مسئله‌های سخت در روبات‌های نرم

ماشین‌‌ها نحوهٔ تفکر ما دربارهٔ داده‌ها را تغییر داده‌اند. آیا آنها دید ما دربارهٔ مادّه را نیز تغییر خواهند داد؟
نوشتهٔ راکس میدلتون، لیام شاو، و جول هلیول، از روزنامهٔ مورنینگ استار

روبات‌ها بخشی از زندگی روزمرّهٔ ما شده‌اند. آنها زندگی ما را اداره می‌کنند، کارهای ما را انجام می‌دهند، دوست برای ما پیدا می‌کنند، ما را تشویق می‌کنند که چه چیزی گوش دهیم، چگونه وقت و پول خود را خرج کنیم، به ما آموزش می‌دهند، و ما را به افراد دیگر پیوند می‌دهند.
تلفن شما نوعی روبات است، صندوقی که شما در فروشگاه به آن پول پرداخت می‌کنید روبات است، ماشین سخن‌گوی هوشمند شما روبات است، کامپیوتر شما روبات است، لوازم الکترونیکی شما روبات هستند، استفاده از اینترنت خودش یعنی استفاده از روبات‌ها برای استفاده از روبات‌های دیگر.
“روبات” نامیدن همهٔ این فنّاوری‌ها شاید ساده‌سازی غیرلازمی باشد. در زمان انقلاب صنعتی که نخستین دستگاه‌های خودکار و ماشین‌های بُخار در کارخانه‌ها شروع به ‌حرکت کردند آینده‌ای که از ماشین‌آلات تصوّر می‌شد چنین نبود. یا آنچه در داستان‌های مصوّر و فیلم‌های علمی-تخیلی از روبات‌ها نشان داده می‌شد، این‌گونه نبود. ولی واقعیت همین است که داریم.
“ماشین سخن‌گوی هوشمند” شاید جدیدترین و آشناترین روبات باشد. این دستگاه برای تعامل دوستانه و پاسخ‌گویی به طیف گسترده‌ای از درخواست‌های روزانهٔ ما، از طریق گفتار، طراحی شده است. موفقیت باورنکردنی هوش روباتیک به علّت دسترسی به ذخیرهٔ گسترده‌ای از داده‌ها، فنّاوری‌ها، و نظارت و تجسّس در عصر اینترنت، دوباره و به شکلی متفاوت متصوّر شده و تحقق یافته است.
خزانه‌های داده و الگوریتم‌های انطباق‌پذیر (سازوار) که پیش از این قابل تصوّر نبود، فنّاوری‌های ارتباط فوری از راه دور و ذخیره‌سازی قابل‌بازنویسی داده‌ها موجب شده‌ است که هوش روباتیک به صورتی درآید که پیش از این هرگز تصوّرش را نمی‌کردیم. به هر روی، اینترنت جامعه را متحوّل کرده است.
نکتهٔ توجه‌برانگیز در مورد همهٔ روبات‌های پیچیده‌ای که اکنون دائماً در کنار آنها زندگی می‌کنیم این است که برخلاف روبات‌هایی که پیش از این و در گذشته تصوّر می‌کردیم، همهٔ این روبات‌های پیچیده به جعبه‌هایی از لحاظ فیزیکی خنثیٰ و ساکن تقلیل یافته‌اند. روبات‌های ما اکثراً بدنی ندارند و ما آنها را به صورت مغزهایی مصنوعی در درون جعبه می‌پذیریم.
به‌عبارت دیگر، برخلاف انقلاب اطلاعات که درک ما از هوش روباتیک را تغییر داد، امروزه هیچ تغییر بنیادی متناظر با آن در نحوهٔ تصوّر ما از جسم بخشیدن به روبات‌ها رخ نداده است. در مواردی که سعی شده است ماشین‌ها جایگزین کارگران شوند، روبات‌های کارگر شبیه به همان وسایل نقلیهٔ دستی، خطوط تولید، ابزارها و خیش‌‌هایی‌اند که جایگزین آنها شده‌اند.
مهندسی کردن بدن [روبات‌ها] واقعاً مشکل است. یکی از سخت‌ترین مسئله‌ها، اِعمال فشار دقیق و به‌اندازه [در روبات‌ها] به‌منظور گرفتن و نگه داشتن اجسام است. اگرچه ما انسان‌ها [در کار با دستانمان] نیاز نداریم به این موضوع فکر کنیم، ولی طراحی دستی روباتیک که بتواند لامپ، توت فرنگی، آچار، یا نوزادی را بگیرد، به‌راستی دشوار است.
گرفتن و کار کردن با هر یک از اینها مسئلهٔ حساس مهارت و ظرافت در “گرفتن” را پیش می‌آورد. تصوّر کنید سعی در طراحی یک دستِ روباتیک دارید که باید بتواند همهٔ نمونه‌هایی را که ذکر شد بگیرد. روشی که مهندسان روباتیک برای حل این مسئله به کار می‌برند، استفاده از مدارهای بازخوردی حسگرها و فعالگرها (عملگر، قطعات متحرک) برای وارسی و تنظیم دائمی فشار مناسب بر روی هر جسمِ مورد نظر، و کنترل حرکت دستِ روباتیک است. به نظر می‌رسد که این تشبیه خوبی با استفادهٔ ما از دستانمان باشد، زیرا ما نیز از عصب‌هایمان برای حس کردن و تنظیم استفاده از عضله‌هایمان استفاده می‌کنیم. (به همین ترتیب، آسیب عصبی می‌تواند موجب ناتوانی در استفادهٔ ما انسان‌ها از دستانمان شود.)
بنابراین، پیشرفت مهندسی مستلزم تسریع در چرخه یا حلقهٔ حس و بازخورد است تا اطمینان حاصل شود که گیره‌ها به آنچه در دست دارند واکنش مناسبی نشان دهند. امّا رویکرد دیگری نیز وجود دارد که طرفداران آن امیدوارند بتواند نظر ما را دربارهٔ روبات‌ها کاملاً تغییر دهد. این رویکرد، قلمرو روباتیک نرم است.
روباتیک نرم طیف عظیمی از ایده‌های گوناگون را پوشش می‌دهد که همگی مربوط می‌شود به جایگزین کردن چرخ‌دنده‌ها و اهرم‌ها با مواد نرمی که خودشان حرکت می‌کنند. برای تصوّر روباتیک نرم به لاستیک فکر کنید. لاستیک دارای خواص الکتریکی ویژه‌ای است و هنگام وصل شدن به ولتاژ برق، می‌تواند بسیار منبسط شود (و برعکس، به‌منظور تولید ولتاژ می‌توان آن را تحت کشش گذاشت).
خواص لاستیک، مانند سِفتی و مقاومت، در طیف‌های وسیعی تغییرپذیر است. این مادّه، انتخاب اصلی برای روباتیک نرم است، زیرا لایه‌بندی کردن لاستیک‌هایی با ویژگی‌های انبساطی متفاوت، روش مستقیمی است برای ابداع انواع قطعات متحرک با شکل‌هایی پیچیده، مانند بلندگوها و گیره‌ها. این حرکت‌ها را خیلی ساده می‌توان به‌وسیلهٔ تنظیم و تغییر ولتاژ تولید کرد و به همین دلیل به‌سادگی می‌توان از لاستیک در مدارهای الکتریکی موجود استفاده کرد. برای مثال، پژوهش‌هایی کاربردی در مورد چگونگی ساخت اسکلتِ بیرونی نگهدارندهٔ بدن، با کاربرد این لاستیک‌های الکتریکی شده در لباس افرادی که برای ایستادن به کمک نیاز دارند، انجام شده است. متأسفانه، این فنّاوری‌ها هنوز فاصلهٔ زیادی با کاربرد گسترده دارند. یک چالش واقعی این است که ولتاژهای مورد نیاز برای ایجاد تغییرهای معجزه‌آسا در لاستیک، بسیار بالا است. ولتاژ اگر کاملاً عایق‌بندی شود، صدمه‌ای وارد نمی‌کند، ولی بر اثر هر صدمه‌ای به عایق، آنگاه جریان برق ناشی از ولتاژ اعمال شده به‌راحتی می‌تواند شما را بکُشد. پژوهش در مورد موادی که ممکن است بتوانند این خواص فوق‌العادهٔ مواد لاستیک‌مانند را در ولتاژهای پایین ایجاد کنند، ادامه دارد. یکی دیگر از مشخصه‌های احتمالی روبات‌های نرم در شکل مواد ژلی و اسفنجی است که حاوی مایعات یونی هستند. مایعات یونی حاوی اتم‌های بارداری هستند که بر اثر اتصال ولتاژ در درون مایع حرکت می‌کنند، همان‌طور که الکترون‌ها در سیم برق حرکت می‌کنند.
با فرو بردن مادّهٔ جامد اسفنجی پُرمنفذ (متخلخل) در مایع یونی، بار می‌تواند از آن بگذرد و بنابراین می‌تواند بار الکتریکی را از طریق این جسم انتقال دهد. این جریان نیز مستقیماً با شکل‌ها و فشارهایی که جسم در معرض آنها قرار می‌گیرد، برهم‌کنش پیدا می‌کند. گرچه به نظر غیرمعمول می‌آید، ولی استفاده از مایعات باردار برای انتقال سیگنال‌ها، همان پدیده‌ای است که موجب انتقال سیگنال الکتریکی بین سلول‌های بیولوژیکی می‌شود.
با تغییر دادن نحوهٔ حمل بار الکتریکی، می‌توان مدارهای الکتریکی مصنوعی نوینی طراحی کرد. می‌توان اسفنج‌ها و ژل‌های جدیدی حاوی مایعات ساخت که تحت محرّک‌های الکتروشیمیایی، فرم‌شان را تغییر می‌دهند، و به این ترتیب مواد نیمه‌جامدی ساخت که دارای فرم متغیر هستند.
در نهایت، حرکت روباتیک نرم می‌تواند کلاً بدون نیاز به مدارهای الکتریکی انجام شود. در این عرصه، پژوهشگران روباتیک نرم به دنبال یافتن موادی‌اند که به‌طور مستقیم به محیط خود واکنش نشان می‌دهند و بنابراین دیگر به حسگرها و چرخه‌های بازخورد نیازی نخواهد بود.
دانشمندان در حال تحقیق بر روی ساختن موادی‌اند که به نور، گرما، مواد شیمیایی یا لمس شدن واکنش نشان می‌دهند و حرکت می‌کنند، یا منبسط و سخت می‌شوند. برخی از اینها، مواد دارای حافظهٔ شکلی‌اند که از قبل به شکل خاصی طراحی و ساخته شده‌اند و پس از تغییر شکل به هر علَت [مثلاً تصادف]، دوباره می‌توان آنها را به نوعی تحریک کرد و به‌شکل قبلی‌شان باز گرداند.
مواد دیگری هستند که از مولکول‌هایی ساخته شده‌اند که به سیگنال‌های انرژی واکنش نشان می‌دهند. یا مثل صفحهٔ خورشیدی که بدون موتور و قطعات متحرک، خودبه‌خود به‌سمت خورشید می‌چرخد. مواد دیگری نیز هستند که با کمک ساختار خرد یا کلان خود، با استفاده از شکل‌های پیچیدهٔ هندسی، تغییرهای انفعالی (پاسیو) مادّه را به حرکت تبدیل می‌کنند. برای مثال، دستکشی را در نظر بگیرید که وقتی آن را در دست می‌گیرید، متقابلاً دست شما را بگیرد. با شناخت موادی که بالقوه دارای حس و قابلیت تغییر شکل‌اند، به عصر جدیدی از روباتیک وارد می‌شویم.
این مواد هنوز در مرحلهٔ آزمایشگاهی‌اند و تا تبدیل شدن آنها به ماشین‌های مفید هنوز راه درازی مانده است، ولی در این روند، نحوهٔ تفکر ما دربارهٔ روبات‌ها و حتی خود مادَه نیز تغییر خواهد کرد.
_______________________
انقلاب صنعتی (Industrial revolution) یا انقلاب صنعتی اوّل، که دگرگونی‌هایی بنیادین در صنعت، کشاورزی، تولید، و ترابری در سال‌های ۱۷۶۰ تا سال ۱۸۴۰ در انگلستان و سپس اروپا و آمریکا پدید آورد.

به نقل از «نامۀ مردم»، شمارۀ ۱۱۲۰، ۱۵ دی ماه ۱۳۹۹