Εισαγωγή-Γενικά

Απο πού προέρχεται η λέξη robot;

Απο την τσέχικη λέξη robota που σημαίνει δουλειά.

Σύμφωνα με το ινστιτούτο ρομποτικής των Η.Π.Α ενα ρομπότ είναι "ένας επαναπρογραμματιζόμενος πολυλειτουργικός χειριστής σχεδιασμένος κατά τέτοιο τρόπο ώστε να μετακινεί υλικά, εργαλεία ή διάφορες ειδικές συσκευές, μέσω διαφόρων προγραμματισμένων κινήσεων για την εκτέλεση διαφόρων εργασιών". Εν ολίγοις ενα ρομπότ είναι ένας επαναπρογραμματιζόμενος χειριστής γενικής χρήσεως με εξωτερικούς αισθητήρες που μπορεί να εκπληρώσει πλήθος εργασιών. Έτσι το ρομπότ πρέπει να έχει νοημοσύνη η οποία αντιστοιχεί στα προγράμματα που σχετίζονται με τα συστήματα ελέγχου και τους αισθητήρες.

Αποτελείτε από μερικούς συνδέσμους συνδεδεμένους σε σειρά με αρθρώσεις. Στην μια άκρη είναι η βάση ενώ η άλλη είναι ελεύθερη και φέρει ένα εργαλείο με το οποίο μεταχειρίζεται αντικείμενα ή εκτελεί εργασίες συναρμολόγησης. Η κίνηση των αρθρώσεων έχει ως αποτέλεσμα την σχετική κίνηση των συνδέσμων. Μηχανικά ένα ρομπότ αποτελείται από έναν βραχίονα, ένα υποσύστημα καρπού και ένα εργαλείο. Είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε να φτάνει κάθε σημείο του χώρου εργασίας. Αρχικά,ο βραχίονας (ο οποίος έχει τρείς βαθμούς ελευθερίας) φτάνει το σημείο του χώρου εργασίας που μας ενδιαφέρει και έπειτα ο καρπός (που έχει επίσης τρεις βαθμούς ελευθερίας) προσανατολίζει κατάλληλα το εργαλείο. Έτσι σε ένα ρομπότ με έξι συνδέσμους ο βραχίονας είναι ο μηχανισμός τοποθέτησης ενώ ο καρπός ο μηχανισμός προσανατολισμού.

i) Με τρείς άξονες μεταβλητού μήκους (καρτεσιανές συντεταγμένες).

ii) Με δύο άξονες μεταβλητού μήκους και έναν περιστρεφόμενο (κυλινδρικές συντεταγμένες).

iii) Με έναν άξονα μεταβλητού μήκους και δύο περιστρεφόμενους (σφαιρικές συντεταγμένες).

iv) Με τρείς περιστρεφόμενους άξονες (αρθρωτικές ή περιστροφικές συντεταγμένες).

Τα περισσότερα από τα ρομπότ της περασμένης δεκαετίας ήταν απλές διατάξεις που ελέγχονταν από μικροϋπολογιστές ώστε να εκτελούν μια διεργασία αναπαράγοντας προεγγραμένες ή προγραμματισμένες αλληλουχίες κινήσεων που είχαν προηγουμένως "διδαχθεί" στο ρομπότ από έναν χρήστη με την βοήθεια κάποιου υπολογιστή. Τα ρομπότ αυτά ήταν εξοπλισμένα με λίγους ή καθόλου αισθητήρες και έτσι χρησιμοποιόντουσαν σε σχετικά απλές επαναλαμβανόμενες εργασίες.

Εισαγωγή-Ιστορία

Η λέξη robot εισήχθηκε στο αγγλικό λεξιλόγιο από τον θεατρικό συγγραφέα Karel Capek στο σατυρικό του δράμα R.U.R. (Rossum's Universal Robots)[1921].Στο έργο αυτό τα ρομπότ είναι μηχανές που μοιάζουν με ανθρώπους αλλά εργάζονται χωρίς να κουράζονται. Αρχικά τα ρομπότ κατασκεύαστηκαν για να αντικαταστήσουν τους εργάτες αλλά τελικά στράφηκαν ενάντια στους δημιουργούς τους εξαφανίζοντας το ανθρώπινο είδος. Το έργο αυτό ευθύνεται για την ευρέως διαδεδομένη αντίληψη των ρομπότ ως μηχανές με νοημοσύνη και ξεχωριστή προσωπικότητα που μοιάζουν στον άνθρωπο. Αυτή η λαθεμένη εικόνα ενισχύθηκε από μεταγενέστερες ταινίες (Metropolis, Star wars). Έτσι, τα μοντέρνα βιομηχανικά ρομπότ μοιάζουν πρωτόγονα όταν συγκρίνονται με την εικόνα που καλλιέργησαν τα media τα τελευταία 70 χρόνια.

Μετά το τέλος του Β' παγκοσμίου πολέμου ξεκίνησε η έρευνα που κατέληξε στα σημερινά βιομηχανικά ρομπότ. Τα άμεσα αποτελέσματα των ερευνητικών αυτών προγραμμάτων ήταν μηχανικοί χειριστές ελεγχόμενοι από απόσταση που βρήκαν εφαρμογή στον χειρισμό ραδιενεργών υλικών. Αυτά τα συστήματα ήταν τύπου "master-slave" δηλαδή ήταν σχεδιασμένα έτσι ώστε να αναπαράγουν πιστά κινήσεις του χεριού και του βραχίονα του ανθρώπου που χειριζόταν το μηχάνημα. Αργότερα προστέθηκε και δυναμική ανάδραση έτσι ώστε ο άνθρωπος που χρησιμοποιεί το robot να μπορεί να νοιώθει τις αντιδράσεις του περιβάλλοντος.

Προστίθενται στα ρομπότ ηλεκτρικές και υδραυλικές διατάξεις που καλυτερεύουν σημαντικά την δυναμική ανάδραση. Στα μέσα της δεκαετίας αυτής ο George C. Devol κατασκεύασε έναν χειριστή ο οποίος δεν ήταν τύπου "master-slave" αλλά ήταν ικανός να εκτελεί μια σειρά από κινήσεις οι οποίες καθορίζονταν και ελέγχονταν από κάποιο πρόγραμμα. Έτσι αλλάζοντας το πρόγραμμα αλλάζαμε όλη την λειτουργία του ρομπότ. Μία μετέπειτα εξέλιξη του ρομπότ αυτού οδήγησε στο πρώτο βιομηχανικό ρομπότ που παρουσιάστηκε απο την Unimation Inc. το 1959. Τα ρομπότ αυτά ελέγχονταν από υπολογιστή και μπορούσαν να επαναπρογραμματιστούν με σχετικά χαμηλό κόστος ώστε να επιτελούν διαφορετικές εργασίες καθώς οι απαιτήσεις άλλαζαν.

Στις αρχές της δεκαετίας ο H.A. Ernst ανακοίνωσε την εξέλιξη ενός ελεγχόμενου μέσω υπολογιστή μηχανικού χεριού που έφερε αισθητήρες αφής. Η συσκευή αυτή, το ΜΗ-1, μπορούσε να αισθάνεται τα διάφορα κομμάτια (blocks) και να χρησιμοποιεί την πληροφορία αυτή για να τα στοιβάξει χωρίς ανθρώπινο χειρισμό. Αυτό είναι ένα από τα πρώτα παραδείγματα προσαρμοστικής συμπεριφοράς σε ένα αρκετά μη δομημένο περιβάλλον. Προς το τέλος της δεκαετίας ο McCarthy και οι συνεργάτες του στο εργαστήριο τεχνητής νοημοσύνης του Stanford ανακοίνωσαν την εξέλιξη ενός υπολογιστή με χέρια (χειριστές), μάτια (κάμερες) και αυτιά (μικρόφωνα). Παρουσίασαν ένα σύστημα με αναγνώριση φωνητικών εντολών, με την ικανότητα να "βλέπει" διάφορα blocks σκορπισμένα σε ένα τραπέζι και να τα χειρίζεται ανάλογα με τις εντολές. Εκείνη την εποχή ο Pieper μελέτησε το κινηματικό πρόβλημα ενός χειριστή ελεγχόμενου μέσω υπολογιστή.

Την δεκαετία αυτή η έρευνα εστιάστηκε κυρίως στην χρήση εξωτερικών αισθητήρων που διευκόλυναν τις λειτουργίες των χειριστών. Το 1973 οι Bolles και Paul κατασκεύασαν έναν ρομποτικό βραχίονα που χρησιμοποιώντας οπτική και δυναμική ανάδραση συναρμολογούσε αντλίες νερού για αυτοκίνητα. Το 1974 ο Bejczy εφάρμοσε μία υπολογιστική τεχνική ελέγχου της ροπής σε βραχίονες που χρησιμοποιήθηκαν σε διαστημικές αποστολές. Από τότε πολλές μεθόδοι ελέγχου έχουν προταθεί για τον έλεγχο μηχανικών χειριστών. Το 1975 οι Will και Grossman κατασκεύασαν έναν χειριστή που χρησιμοποιώντας αισθητήρες δύναμης και αφής συναρμολογούσε μια γραφομηχάνη 20 κομματιών.

Εισαγωγή-Γλώσσες Προγραμματισμού

Υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους μπορεί να επικοινωνήσει ένας χρήστης με ένα ρομποτικό σύστημα. Οι τρείς βασικότεροι είναι:

i)Αναγνώριση διακριτών λέξεων. Παρά το γεγονός ότι τώρα είναι δυνατή η αναγνώριση λέξεων σε πραγματικό χρόνο λόγω των ταχύτατων υπολογιστών και των αποδοτικότερων αλγορίθμων, η χρησιμοποίηση της μεθόδου αυτής για την περιγραφή μιας διεργασίας είναι περιορισμένη. Τα μειονεκτήματα της μεθόδου είναι η εξάρτησή της από τον ομιλητή, η συνήθως απαιτούμενη παύση ανάμεσα στις λέξεις και κυρίως η "εκπαιδευτική" περίοδος που απαιτείται κατά την οποία καταστρώνονται πίνακες αντιστοιχιών των φωνητικών εντολών.

ii)Διδασκαλία και αναπαραγωγή (Teach and Playback). Η μέθοδος αυτή χωρίζεται σε τρία βήματα: α)Καθοδήγηση του ρομπότ στο σύνολο των απαιτούμενων κινήσεων σε αργή κίνηση. Οι κινήσεις αυτές αποθηκεύονται για μετέπειτα χρήση (record). β)Επιμέλεια της διδαγμένης κίνησης (edit). γ)Αν η κίνηση είναι σωστή, το ρομπότ την επαναλαμβάνει στην κατάλληλη ταχύτητα (play).

iii)Προγραμματισμός υψηλού επιπέδου.Τα ρομπότ χρησιμοποιούνται συχνά σε εργασίες όπου δεν απαιτείτε ανάδραση από το περιβάλλον (συγκολήσεις, βαφές) και έτσι μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί η προηγούμενη μέθοδος. Παρόλα αυτά ο προγραμματισμός ενός ρομπότ απαιτεί γενικά γνώσεις τεχνικών προγραμματισμού υψηλού επιπέδου. Αυτό εξηγείτε από το γεγονός ότι ο χειριστής συνήθως ελέγχεται από έναν υπολογιστή, και ο αποδοτικότερος τρόπος για να επικοινωνήσει ένας άνθρωπος με έναν υπολογιστή είναι μέσω γλωσσών υψηλού επιπέδου. Έτσι ένα ρομπότ μπορεί να εκτελέι διαφορετικές εργασίες απλά εκτελώντας διαφορετικό πρόγραμμα. Έτσι αυξάνεται σημαντικά η χρησιμότητα και η "ευλυγισία" του ρομπότ.

Εισαγωγή-Ευφυία

Το βασικό πρόβλημα στην ρομποτική είναι ο σχεδιασμός κινήσεων ώστε να πραγματοποιηθεί μία προκαθορισμένη εργασία και ο έλεγχος του ρομπότ καθώς αυτό εκτελεί τις απαραίτητες αυτές κινήσεις.

Ο σχεδιασμός είναι ουσιαστικά η λήψη της απόφασης για μία σειρά κινήσεων ή πράξεων πρίν αυτές αρχίσουν να εκτελούνται. Έτσι το σχέδιο είναι μία σειρά από πράξεις που θα υλοποιηθούν για την επίτευξη ενός σκοπού.

Το σύστημα που είναι υπεύθυνο για για τον σχεδιασμό αυτό επιδιώκει να βρεί μια διαδρομή από την αρχική κατάσταση (στην οποία βρίσκεται το ρομπότ) ως την τελική. Η διαδρομή αυτή αποτελείται από μία αλληλουχία κινήσεων που δύναται να εκτελεστούν από το ρομπότ.

Ο ρομποτικός σχεδιασμός, που αποτελεί την ευφυία σε ένα ρομπότ και του παρέχει την ικανότητα επίλυσης προβλημάτων, αποτελεί ενεργό ερευνητικό τομέα. Για ρομποτικές εφαρμογές πραγματικού χρόνου απαιτούνται ισχυροί αλγόριθμοι αποδοτικού σχεδιασμού που εκτελούνται από γρήγορα υπολογιστικά συστήματα ειδικού σχεδιασμού

Ηλεκτρονικό δέρμα - Το άγγιγμα της μηχανής

Στόχος των ερευνητών είναι να κάνουν το ηλεκτρονικό δέρμα όσο το δυνατό πιο ακριβές και «ανθρώπινο» Μετά την όραση και την ακοή, τα ρομπότ ετοιμάζονται να αποκτήσουν και την αίσθηση της αφής. Ιάπωνες ερευνητές αναπτύσσουν ένα «ηλεκτρονικό δέρμα» εξοπλισμένο με αισθητήρες πίεσης, που θα επιτρέπει στις μηχανές να αναγνωρίζουν την υφή αντικειμένων. «Η αναγνώριση απτικών πληροφοριών θα είναι πολύ σημαντική για τις μελλοντικές γενιές ρομπότ» σχολιάζει στο Nature.com ο Τακάο Σομέια του Πανεπιστημίου του Τόκιο, εφευρέτης του δέρματος. Ο Σομέια ουσιαστικά μιμήθηκε το ανθρώπινο δέρμα, το οποίο βρίθει από νευρικές απολήξεις που ενεργοποιούνται από την πίεση. Δημιούργησε ένα εύκαμπτο αγώγιμο πολυμερές, εξοπλισμένο με οργανικά τρανζίστορ, το οποίο μεταδίδει ηλεκτρικά σήματα όταν συμπιέζεται. Τα πλαστικά που χρησιμοποιούνται σε οθόνες και πληκτρολόγια αφής, όπως το φθοριούχο πολυβινυλιδένιο (PVDF), παράγουν ηλεκτρικό πεδίο όταν πιέζονται, έχουν όμως το μειονέκτημα ότι δεν αναγνωρίζουν το ακριβές σημείο επαφής. Για το λόγο αυτό οι ερευνητές προτίμησαν να χρησιμοποιήσουν ένα δίκτυο μεμονωμένων αισθητήρων, διάσπαρτων κάτω από το δέρμα. Μεταβολές της αγωγιμότητας Το ηλεκτρονικό δέρμα αποτελείται από ένα φύλλο εύκαμπτου πολυμερούς, μέσα στο οποίο έχουν ενσωματωθεί φολίδες αγώγιμου γραφίτη. Η αγωγιμότητα του φύλλου αλλάζει όταν ασκηθεί πίεση, και οι μεταβολές ανιχνεύονται από ένα δίκτυο τρανζίστορ κάτω από το πολυμερές. Επειδή τα συμβατικά τρανζίστορ από πυρίτιο είναι άκαμπτα και σχετικά εύθραυστα, ο Σομέια αναγκάστηκε να δημιουργήσει τρανζίστορ από ένα εύκαμπτο οργανικό υλικό που ονομάζεται πεντασένιο. Τα τρανζίστορ έχουν επιφάνεια 2,5 τετραγωνικά χιλιοστά και σχηματίζουν μια συστοιχία 1024 αισθητήρων. Το δέρμα που προκύπτει είναι τόσο εύκαμπτο ώστε μπορεί να τυλιχθεί γύρω από έναν κύλινδρο διαμέτρου δύο χιλιοστών χωρίς να χάσει τη λειτουργικότητά του. Επόμενος στόχος των ερευνητών είναι να κάνουν το δέρμα και ελαστικό, εκτός από εύκαμπτο. Θα προσπαθήσουν επίσης να ενσωματώσουν αισθητήρες υγρασίας και θερμοκρασίας, όπως στο ανθρώπινο δέρμα. Στο μέλλον, προβλέπει ο Σομέια, το ηλεκτρονικό δέρμα θα αξιοποιηθεί σε μια πληθώρα εφαρμογών πέρα από τη ρομποτική. Ήδη οραματίζεται χαλιά που αναγνωρίζουν τους ενοίκους από τις πατημασιές τους και καθίσματα αυτοκινήτων που αναγνωρίζουν τη στάση και τη φυσική κατάσταση του οδηγού. Το ηλεκτρονικό δέρμα παρουσιάζεται σε δημοσίευση στο Proceedings of the National Academy of Sciences.

( Σύντομα κοντά σας με νέα από τη ρομποτική