ساخت ربات انسان‌نما با گوشی‌های قدیمی

پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس ربات انسان‌نمای جدیدی به نام PhoneBot ساخته‌اند که از گوشی‌های اندرویدی قدیمی به‌ عنوان مغز خود استفاده می‌کند.

به گزارش سرویس رباتیک تک‌ناک، این ربات دوپا با هزینه تقریبی ۴۰۰ دلار ساخته می‌شود و قابلیت راه‌ رفتن، دنبال کردن افراد و حفظ تعادل را دارد.

پژوهشگران آزمایشگاه رباتیک و مکانیزم‌ها (RoMeLa) در دانشگاه UCLA با توسعه PhoneBot نشان داده‌اند که گوشی‌های هوشمند قدیمی می‌توانند جایگزین بخش مهمی از تجهیزات پردازشی و حسگرهای گران‌قیمت ربات‌ها شوند. این پروژه با هدف کاهش هزینه ساخت ربات‌های انسان‌نما و افزایش دسترسی پژوهشگران و علاقه‌مندان به فناوری رباتیک توسعه یافته است.

پژوهشگران جزئیات این پروژه را در مقاله‌ای منتشرشده در پایگاه علمی arXiv ارائه کرده‌اند. برخلاف بسیاری از ربات‌های انسان‌نمای کوچک که به کامپیوترهای مستقل، حسگرهای متعدد و سیم‌کشی پیچیده نیاز دارند، PhoneBot بخش عمده این قابلیت‌ها را از یک گوشی هوشمند دریافت می‌کند.

دوربین گوشی نقش چشم‌های ربات را ایفا می‌کند و پردازنده آن مسئول اجرای شبکه عصبی کنترل حرکت است. همچنین حسگرهای حرکتی گوشی اطلاعات لازم را برای حفظ تعادل فراهم می‌کنند. نمایشگر لمسی نیز وضعیت عملکرد و ابزارهای کنترلی ربات را نشان می‌دهد.

بیشتر بخوانید: سگ رباتیک کره‌ای با یک بار شارژ، ماراتن ۴۲ کیلومتری را به پایان رساند

مشخصات فنی و ساختار ربات انسان‌نمای PhoneBot

ربات PhoneBot ارتفاعی معادل ۴۸٫۳ سانتی‌متر و وزنی حدود ۱٫۸ کیلوگرم دارد. این وزن شامل گوشی هوشمند و باتری نیز می‌شود. پژوهشگران برای حرکت ربات از ۱۳ موتور سروو ارزان‌قیمت استفاده کرده‌اند که امکان کنترل مفاصل و اجرای حرکت‌های مختلف را فراهم می‌کنند.

هر پای ربات به شش موتور مجهز شده است و موتور سیزدهم وظیفه چرخاندن تنه را برعهده دارد. این ساختار به ربات اجازه می‌دهد دوربین گوشی را برای دنبال کردن افراد بچرخاند، بدون اینکه مجبور باشد تمام بدن خود را تغییر جهت دهد.

یکی از ویژگی‌های مهم PhoneBot، استفاده از گوشی هوشمند به‌ عنوان مرکز پردازش اطلاعات است. واحد اندازه‌گیری اینرسی یا IMU گوشی، تغییرات زاویه و حرکت دستگاه را تشخیص می‌دهد و اطلاعات مورد نیاز برای حفظ تعادل را فراهم می‌کند.

پردازنده گوشی نیز شبکه عصبی کنترل مفاصل را اجرا می‌کند. به این ترتیب، بخش مهمی از محاسبات حرکتی بدون نیاز به کامپیوتر پردازشی مستقل انجام می‌شود.

ارتباط گوشی با بدنه ربات به‌ صورت بی‌سیم برقرار می‌شود. گوشی فرمان‌های حرکتی را از طریق Wi-Fi به یک کامپیوتر کوچک داخلی ارسال می‌کند و این کامپیوتر دستورها را به موتورها انتقال می‌دهد.

پژوهشگران معتقد هستند حذف اتصال سیمی مستقیم، تعویض گوشی و استفاده از مدل‌های مختلف اندرویدی را آسان‌تر می‌کند.

آموزش راه رفتن ربات با یادگیری تقویتی

پژوهشگران برای آموزش حرکت به ربات انسان‌نمای PhoneBot از فناوری یادگیری تقویتی استفاده کرده‌اند. این روش به ربات اجازه می‌دهد از طریق آزمون‌وخطا و دریافت امتیاز، الگوهای حرکتی مناسب را یاد بگیرد.

آموزش اولیه در یک محیط شبیه‌سازی‌شده انجام شده است. ربات برای حفظ سرعت، برداشتن قدم‌های متناوب و ایستادن بدون سقوط، امتیاز مثبت دریافت می‌کرد. در مقابل، حرکت‌های نامناسب مانند کشیدن پاها روی زمین باعث کاهش امتیاز می‌شد.

محیط شبیه‌سازی، محدودیت‌های واقعی سخت‌افزار را نیز در نظر می‌گرفت. پژوهشگران قدرت و سرعت محدود موتورها، همچنین لقی چرخ‌دنده‌ها را در مدل آموزشی لحاظ کردند. این اقدام باعث شد ربات حرکت‌هایی را یاد بگیرد که اجرای آنها با تجهیزات واقعی امکان‌پذیر باشد.

پس از پایان آموزش، پژوهشگران مدل حرکتی را روی ربات واقعی آزمایش کردند. PhoneBot توانست بدون کمک خارجی راه برود و تعادل خود را حفظ کند.

همچنین این ربات موفق شد با استفاده از دوربین گوشی، حرکت یک فرد را دنبال کند. قابلیت دیگر آن، برخاستن از وضعیت خوابیده روی شکم بود. این آزمایش‌ها نشان دادند که شبکه عصبی اجراشده روی گوشی می‌تواند وظایف اصلی کنترل حرکت را انجام دهد.

البته قابلیت مکالمه PhoneBot هنوز کاملا مستقل نیست. سیستم تشخیص گفتار و مدل زبانی روی لپ‌تاپی نزدیک به ربات اجرا می‌شوند و ارتباط آنها با گوشی از طریق Wi-Fi برقرار می‌شود.

در مقابل، پردازش تصاویر و کنترل راه رفتن مستقیما روی گوشی هوشمند انجام می‌شود.

بیشتر بخوانید:  فناوری جدید چینی‌ها برای تولید برق از کف پای ربات‌ها

آزمایش با گوشی‌های اندرویدی ارزان‌قیمت

پژوهشگران برای بررسی عملکرد ربات انسان‌نمای PhoneBot، چهار گوشی اندرویدی مختلف را آزمایش کردند. یکی از این دستگاه‌ها Honor 9 محصول سال ۲۰۱۷ بود و سه گوشی دیگر از میان مدل‌های اعتباری ارزان‌قیمت انتخاب شدند.

قیمت گوشی‌های اعتباری استفاده‌شده در این آزمایش‌ها بین ۵۰ تا ۸۰ دلار بود. هدف پژوهشگران بررسی این موضوع بود که آیا سخت‌افزار گوشی‌های قدیمی و اقتصادی توانایی اجرای قابلیت‌های اصلی ربات را دارد یا خیر.

نتایج آزمایش‌ها نشان داد که هر چهار گوشی می‌توانند وظایف اصلی PhoneBot را انجام دهند. این وظایف شامل تشخیص حرکت، کنترل راه رفتن، پردازش تصاویر روی دستگاه و تعامل با محیط بودند.

با وجود این‌، پژوهشگران در اجرای برخی قابلیت‌ها با محدودیت مواجه شدند. سیستم نقشه‌برداری و مکان‌یابی هم‌زمان مبتنی بر دوربین یا SLAM روی گوشی Honor 9 اجرا نشد.

اعضای گروه پژوهشی این مشکل را به دردسترس‌ نبودن خدمات گوگل برای دستگاه مذکور در ایالات متحده نسبت دادند.

البته پژوهشگران تأکید کرده‌اند که نتایج آزمایش‌ها به معنای سازگاری PhoneBot با تمام گوشی‌های اندرویدی نیست. بنابراین، عملکرد نهایی ربات می‌تواند به مشخصات سخت‌افزاری و امکانات نرم‌افزاری گوشی مورد استفاده بستگی داشته باشد.

هزینه ساخت ۴۰۰ دلاری ربات انسان‌نمای PhoneBot

یکی از مهم‌ترین مزیت‌های PhoneBot، هزینه پایین ساخت آن است. پژوهشگران هزینه سخت‌افزار این ربات را حدود ۴۰۰ دلار برآورد کرده‌اند. البته این مبلغ شامل هزینه خرید گوشی هوشمند نمی‌شود.

در مقاله پژوهشی، قیمت برخی ربات‌های انسان‌نمای کوچک دیگر بین ۳۵۰۰ تا ۱۳۸۰۰ دلار اعلام شده است. هرچند، این ربات‌ها قابلیت‌های متفاوتی دارند و مقایسه مستقیم آنها با PhoneBot کاملا دقیق نیست.

استفاده از گوشی‌های قدیمی و موتورهای ارزان‌قیمت می‌تواند هزینه ورود به حوزه رباتیک دوپا را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

ربات PhoneBot در وضعیت فعلی محدودیت‌هایی نیز دارد. این ربات هنوز بازو ندارد و آموزش راه رفتن آن تنها برای سطوح صاف انجام شده است. موتورهای کوچک نیز ظرفیت حمل بار و دامنه حرکت‌های قابل اجرا را محدود می‌کنند.

پژوهشگران قصد دارند در مراحل بعدی، حرکت روی زمین‌های ناهموار و افزودن بازوهای سبک را بررسی کنند.

برنامه دیگر آنها استفاده از مدل‌های زبانی برای تبدیل دستورهای صوتی و اطلاعات تصویری به حرکت‌های فیزیکی است. همچنین اجرای مستقیم مدل‌های زبانی مناسب روی گوشی می‌تواند وابستگی ربات را به لپ‌تاپ خارجی کاهش دهد.

سخت‌افزار و نرم‌افزار PhoneBot به‌ صورت متن‌باز ارائه شده‌اند تا پژوهشگران، دانشجویان و علاقه‌مندان بتوانند این پلتفرم را توسعه دهند.

پژوهشگران، PhoneBot را محصولی آماده برای استفاده خانگی معرفی نکرده‌اند. این ربات فعلا یک پلتفرم آموزشی و پژوهشی است که امکان آزمایش فناوری‌های رباتیک را با بودجه محدود فراهم می‌کند.

هرچند، این پروژه نشان می‌دهد که گوشی‌های هوشمند قدیمی همچنان ظرفیت اجرای سیستم‌های بینایی ماشین، پردازش هوش مصنوعی و کنترل حرکت را دارند و می‌توانند در توسعه نسل جدید ربات‌های ارزان‌قیمت نقش مهمی ایفا کنند.

بیشتر بخوانید: سنگاپور ربات‌های انسان‌نما را به مأموریت‌های پرخطر می‌ فرستد