشارات مورد بررسی قرار میگیرد.
شکل ۸. نمودار تعداد انتشارات حوزه رباتیک برحسب سال
همانطور که در شکل ۸ میبینیم در مورد انتشارات حوزه رباتیک نیز به طور کلی تا سال ۲۰۱۶ روندی صعودی را شاهد هستیم ولی این روند در سالهای ۲۰۱۷ و ۲۰۱۸ به شکل محسوسی نزولی شده است.
شکل ۹. حوزههای رباتیک در وب آف ساینس
در دستهبندیهای وب آف ساینس (شکل ۹) سه حوزه رباتیک، مهندسی الکترونیک و الکتریک، هوش مصنوعی و علوم کامپیوتر بیشترین سهم از انتشارات را به خود اختصاص دادهاند.
رابطه رباتیک با سایر حوزههای فناوری تحول دیجیتال
در جدول زیر (جدول ۱) اثراتی که رباتیک بر سایر حوزههای فناوری تحول دیجیتال دارد، مورد بررسی قرار میگیرد.
جدول ۱. رابطه رباتیک با سایر حوزههای فناوری تحول دیجیتال
زنجیره ارزش رباتیک
براساس مطالعات و بررسیهای صورت گرفته، زنجیره ارزش رباتیک طبق چارچوب و الگوی طراحیشده زنجیره ارزش به صورت زیر ارائه شده است. در زیر دو نمونه زنجیره ارزش تحت عنوان نقشه دسته رباتیک ماساچوست و زنجیره ارزش خاص رباتیک ارائه شده است که در شکلهای ۱۰ و ۱۱ نشان داده شدهاند.
شکل ۱۰. زنجیره ارزش اختصاصی رباتیک
شکل ۱۱. نمودار نقشها و بازیگران حوزه فناوری رباتیک
زنجیره ارزش ترسیم شده بر مبنای چارچوب پروژه در شکل ۱۲ ارائه شده است.
شکل ۱۲. زنجیره ارزش رباتیک طراحی شده با الگوی پروژه
کاربردهای رباتیک
در کاربردهای رباتیک صنایع بهرهبردار در ادامه توضیح داده خواهد شد.
یکی از دستهبندیهایی که برای رباتها برحسب کاربرد انجام شده به شکل زیر است (شکل ۱۳). در این دستهبندی کاربردهای رباتها به دو دسته خدماتی و صنعتی تقسیمبندی شده است.
شکل ۱۳. دستهبندی رباتها برحسب کاربرد
در دستهبندی دیگری کاربردهای زیر برای رباتها ارائه شده است.
دستهبندی رباتهای خدماتی برای کاربرد شخصی/ خانگی
۱. رباتیک برای وظایف خانگی
۲. رباتهای سرگرمی
۳. همیاری معلولین و سالمندان
۴. حملونقل شخصی (ماشینهای هدایتشده خودکار برای اشخاص)
۵. امنیت و مراقبت از خانه
۶. سایر رباتهای شخصی/ خانگی
دستهبندی رباتهای خدماتی برای کاربرد حرفهای
۱. رباتهای حوزهای
۲. تمیز کردنهای حرفهای
۳. سیستمهای تجسس و نگهداری
۴. ساختوساز و تخریب
۵. سیستمهای لجستیک
۶. رباتهای پزشکی
۷. کاربردهای امنیت و نجات
۸. کاربردهای دفاعی
۹. سیستمهای زیردریایی (استفادههای عمومی)
۱۰. پلتفرمهای متحرک با استفادههای عمومی
۱۱. سایر رباتهایی حرفهای که در بالا به آنها اشاره نشده است:
آینده کار در عصر هوش مصنوعی و رباتیک
هوش مصنوعی؛ روند توسعه، زنجیره ارزش و کاربردها
تحلیل گری داده؛ روند توسعه، زنجیره ارزش و کاربردها