غزال زیاری: دنیای رباتیک مدرن مملو از ماشینهای ساخت دست بشر است که از دنیای حیوانات تقلید میکنند؛ از سگهای ربات که در استادیومها به نقشهبرداری میپردازند تا رباتهای اکتشافگری که با الهام از بابا لنگ دراز ساخته شدهاند؛ هر چیزی را که تصور کنید، در این جمع وجود دارد. پیشرفت در سیستمهای هوش مصنوعی، مواد مصنوعی جدید و چاپ سهبعدی باعث بهبود توانایی این رباتها در دویدن، بالا رفتن و دور زدن موانع شده است.
ولی حتی با وجود پیشرفتهای فنی و سرمایهگذاریهای هنگفت در صنعت رباتیک طی سالهای اخیر، ماشینهای مکانیزه هنوز هم در رقابت با نمونههای بیولوژیک خود (حیوانات)، فاصله زیادی دارند و عقبترند. همین مشاهدات، عملا زیربنای مطالعات جدیدی شده که توسط گروهی از محققان انجام شده و نتایج آن در مجله Science Robotics منتشر شده است.
محققان برای انجام این بررسی، پنج “زیرسیستم” مختلف مرتبط با دویدن را مدنظر قرار داده و به مقایسه آنها بین حیوانات و همتایان روباتشان پرداختند. حیواناتی که استخوان و بافت دارند، شاید در نگاه اول، از هر حیث جزئی، بدتر و ضعیفتر از رباتها و ماشین ها به نظر برسند. اما محققان در جریان این بررسی متوجه شدند که مزایای واقعی این حیوانات، در کنترل پیچیده و به هم پیوسته آنها بر بدنهایشان است و همین قابلیت همکاری روان، باعث میشود تا این حیوانات چیزی فراتر از یک مجموعه اجزای جداگانه باشند.
تام لیبی، مهندس ارشد تحقیقات بینالمللی SRI و یکی از نویسندگان مقاله، در این رابطه گفت: « ما در جریان این تحقیق متوجه شدیم که به جز در موارد استثنایی جزئی، زیرسیستمهای مهندسی عملکرد بهتری نسبت به معادلهای بیولوژیکیشان داشتند و گاهی حتی به مراتب بهتر از آنها عمل میکردند. در عین حال کاملا واضح است که اگر بخواهیم در سطح کلی سیستم، حیوانات را با رباتها مقایسه کنیم، حیوانات از نظر حرکت، شگفتانگیزند و رباتها هنوز نتوانستهاند به گرد پای حیوانات برسند.»
بهرهگیری حیوانات از پیچیدگیهای زیستی و نسلهای فرگشت
هر یک از پنج محقق این پروژه روی یکی از زیرسیستمهای خاص مرتبط با دویدن حیوانات و رباتها متمرکز بودند. این سیستمها به پنج زیرشاخه “قدرت”، “قاب”، “فعالیت و عملکرد” ، “احساس” و “کنترل” تقسیم شدند. به شکل انفرادی، رباتها تقریبا در همه این زیرشاخهها، از حیوانات پیشی میگیرند. مثلا در مورد قابها (چارچوبها) رباتهای مجهز به بدنه فیبر کربنی سبک و مستحکم میتوانند ساختارهای جرمی بزرگتری را بدون خم شدن در مقایسه با استخوانهای حیوانات پشتیبانی کنند. محققان حتی به این نتیجه رسیدند که سیستم کنترل کامپیوتری یک ربات از نظر زمان تاخیر و پهنای باند کلی از سیستم عصبی حیوانات، عملکرد بهتری دارد.
با این حال اگرچه رباتها ظاهراً قطعات مجزای قویتر و مستحکمتر دارند ولی حیوانها در انسجام دادن به قطعات مجزا و ساخت یک “کل” منسجم، ماهرترند.وقتی که در محیطهای واقعی، حیوانات و رباتها را مورد آزمایش قرار میدهید، این تفاوت به وضوح آشکار میشود.
این در حالی است که رباتهای جدیدتر میتوانند سریع شتاب بگیرند و حتی حرکات آکروباتیک انجام دهند ولی از نظر روان بودن و سازگاری در مقایسه با همتایان بیولوژیکی خود (حیوانات) عملکرد ضعیفتری دارند. گاهی رباتها در زمینهای سخت به دردسر میافتند، اما حیوانات این توانایی را دارند که بدون هیچ زحمتی بر موانعی مانند گل، برف، پوشش گیاهی و آوار غلبه کنند و بدون فکر کردن این کار را انجام خواهند داد.
مکس دونلان، استاد گروه فیزیولوژی زیستپزشکی و حرکتشناسی دانشگاه فریزر در این باره توضیح داد: «یک حیوان وحشی میتواند هزاران کیلومتر در زمینهای ناهموار حرکت کند و یک بز کوهی به راحتی روی صخرههای واقعی جای پایی پیدا میکند که حتی به چشم نمیآید و به راحتی از صخرهها بالا میرود؛ سوسکها حتی در شرایطی هم که پایشان را از دست بدهند، میتوانند بدون کاهش در سرعتشان به حرکت ادامه دهند. ولی ما هیچ رباتی با این میزان استقامت، چابکی و استحکام نداریم.»
سبقت رباتها از حیوانات
حیوانات همچنین برتری بزرگ دیگری نیز دارند: زمان. گرچه رباتهای مدرن در چند دهه گذشته واقعاً پیشرفت کردهاند ولی حیوانات میلیونها یا در برخی موارد میلیاردها سال این روند فرگشتی را طی کردهاند که این یکامتیاز ذاتی و چشمگیری برای حیوانات نسبت به مهندسی است. اما از سوی دیگر، کار تحسینبرانگیز رباتها آن بوده که این شکاف را با سرعت خیرهکنندهای پر کردهاند. از همین رو محققان خوشبینند که رباتها در روزگاری نه چندان دور، بتوانند از حیوانات پیشی بگیرند.
پروفسور سام باردن، دانشیار گروه مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه واشنگتن در این باره گفت: «روند پیشرفت رباتها خیلی سریعتر است؛ چرا که فرگشتی بدون جهت است. راههایی وجود دارد که به لطف مهندسی رباتها میتوانیم خیلی سریعتر از فرگشت با انتخاب طبیعی حرکت کنیم؛ اما باید این را هم در نظر داشت که فرگشت، شروع بزرگی در گذشته دور داشته است.»
محققان امیدوارند این یافتهها بتواند به توسعه آینده رباتهای دونده کمک کند. سازندگان رباتها میتوانند با بهرهگیری از این یافتهها، تصمیم بگیرند که بیشتر وقت و تلاششان را روی یکپارچهسازی اجزای آنها متمرکز کنند تا بتوانند سختافزار قویتر و بهتری بسازند. درسی که ما از زیستشناسی میگیریم این است که گرچه بهبودهای بیشتر در اجزا و زیرسیستمها مفید است، اما بهترین فرصت برای بهبود رباتهای دونده، بهرهگیری بهتر از قطعات موجود به نظر میرسد.
منبع: popsci
۵۴۵۴
