روبات‏های شن‌دوست!

وقتی کنار ساحل روی شن‏ها راه می‏روید، چه حسی دارید؟ درست است که قدم زدن روی شن می‏تواند آرامش‌بخش و مطبوع باشد، اما سرعت راه رفتن شما را هم می‏‏گیرد. هر بار که قدم بر می‏‏دارید، کمی‏در شن‏ها فرو می‏‏روید و به راحتی وقتی‌که روی آسفالت‏های خیابان هستید، نمی‏توانید بدوید یا کسی را دنبال کنید. اما این سختی تنها برای ما انسان‏ها نیست. برای مدتی بسیار طولانی، روبات‏ها هم با شن مشکل داشتند. تا این‏که بالاخره روبات‏های جدیدی که شبیه حشرات ساخته شده‏اند، با پاهای خاصی که برایشان طراحی شده، راهشان را روی شن‏ها باز کردند.

گروهی از پژوهشگران امریکایی، روباتی را طراحی کرده‌اند که شیوه حرکت و گام برداشتنش متفاوت‏تر از روبات‏های قبلی است تا بتواند راحت‏تر از پس شن بربیاید. البته با تمام تلاش‏هایی که انجام گرفته، باز هم سرعت این روبات شنی شش پا در بهترین حالت ، بیشتر از نصف سرعتی نیست که روی زمین مسطح و سفت دارد.

به نظر محققان، دست‌یابی به سرعت‏های بیشتر فعلا ممکن نیست؛ مگر این‏که بتوان اطلاعات بیشتری راجع به خصوصیات و ویژگی‏های موادی چون شن که به صورت دانه‌دانه هستند، کسب کرد. چون این مواد به طور هم‌زمان کمی ‏از خصوصیات جامدات را دارند و کمی‏هم خصوصیات مایعات.

ال ریتزی، پژوهشگر ارشد شرکت روبات‌سازی بوستون داینامیک که در ساخت بسیاری از روبات‏های چند بازویی شریک بوده، در این باره می‏گوید: «این ابداع یکی از قدم‏های مهم در راه درک بهتر اصول مکانیکی است که در پس این‏گونه حرکات روبات‏ها قرار دارد.»

روبات‏هایی که راه می‏روند، خیلی بیشتر از روبات‏های چرخ‌دار یا تسمه‏ای و زنجیری (شبیه تانک) تعادل خودشان را حفظ می‏کنند. آنها در زمین‏های ناهموار، ماسه‌ای یا در مقابل موانع مانور بهتری دارند؛ پایدارترند و همچنین از انعطاف‌پذیری بیشتری برخوردارند. این وسایل نقلیه تا حدی هوشمند را می‏توان به خاطر قابلیت‏هایی که دارند، در مناطق دور از دسترس یا خطرناک استفاده کرد؛ همان‌طور که ناسا برای اکتشاف بر روی مریخ از دو مریخ نورد آپورچونیتی و اسپیریت استفاده کرد. (البته این دو مریخ‌نورد به‌جای پا از چرخ استفاده می‌کنند)

با تولد نسل جدید به نظر می‏رسد که این روبات‏ها، پادار هم شده‏اند. ریتزی در این مورد می‏گوید که توانایی قدم برداشتن از روی موانع، می‏تواند بازدهی کار روبات‏ها را بالا ببرد و اهمیت و تاثیر آنها را در امور مختلف افزایش دهد. اخیرا مرکز تحقیقاتی ناسا مشغول آزمایش روباتی شبیه به عقرب است که برای اکتشافات فضایی طراحی شده است.

آرام به پیش
همان‌طور که پیش‏تر هم گفته شد، دانش بشر در مورد مکانیک حرکت بر روی شن و زمین‏های ماسه‏ای محدود است. حتی سوسمارهای بیابانی هم که جانواران سریعی به حساب می‏آیند، در ریگ‏های بیابان (نسبت به زمین‏های سفت و صاف) فقط یک‌چهارم سرعت خود را دارند.

روبات شن‌نورد «سندبات» متعلق به موسسه فناوری جورجیای امریکا می‏تواند به خوبی ناتوانی علم را در حوزه زمین‏های شنی به ما نشان بدهد. این ماشین با وزنی حدود 2.3 کیلوگرم به سختی در شن حرکت می‏کند و نتایج نامطلوبی برای سازندگان خود داشته است.

سندبات شش پا دارد که هرکدام به شکل برشی از یک دایره هستند و به صورت مستقل از هم می‏چرخند. این روبات که به اندازه پای انسان است، روی زمین‏های سفت با سه پا حرکت می‏کند. این سه پا هم‌زمان باهم حرکت می‏کنند، یکی در یک طرف ماشین و دو پای دیگر در طرف دیگر. این طراحی سه پایه‌ای از حالت ایستادن حشرات الهام گرفته شده که پاهایشان مثل دو سه‏پایه، هم‌زمان بر روی زمین قرار می‏گیرند.

با چنین طراحی‏ای، سرعت دستگاه بر روی زمین سفت و هموار چیزی حدود 60 سانتی‏متر در دقیقه است. اما وقتی بر روی بستری از ذرات ریز آزمایش شود، مثلا دانه گیاهان، سرعت آن به 2 سانتی‏متر در ثانیه کاهش می‏یابد. تحقیقات نشان می‏دهد که با اندک تغییراتی در سیستم حرکتی روبات می‏توان سرعت را بهبود بخشید.

به طور مثال، پاهای انحنادار این روبات با شتاب زیادی به عمق شن فرو می‏روند، این باعث درگیری بیشتر ماشین در میان ذرات می‌شود و زمان بیشتری طول می‌کشد تا دوباره از آن بیرون بیاید و به حرکت خود ادامه دهد. بنابراین با کم کردن این شتاب می‏توان سرعت را بالاتر برد. شن‏هایی که پشت این پاها فشرده می‏شوند، از فرو رفتن بیشتر دستگاه در شن جلوگیری می‏کنند و سپس پای نیم‏دایره ای حول محور خودش می‏چرخد و روبات را به جلو می‏راند.

کارایی چنین راهبردی به دو عامل مهم بستگی دارد؛ اول، بسامد گردش این پاهای نیم‏دایره شکل است، یعنی در هر ثانیه چند گام بردارد؛ و دوم، تراکم ذرات زمین زیر دستگاه. اگر تراکم ذرات پایین باشد، می‏توان گفت که روبات به جای راه رفتن، در حال شناست! پاهای جلویی او مانند شناگری که در آب حرکت می‏کند، او را به جلو می‏کشد. در چنین شرایطی سرعت بسیار پایین می‏آید و دیگر بحث راه رفتن مطرح نیست.

اگر سرعت گردش این پاها را افزایش دهیم، باز نمی‏توانیم انتظار سرعت بیشتری برای دستگاه داشته باشیم؛ چون تنها اتفاقی که می‌افتد، این است که روبات، شن و ماسه را به اطراف خود می‏پراکند. تنها جایی که روبات موفق‏تر خواهد بود، در زمین‏هایی است که تراکم ذرات بیشتری داشته باشد.

با توجه به ضعف‏های این روبات شش پا، شاید ساختن آنها به نظر ناامید کننده برسد؛ اما برخی از محققان عقیده دارند که این نتایج به هیچ عنوان دلسردکننده نیست و با ساختن پایه‏های ساده و تنظیم و تغییر چند پارامتر می‏توان به پیشرفت‏های خوبی دست پیدا کرد.

دنیل گلدمن از موسسه فناوری جورجیا معتقد است که برای حل این مشکل نیز می‌توان مثل خیلی مشکلات دیگر، از حیوانات یاد گرفت که چگونه برای غلبه بر مشکلاتشان، خود را با محیط تطبیق می‏دهند: «حالا که ما مدلی منطقی برای سندبات داریم، می‏توانیم برای طراحی پایه‏ها و قطعات جدیدتر اقدام کنیم. این مدل به ما کمک می‏کند تا مشاهداتمان را از طریقه حرکت حیواناتی چون سوسمار، خرچنگ و حشرات بر روی شن، بهتر درک کنیم.»

نیچر؛ 9 فوریه - ترجمه: آزاده پارساپور