ساخت گردن رباتیک با الهام از زیست‌شناسی انسانی

01

از 04

Animatronics: هنر جان‌بخشی به ماشین‌ها

Animatronics، رشته‌ای هیجان‌انگیز است که هنر پویانمایی و علم الکترونیک را در هم می‌آمیزد. هدف آن، خلق فیگورهای رباتیک است که به شکل باورنکردنی، رفتارهای موجودات زنده را تقلید می‌کنند. کاگلی با بیش از ۱۳۷ هزار مشترک در کانال یوتیوب خود، در این زمینه تخصص ویژه‌ای دارد و همواره با پروژه‌های خلاقانه خود، مرزهای این رشته را جابه‌جا می‌کند.

طراحی این گردن رباتیک، نتیجه مطالعه دقیق آناتومی گردن انسان و الهام‌گیری از پلتفرم استوارت (Stewart platform) است. پلتفرم استوارت، ساختاری شش‌محوره است که برای ایجاد حرکت‌های دقیق و کنترل‌شده در فضا مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این طرح، شش محرک خطی مینیاتوری به دقت جانمایی شده‌اند تا سر رباتیک را به شانه‌ها متصل کنند. این آرایش منحصربه‌فرد، امکان ایجاد حرکات بسیار روان، طبیعی و واقع‌گرایانه را برای سر ربات فراهم می‌کند، که در پروژه‌های پیشین کاگلی نیز مشهود بود.

02

از 04

پروژه‌های پیشین

او پیش‌تر مجموعه‌ای از اجزای انیماترونیکی جذاب، از جمله چشم‌های واقع‌گرایانه تا قلبی چاپ‌شده با فناوری سه‌بعدی ساخته است.

این چشم‌ها به‌ طرز جالبی می‌توانند در هر جهتی بچرخند و هر چشم می‌تواند به‌ طور مستقل پلک بزند. این ویژگی امکان برنامه‌ریزی حرکات متنوع و واقع‌گرایانه چشم را در انیماترونیک فراهم می‌کند. این خالق در سال ۲۰۲۴ در یوتیوب یک سر رباتیکی انیماترونیکی را معرفی کرد، که به‌ طور کامل با چاپ سه‌بعدی ساخته شده و دارای پوستی از جنس سیلیکون واقع‌گرایانه است.

این اثر، دقت مهندسی را با ذوق هنری ترکیب می‌کند و پیشرفت‌های چشمگیری در حوزه انیماترونیک، چاپ سه‌بعدی و طراحی متن‌باز را به نمایش می‌گذارد. برای توان‌بخشی به حرکات چهره آن، ۱۴ سروو موتور استفاده شده‌اند، که به سر اجازه می‌دهد حرکات گوناگون صورت را اجرا کند. این حرکات شامل بالا بردن ابرو، هم‌زمان‌سازی حرکات لب با گفتار و حتی حرکت دقیق زبان می‌شوند، که همگی به حس واقع‌گرایی خیره‌کننده آن کمک می‌کنند.

03

از 04

چالش‌ها و راه‌حل‌های گردن رباتیک

برنامه‌نویسی گردن رباتیک توسط کاگلی در پایتون (Python) و با پیاده‌سازی الگوریتم‌های سینماتیک معکوس (Inverse Kinematics) انجام شده است. این رویکرد پیشرفته به او امکان می‌دهد که تنها با وارد کردن یک موقعیت دلخواه برای سر، برنامه به طور خودکار حرکات لازم را برای هر محرک خطی محاسبه کند تا به آن ژست خاص دست یابد.

مدیریت محرک‌های خطی توسط یک کامپیوتر شخصی و از طریق بردهای مدار سفارشی‌سازی‌شده‌ کاگلی انجام می‌شود. یک برد مسئول توزیع برق است و ولتاژهای مختلفی را برای نیازهای متفاوت موتورهای گردن و صورت تأمین می‌کند. برد دیگر نیز برای کنترل داده موتور طراحی شده است، که قابلیت انطباق‌پذیری با ولتاژهای مختلف را ارائه می‌دهد.

کاگلی در طول این پروژه با یک چالش مهم روبه‌رو شد: اولویت دادن به ظاهر انسانی بر هندسه ایدئال پلتفرم استوارت، باعث حرکات نامنظم و ناهموار در گردن رباتیک شد. او برای حل این مشکل، راه‌حلی خلاقانه ارائه داد: استفاده از یک ستون فقرات مصنوعی انعطاف‌پذیر که دقیقاً از طراحی ستون فقرات انسان الگوبرداری شده بود. او مهره‌های سفت را با استفاده از پرینت سه‌بعدی ساخت و آنها را با دیسک‌های انعطاف‌پذیر متصل کرد. پس از آزمایش و خطای فراوان و اصلاحات نهایی، این ساختار توانست پشتیبانی پایدار و در عین حال انعطاف‌پذیری لازم را برای حرکات طبیعی گردن ربات فراهم کند.

04

از 04

آینده روشن ربات‌های انسان‌نما با گردن رباتیک

پروژه گردن رباتیک کاگلی، گامی بزرگ به سوی ساخت ربات‌های انسان‌نما با قابلیت‌های حرکتی و بیانی بسیار واقع‌گرایانه است. این پیشرفت‌ها می‌توانند کاربردهای گسترده‌ای در زمینه‌های مختلف، از جمله رباتیک خدماتی، سرگرمی و حتی پزشکی داشته باشند. مجله Interesting Engineering پیش از این نیز برخی از ساخته‌های خلاقانه کاگلی را پوشش داده بود، از جمله دستکشی (Gauntlet) که «مانند امواج حرکت می‌کند» و شامل یک موتور و سخت‌افزار پرینت‌شده سه‌بعدی است. این دستکش، که فلس‌های آن به دلیل اتصال مغناطیسی به مکانیسم زیرین به نرمی باز و بسته می‌شوند، نمونه دیگری از نبوغ مهندسی کاگلی است.

آیا این نوآوری‌ها ما را به آستانه خلق ربات‌هایی می‌رساند که نه تنها از نظر ظاهری، بلکه از نظر حرکتی و بیانی، تفاوت ناچیزی با انسان‌ها دارند؟ زمان، پاسخ این سوال را به ما خواهد داد.