إليتاك: ماسك روبوتي ناعم مستوحى من طرف خرطوم الفيل، يمنح الروبوت حاسة لمس دقيقة

تقاطع المحاكاة الحيوية والروبوتات اللينة

الروبوتات اللينة هي واحدة من أكثر فروع الروبوتات حيوية في السنوات الأخيرة. على عكس المكونات المعدنية الصلبة، تُصنع الروبوتات اللينة من مواد مرنة، مما يسمح لها بالتكيف بشكل طبيعي مع أشكال الأشياء والتقاط الأشياء القابلة للكسر بطريقة أكثر لطفًا. لكن هذه المرونة تطرح أيضًا تحديًا في دمج المستشعرات - إذ يصعب على المستشعرات الصلبة التقليدية متابعة التشوهات الكبيرة للمادة، كما أن مساحة تغطيتها محدودة.

وجد فريق البروفيسور فان آن هو من المعهد الياباني المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (JAIST) الحل في أحد أكثر "أعضاء الإمساك" براعة على وجه الأرض - طرف خرطوم الفيل. في دراسة نُشرت في مجلة *IEEE Transactions on Robotics*، قدموا EleTac: وهي قبضة لينة مستوحاة من طرف خرطوم الفيل، تمكنت، من خلال كاميرا عين سمكة واحدة وخوارزميات التعلم العميق، من استخراج المعلومات اللمسية واستقبال الحس العميق من الصور المشوهة.

الفكرة الأساسية في التصميم: الرؤية هي اللمس

يتكون EleTac من إصبعين مرنين يعملان بالهواء المضغوط، ويوجد داخل تجويفهما كاميرا مجهرية واحدة من نوع عين السمكة. عندما تمسك القبضة بجسم ما، تتشوه المادة المرنة، وتسجل الكاميرا في الوقت الفعلي التغيرات في النمط على السطح الداخلي. درب فريق البحث العديد من الشبكات العصبية العميقة لفك تشفير موضع التلامس، وحجم قوة الإمساك، وشكل الجسم، وحالة انثناء الأصابع ذاتها.

تتجاوز هذه الاستراتيجية "اللمس البصري" بذكاء مشكلة تضمين المستشعرات في المواد المرنة. غالبًا ما تتطلب المستشعرات اللمسية التقليدية توصيلات مصفوفية، مما يجعلها مكلفة وتحد من التشوه. يستخدم EleTac كاميرات وخوارزميات ناضجة لتحويل الإدراك اللمسي إلى مشكلة حسابية بصرية، مما يقلل بشكل كبير من تعقيد النظام وتكلفته.

التحقق من الأداء: من التوفو إلى البحث عن قلم في الرمال

في التجارب، أظهر EleTac قدرة مذهلة على التكيف ودقة في الإدراك. نجح في الإمساك بالتوفو والفواكه والأقمشة والأدوات والمسامير وحتى أوراق اللعب دون الحاجة إلى استراتيجيات تحكم معقدة. كما صمم فريق البحث مهمتين أكثر تحديًا:

• البحث عن قلم في الرمال: تبحث القبضة وتعتمد فقط على التغذية الراجعة اللمسية في الرمال لتجد وتلتقط قلمًا مدفونًا.
• مسح أسطح الأطباق المنحنية: تمسك القبضة بإسفنجة، وتضبط مسار حركتها تلقائيًا وفقًا لقوة التلامس المدركة، لمسح آثار قلم زيتي على سطح منضدة منحنية.

تحاكي هاتان المهمتان البيئات غير المؤكدة التي قد تواجهها الروبوتات في العالم الحقيقي، وقد أثبت أداء EleTac فعالية التغذية الراجعة اللمسية في التحكم الديناميكي.

الأهمية الصناعية لأبحاث الروبوتات اللينة في اليابان

يتميز EleTac بتصميمه المدمج والخفيف ومنخفض التكلفة. ويشير البروفيسور هو: "يمكن استخدام EleTac كطرف تشغيلي جاهز للتوصيل والتشغيل، ومناسب لمنصات الروبوتات الحالية والروبوتات البشرية." مما يشير إلى أن الروبوتات اللينة تنتقل من المختبرات إلى التطبيق الفعلي.في اليابان، تحتل صناعة الروبوتات منذ فترة طويلة مكانة رائدة عالميًا، لكنها كانت تركز في السابق بشكل أكبر على الأذرع الصناعية وخطوط الإنتاج الآلية. مع تفاقم نقص العمالة وشيخوخة المجتمع، ارتفع الطلب على روبوتات الخدمة. إن المسار التقني "المرن + اللمسي" الذي يمثله EleTac يسد بدقة الفجوة في مجال العمليات الدقيقة - مثل معالجة الأغذية، ومعالجة العينات المخبرية، والمساعدة الطبية، والرعاية المنزلية.

علاوة على ذلك، يجمع هذا البحث بين الرؤية الحاسوبية والتعلم العميق، مما يعكس حيوية الجامعات اليابانية في الابتكار متعدد التخصصات. تلعب JAIST، باعتبارها جامعة وطنية تركز على التعليم العالي للدراسات العليا، دورًا مهمًا في هذا النوع من الأبحاث الأساسية المتطورة، ويظهر التعاون مع فرق دولية مثل King's College London وPurdue University نضج النظام البيئي البحثي المفتوح في اليابان.

التطلع: من الإمساك إلى السلوك الذاتي

حاليًا، لا تزال معظم الروبوتات تعتمد على البرمجة المسبقة أو التموضع البصري الخارجي. تمكن قدرة الاستشعار الذاتي اللمسي لـ EleTac الروبوت من إدراك حالة التفاعل بينه وبين الأشياء في الوقت الفعلي، وهذه خطوة أساسية نحو تحقيق التشغيل الذاتي الحقيقي. في المستقبل، ومن خلال دمج نماذج ذكاء اصطناعي أقوى، يمكن للروبوتات اللينة أن تتخذ قرارات مستقلة في البيئات غير المعروفة، مثل مساعدة كبار السن في ارتداء الملابس وخلعها، أو مساعدة الأطباء أثناء العمليات الجراحية.

لخص البروفيسور هو قائلاً: "نتصور في المستقبل القريب أن روبوتات أكثر أمانًا وموثوقية ستتعايش مع البشر في المنازل والمستشفيات والأماكن العامة." من طرف خرطوم الفيل إلى مستقبل التعاون بين الإنسان والروبوت، يوفر EleTac نموذجًا استشعاريًا قابلاً لإعادة الاستخدام للروبوتات المرنة، ويظهر أيضًا الإرث العميق لليابان في مجال الروبوتات المستوحاة من الطبيعة.