معرفی ربات اطلس بوستون داینامیکس (Boston Dynamics Atlas)

ربات اطلس بوستون داینامیکس (به انگلیسی Boston Dynamics Atlas) در سال 2013 توسط Boston Dynamics، یک شرکت واقع در ماساچوست آمریکا راه اندازی و توسعه داده شد، اما فناوری آن سال به سال به روز می شود و امروزه به عنوان یک پلتفرم تحقیقاتی عمل می کند. در این مقاله از رئال ربات با کاربردها و ساختار این ربات انسان نما کاملاً آشنا می‌شوید.

Atlas یکی از پیشرفته‌ترین ربات‌ های انسان‌ نما در جهان محسوب می‌شود که با قابلیت‌های حرکتی خیره‌کننده و هوش مصنوعی سطح بالا، مرزهای فناوری رباتیک را جابجا کرده است. این ربات که نخستین بار در سال ۲۰۱۳ معرفی شد، نتیجه سال‌ها تحقیق و توسعه در زمینه تعادل دینامیکی، پردازش حسگرهای پیچیده و الگوریتم‌های کنترل پیشرفته است. اطلس نه تنها می‌تواند بر روی سطوح ناهموار راه برود، بلکه قادر به انجام حرکات آکروباتیک، پریدن، چرخش و حتی بلند کردن و جابجایی اجسام سنگین است.

هدف اصلی از ساخت این ربات، ایجاد یک پلتفرم همه‌جانبه برای انجام مأموریت‌های پیچیده در محیط‌های غیرقابل پیش‌بینی است. از کاربردهای بالقوه آن می‌توان به امداد و نجات در مناطق بحران‌زده، عملیات‌های نظامی، ساخت‌وساز و حتی کمک به افراد معلول اشاره کرد. با پیشرفت‌های اخیر در یادگیری ماشینی و بینایی کامپیوتری، ربات اطلس به‌عنوان نمادی از همگرایی فناوری‌های مکانیکی و نرم‌افزاری، آینده رباتیک را شکل می‌دهد.

تاریخچه و توسعه ربات اطلس

ربات Atlas، ساخته‌ی شرکت Boston Dynamics، یکی از پیشرفته‌ترین ربات‌های انسان‌نما در جهان است که با هدف انجام وظایف پیچیده در محیط‌های دشوار طراحی شده است. توسعه این ربات از سال ۲۰۱۳ آغاز شد و در طول سال‌ها، با بهره‌گیری از فناوری‌های نوین، تحولات چشمگیری داشته است. ربات اطلس بوستون داینامیکس به‌عنوان نمادی از پیشرفت در رباتیک انسان‌نما شناخته می‌شود و توانایی‌های آن همواره مرزهای علم رباتیک را جابه‌جا کرده است. بررسی نسخه‌های اولیه و پیشرفت‌های کلیدی:

۲۰۱۳ (نسخه اولیه)

اولین مدل Atlas در سال ۲۰۱۳ معرفی شد. این نسخه ابتدایی به یک کابل خارجی برای تأمین برق و پشتیبانی هیدرولیک متکی بود. سیستم حرکتی آن مبتنی بر هیدرولیک بود و اگرچه می‌توانست روی دو پا راه برود، اما تعادل و تحرک آن محدود بود. این ربات بیشتر به‌عنوان یک نمونه اولیه برای آزمایش مفاهیم پایه‌ای رباتیک انسان‌ نما مورد استفاده قرار گرفت.

۲۰۱۶ (به‌روزرسانی اصلی)

در سال ۲۰۱۶، Boston Dynamics یک به‌روزرسانی اساسی برای اطلس ارائه داد. این نسخه جدید به‌صورت مستقل و بدون نیاز به کابل خارجی کار می‌کرد و از سیستم هیدرولیک پیشرفته‌تری بهره می‌برد. این مدل قادر بود در محیط‌های چالش‌برانگیز مانند برف و زمین‌های ناهموار حرکت کند و تعادل خود را حتی در صورت هل داده شدن حفظ نماید. این ارتقا، گامی بزرگ در جهت کاربردی‌تر شدن انواع ربات‌ انسان‌ نما بود.

۲۰۲۰ (پیشرفت در تحرک)

سال ۲۰۲۰ شاهد جهشی قابل‌توجه در توانایی‌های حرکتی Atlas بود. این ربات اکنون می‌توانست حرکات پویا مانند پشتک زدن، پریدن از موانع و حتی رقصیدن را انجام دهد. این پیشرفت‌ها به‌لحاظ نرم‌افزاری و سخت‌افزاری امکان‌پذیر شدند و نشان‌دهنده‌ی سطح بالای کنترل دینامیکی و هماهنگی حرکتی در ربات بودند.

۲۰۲۳ (نسخه الکتریکی)

در سال ۲۰۲۳، Atlas یک تحول اساسی دیگر را تجربه کرد: جایگزینی سیستم هیدرولیک با محرک‌های الکتریکی. این تغییر منجر به افزایش کارایی، کاهش نویز و بهبود پاسخگویی حرکتی شد. نسخه الکتریکی سبک‌تر و چابک‌تر بود و امکان انجام حرکات پیچیده‌تر با مصرف انرژی بهینه‌تر را فراهم کرد. این به‌روزرسانی، ربات بوستون داینامیکس را به یکی از پیشرفته‌ترین ربات‌ های انسان‌ نمای دنیا تبدیل کرد.

با هر نسخه، ربات اطلس توانسته است مرزهای رباتیک انسان‌ نما را گسترش دهد و آینده‌ی فناوری ربات‌های مستقل را روشن‌تر کند.

ساختار ربات اطلس

این ربات برای کار در فضای باز و داخل ساختمان طراحی شده است، اما ساختار آن دارای مشخصات زیادی است که به ربات اجازه می دهد رقص، جهش و طناب زنی را انجام دهد. برای دویدن با سرعت 1.5 متر بر ثانیه، 1.5 متر ارتفاع و وزن 75 کیلوگرم آزمایش شد. Atlas دارای یک تعادل پویا کل بدن و قطعات پرینت سه بعدی برای صرفه جویی در وزن و فضا است که در نتیجه یک ربات جمع و جور با نسبت استحکام به وزن بالا و فضای کاری بزرگ است.

اطلس قادر است موانع را حس کند و در زمین های ناهموار به صورت مستقل یا از طریق عملیات دور با استفاده از حسگرهای ناوبری مذاکره کند. برای این هدف، اطلس مجموعه‌ای از دوربین‌های استریو دارد که درک عمق چشمی را امکان‌پذیر می‌کند و یک فناوری حسگر به نام LIDAR که فاصله را با روشن کردن یک هدف با لیزر و تجزیه و تحلیل نور منعکس شده اندازه‌گیری می‌کند. در میان سایر حسگرها، اطلس توانایی دستکاری اشیا در محیط خود و سفر در زمین های ناهموار را دارد. برای اجازه دادن به انتقال داده ها و دستورات حسگر بین ربات و اپراتور، از آنتن های بی سیم استفاده می کند. وزن محموله آن 11 کیلوگرم است.

اندام‌های آن همگی توسط محرک‌های هیدرولیک ، 6 عدد برای هر پا، 6 عدد برای هر بازو، 3 عدد برای مفاصل پشت و 1 عدد برای گام گردن تامین می‌شوند. اطلس تعادل خود را به دلیل درجات آزادی (DOF) دسته کم دست و پا حفظ می کند. مچ دست ها همه کاره هستند تا امکان اتصال دست ها یا ابزارهای مختلف را فراهم کنند و درجه آزادی بیشتری برای چرخش مچ برای انجام وظایف دارند. روی سر خود یک قفس محافظ دارد که از سنسورهای شکننده در برابر آسیب سقوط محافظت می کند.

این ربات با یک باتری داخلی تعبیه شده است که ربات را با ولتاژ 480 ولت در مدت زمان محدود تغذیه می کند. این دستگاه دارای یک e-stop بی‌سیم است که به اپراتور اجازه می‌دهد تا با فشردن یک دکمه، ربات را با خیال راحت کار کند.

نرم افزار ربات اطلس بوستون داینامیکس

اطلس نیاز به رفتار سریع، حرکت پویا و ارتباطات بین ادراک و کنترل دارد که به ربات اجازه می دهد در پرواز خود را تطبیق دهد، که تنها با داشتن دو رایانه در امتداد آن امکان پذیر است. همانطور که اشاره کردیم اطلس دارای یک لینک ارتباطی بی سیم است که به ربات اجازه می دهد تا داده های حسگر را برای اپراتور ارسال کند و اپراتور زمانی که سیگنال قوی باشد دستورات را برای ربات ارسال می کند. اپراتور در واحد کنترل مسئول کنترل مسائل ناشی از حسگرهای ربات و دستورات آن است. این دستورات از یک کامپیوتر آنبورد ارسال می شوند که عملکردهای اساسی مانند کنترل موتور و سنسورها را اجرا می کند.

برای توسعه رباتی که بتواند از کل فضای کاری خود استفاده کند، ربات باید ایستگاه کنترل آنبرد را به دو مرحله تقسیم کند: یک کنترل کننده سطح بالا که دستورات کنترل سطح بالا را منتشر می کند و دیگری به نام ایستگاه کنترل سطح پایین که مسئول ایجاد دستورات اتصالات است، این یکی باید سینماتیک و دینامیک کل بدن را در نظر بگیرد.

این ربات بوستون داینامیکس با استفاده از چیزی که سینماتیک معکوس نامیده می‌شود حرکت می‌کند، که به مدل‌های سینماتیکی نیاز دارد تا اطلس را با حرکات سازگار و استحکام در برابر اغتشاشات بیرونی ارائه دهد. این در نرم افزار با ردیابی موقعیت مفصل سفت اتفاق می‌افتد.

نقش بوستون داینامیکس در پیشرفت رباتیک

بوستون داینامیکس، زیرمجموعه هلدینگ هیوندای موتور، همواره در خط مقدم نوآوری‌های رباتیک قرار داشته است. این شرکت با ترکیب مهندسی مکانیک، هوش مصنوعی و علوم رایانه، ربات‌هایی ساخته است که نه‌تنها در محیط‌های صنعتی، بلکه در شرایط واقعی نیز عملکردی فوق‌العاده دارند.

بوستون داینامیکس (Boston Dynamics) به عنوان یکی از پیشگامان و تأثیرگذارترین شرکت‌های جهان در حوزه رباتیک شناخته می‌شود که با توسعه ربات‌های فوق‌پیشرفته و تحول‌آفرین، مرزهای فناوری را جابجا کرده است. این شرکت با معرفی ربات‌هایی مانند اسپات (Spot)، اطلس (Atlas) و استرچ (Stretch)، توانسته است قابلیت‌های بی‌سابقه‌ای در تعادل پویا، حرکت در محیط‌های پیچیده، و انجام وظایف سنگین و تکراری ارائه دهد.

ربات‌های انسان نمای بوستون داینامیکس با بهره‌گیری از الگوریتم‌های پیشرفته هوش مصنوعی، بینایی ماشین، و سیستم‌های کنترل دینامیکی، نه‌تنها در محیط‌های صنعتی و نظامی، بلکه در حوزه‌های لجستیک، ساخت‌وساز، و حتی امداد و نجات نیز کاربردهای گسترده‌ای پیدا کرده‌اند. به‌ویژه، ربات اطلس با توانایی انجام حرکات آکروباتیک و انعطاف‌پذیری نزدیک به انسان، و ربات اسپات با قابلیت نظارت و جمع‌آوری داده در محیط‌های دشوار، نشان‌دهنده جهشی بزرگ در مهندسی رباتیک هستند. نوآوری‌های این شرکت نه‌تنها الهام‌بخش پژوهشگران و مهندسان سراسر جهان بوده، بلکه مسیر جدیدی برای ادغام ربات‌ها در زندگی روزمره و صنایع گوناگون گشوده است.

با ادامه روند پیشرفت‌های فناورانه، بوستون داینامیکس همچنان در خط مقدم تحولات رباتیک قرار دارد و آینده‌ای را ترسیم می‌کند که در آن همکاری انسان و ربات به سطحی بی‌سابقه ارتقا خواهد یافت.

فناوری‌های به‌کاررفته در ربات اطلس

ربات اطلس بوستون داینامیکس (Atlas Robot) از ترکیبی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های رباتیک، هوش مصنوعی و مهندسی مکانیک بهره می‌برد تا به سطح بی‌سابقه‌ای از تحرک، تعادل پویا و انعطاف‌پذیری دست یابد. این ربات مجهز به سیستم‌های کنترل پیشرفته است که از الگوریتم‌های بهینه‌سازی حرکت و فیدبک سنسورهای لحظه‌ای برای حفظ تعادل حتی در شرایط دینامیکی مانند دویدن، پرش و حرکات آکروباتیک استفاده می‌کند.

سنسورهای LiDAR، استریو ویژن و IMU به اطلس اجازه می‌دهند تا محیط اطراف خود را با دقت بالا درک کرده، موانع را شناسایی کند و مسیر بهینه را برای حرکت انتخاب نماید. ساختار مکانیکی آن شامل مفاصل هیدرولیک و الکتریکی با درجات آزادی بالا است که شبیه به مفاصل انسان عمل می‌کنند و امکان انجام حرکات پیچیده مانند چرخش‌های سریع، حمل اجسام و حتی اجرای حرکات پارکور را فراهم می‌سازند.

علاوه بر این، یادگیری ماشین و برنامه‌ریزی حرکتی به اطلس کمک می‌کند تا از طریق شبیه‌سازی‌های گسترده، رفتارهای جدید را بیاموزد و خود را با شرایط غیرمنتظره تطبیق دهد. این ربات همچنین از منبع تغذیه سبک‌وزن و قدرتمند بهره می‌برد که انرژی لازم برای عملکردهای پویا را تأمین می‌کند. با ترکیب این فناوری‌ها، اطلس نه‌تنها به عنوان یک شاهکار مهندسی، بلکه به عنوان نمادی از آینده رباتیک انسان‌ نما شناخته می‌شود که پتانسیل دگرگونی در حوزه‌هایی مانند امداد و نجات، عملیات‌های خطرناک و تعامل انسان و ربات را دارد.

سیستم حرکتی و تعادل دینامیکی

• الگوریتم‌های کنترل پیشرفته: استفاده از مدل‌های فیزیکی برای پیش‌بینی و تنظیم حرکات در لحظه.
• حسگرهای LiDAR و استریو ویژن: امکان نقشه‌برداری سه‌بعدی از محیط برای ناوبری خودکار.
• بازوها با درجه آزادی بالا: تقلید از انعطاف‌پذیری حرکات انسان.

هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی

• شبکه‌های عصبی عمیق: بهبود تصمیم‌گیری در موقعیت‌های پیچیده.
• یادگیری تقویتی: آموزش حرکات از طریق شبیه‌سازی‌های مجازی.

کاربردهای ربات بوستون داینامیکس

عجیب است که فکر کنیم اطلس از باز کردن درها و دریچه ها به رقصیدن و پارکور روی آورده است. اما این به این دلیل است که در حالی که آنها در حال ساخت رباتی هستند که می تواند برقصد، در حال ساختن پایه ای برای آینده رباتیک نیز هستند. به عبارت دیگر، آنها درک قوی از نحوه کنترل طیف گسترده ای از دستورات پویا ایجاد می کنند، اما مهمتر از آن، فضایی را برای ساختن یک سیستم نرم افزاری توسعه پذیر باز کرد که تا زمانی که اطلس به اهداف و وظایف بیشتری دست یابد، دائماً در حال توسعه است.

به همین دلیل است که آن را یک پلت فرم تحقیقاتی می نامند و نه یک محصول تجاری، بنابراین توسعه دهنده تیم تا زمانی که Atlas نتواند با محیط اطراف خود با چابکی در سطح انسانی تعامل داشته باشد متوقف نخواهد شد و در آنجا برنامه های کاربردی بی حد و حصر خواهد بود.

ربات Atlas با توجه به قابلیت‌های پیشرفته‌اش در حرکت، تعادل و انجام وظایف پیچیده، در حوزه‌های مختلفی کاربرد دارد. این ربات انسان‌نما می‌تواند در شرایطی که برای انسان‌ها خطرناک یا غیرممکن است، فعالیت کند و نقش مهمی در بهبود ایمنی و کارایی ایفا نماید.

عملیات امداد و نجات

یکی از مهم‌ترین کاربردهای Atlas، کمک در عملیات امداد و نجات پس از بلایای طبیعی یا حوادث بزرگ است. این ربات می‌تواند:

• در ساختمان‌های تخریب‌شده حرکت کند و با استفاده از سنسورهای پیشرفته، بازماندگان را شناسایی نماید.
• تجهیزات پزشکی و اقلام ضروری را به مناطق صعب‌العبور حمل کند، جایی که نیروهای انسانی یا خودروهای معمولی قادر به دسترسی نیستند.

این توانایی‌ها باعث می‌شود Atlas به یک ابزار حیاتی در نجات جان انسان‌ها تبدیل شود.

صنعت و ساخت‌وساز

در محیط‌های صنعتی و پروژه‌های ساخت‌وساز، Atlas می‌تواند وظایف خطرناک یا طاقت‌فرسا را انجام دهد، از جمله:

• جابجایی مواد سنگین یا کار در ارتفاع بدون نیاز به داربست‌های انسانی.
• همکاری با ربات‌ها و ماشین‌آلات دیگر برای افزایش سرعت و دقت عملیات.

با استفاده از این ربات، خطرات جانی برای کارگران کاهش یافته و بهره‌وری پروژه‌ها افزایش می‌یابد.

محیط‌های نظامی

Atlas همچنین می‌تواند در مأموریت‌های نظامی به کار گرفته شود، از جمله:

• گشت‌زنی در مناطق جنگی و شناسایی تهدیدها بدون به خطر افتادن جان سربازان.
• انتقال مهمات و تجهیزات به خط مقدم با قابلیت حرکت در زمین‌های ناهموار و شرایط دشوار.

این کاربردها باعث می‌شود نیروهای نظامی با ریسک کمتری عملیات‌های خود را انجام دهند. به‌طور کلی، ربات اطلس با انعطاف‌پذیری و قابلیت‌های منحصربه‌فردش، تحولی در حوزه‌های نجات، صنعت و دفاع ایجاد کرده است.

چالش‌ها و محدودیت‌های ربات اطلس بوستون داینامیکس

هزینه بالا و پیچیدگی نگهداری

ساخت و نگهداری ربات بوستون داینامیکس به‌دلیل فناوری پیشرفته و قطعات پیچیده، هزینه‌های بسیار بالایی دارد. این ربات‌ها به تعمیرات منظم، نرم‌افزارهای به‌روز و تخصص فنی نیاز دارند که باعث می‌شود استفاده از آن‌ها برای بسیاری از سازمان‌ها و شرکت‌ها مقرون‌به‌صرفه نباشد.

مسائل اخلاقی و امنیتی

یکی از نگرانی‌های اصلی درباره ربات اطلس ، امکان استفاده نظامی از آن است. برخی کارشناسان هشدار می‌دهند که به‌کارگیری ربات‌های انسان‌نما در جنگ‌ها می‌تواند پیامدهای اخلاقی جدی داشته باشد و قوانین بین‌المللی را زیر سؤال ببرد.

خطرات احتمالی مرتبط با هوش مصنوعی خودمختار

با افزایش سطح خودمختاری ربات‌هایی مانند اطلس، نگرانی‌هایی درباره کنترل‌پذیری آن‌ها وجود دارد. اگر سیستم‌ های هوش مصنوعی این ربات‌ها به‌درستی طراحی نشوند، ممکن است رفتارهای غیرقابل‌پیش‌بینی از خود نشان دهند که خطراتی برای انسان‌ها و محیط اطراف ایجاد کند.

جمع‌بندی

ربات اطلس بوستون داینامیکس بی شک یکی از بزرگ‌ترین دستاوردهای مهندسی رباتیک در قرن بیست‌ویکم است. این ربات با ترکیب فناوری‌های پیشرفته در حرکات پویا، پردازش حسگرها و هوش مصنوعی، توانسته است به‌عنوان یک نمونه عملی از همگرایی علوم مختلف مطرح شود.درحالی‌که چالش‌هایی مانند هزینه بالا و ملاحظات اخلاقی هنوز وجود دارند، پتانسیل ربات اطلس برای دگرگونی صنایع مختلف غیرقابل‌انکار است. آینده این ربات و نسل‌های بعدی آن می‌تواند تحولی اساسی در نحوه تعامل انسان‌ها با ماشین‌ها ایجاد کند و راه را برای حضور گسترده‌تر ربات‌ها در زندگی روزمره هموار سازد. سایر محصولات بوستون داینامیکس شرکت توسعه دهنده ربات انسان نما آمریکا،  شامل ربات‌های BigDog- Cheetah  LittleDog، PETMAN، LS3، Spot ،Handle ،Stretch و Pick می‌باشد.

با ادامه پیشرفت‌های تکنولوژیکی، ممکن است شاهد باشیم که ربات‌هایی مانند اطلس نه‌تنها به کمک‌کنندگان انسان‌ها تبدیل شوند، بلکه به شرکایی ضروری در مواجهه با چالش‌های جهانی مانند بلایای طبیعی و بحران‌های انسانی مبدل گردند.