روبوت، أمسك بي إذا استطعت

تتفوق الروبوتات على الحيوانات في الميزات المتعلقة بالجري، لكن البشر يركضون بشكل أسرع. حاولت مراجعة جديدة العثور على تفسير لذلك

من تل سوكولوف، الموقع الإلكتروني لمعهد ديفيدسون، الذراع التعليمي لمعهد وايزمان للعلوم

هناك روبوتات ميكانيكية تتفوق على الحيوانات في كل المقاييس اللازمة للجري تقريبًا. ومع ذلك، لا تزال الحيوانات تترك الغبار للروبوتات في مسابقات الجري، حتى للروبوتات المصممة خصيصًا لهذا الغرض. نظرة عامة واسعة من الروبوتات المصممة لغرض الجري في دقيقة واحدة، كيف أن الروبوتات التي تتفوق على الحيوانات في عدد من المؤشرات الحيوية، تخسر مع ذلك بفارق كبير في منافسة الجري.

يجب على العداء الناجح أن يقطع المسافة المطلوبة بشكل مستقل. ويجب أن تكون رشيقة ومرنة بدرجة كافية للتنقل على الأسطح المحيطة بها، وأن تحافظ على خفة الحركة والمرونة حتى عندما تكون هناك تغييرات في حالتها أو الظروف البيئية. منذ حوالي عقد من الزمان، تم التحكم في الروبوتات المصممة خصيصًا لتشغيل مسافات طويلة أكثر من 130 كيلومترًا بمساعدة البطارية الموجودة لديهملكنهم تحركوا بسرعة حوالي ثلاثة كيلومترات في الساعة فقط وحوّلوا الطاقة بكفاءة أقل بكثير من البشر. بالإضافة إلى ذلك، تم قياس هذه العروض فقط في قاعات المنافسة المغلقة وعلى الأسطح الملساء، دون أي عائق في الطريق. 

للرشاقة والمرونة عدة مقاييس، مثل سرعة الجري وارتفاع القفز وسرعة الدوران والقلب. الروبوتات المصممة للركض بسرعة تقترب لمتوسط ​​سرعة الجري للإنسان، لكنها تظل بعيدة عن الأرقام القياسية للسرعة في عالم الحيوان. ومع ازدياد تعقيد الظروف الميدانية، تزداد فجوة السرعة بين الروبوتات والحيوانات. بالإضافة إلى ذلك، فإن البشر والحيوانات يقفزون ويدورون ويتفاعلون مع التغييرات بشكل أكثر كفاءة من الروبوتات.

عالم الحيوان أقوى بكثير من الروبوتات. يمكن للحيوانات والبشر الاستمرار في التحرك عند الإصابة وعلى طريق وعر، لكن الروبوتات أكثر حساسية للعيوب في بنيتها أو الاضطرابات على طول الطريق. ويختتم مؤلفو المراجعة بالقول إن عالم الحيوان مبني بشكل أفضل بكثير للجري.

كاسي، روبوت في هيكل الجزء السفلي من جسم النعامة، يركض في ميدان سباق سلس وحر. لقد حطمت الأرقام القياسية للروبوتات لكنها بعيدة كل البعد عن الأرقام القياسية في عالم الحيوان.

هناك قطع غيار

إذا قمت بتقسيم عملية التشغيل إلى مكوناتها، فيبدو أن عالم الهندسة يتمتع بميزة على كل المستويات تقريبًا. يقوم مصدر الطاقة الأمثل للتشغيل بتخزين الكثير من الطاقة ونقلها إلى بقية النظام بطريقة فعالة. من المسلم به أن الآليات البيولوجية يمكنها تخزين المزيد من الطاقة بالنسبة لوزن الوقود مقارنة بالآليات الهندسية بسبب آليات أكثر كفاءة لتوليد الطاقةلكن البطاريات تنقل الطاقة بشكل أسرع من النظام البيولوجي. كما يمكن تجديد البطاريات وخزانات الوقود وتعبئتها بشكل أسرع من الأنظمة البيولوجية. يدعي المؤلفون أن عملية إمداد الطاقة في الأنظمة الهندسية يمكن أن تتجاوز العملية المقابلة في الأنظمة البشرية.

لكي يكون الهيكل مناسبًا للجري، يجب أن يكون خفيفًا ومتينًا في نفس الوقت. ألياف الكربون وتلك التي تستخدم في الهندسة تتميز بالمرونة والقدرة على تحمل الانحناءات الكبيرة، وتحمل الجهود الكبيرة قبل ظهور الكسور فيها، وتكون أساسًا لهيكل عظمي يكون أكثر متانة من الهيكل العظمي البيولوجي. هذه المقاييس صالحة حتى حدوث ضرر كبير، لأنه على عكس الجسم الحي، لا يمكن لألياف الكربون التعافي من ضرر كبير.

يمكن لآلية الدفع للمحركات الميكانيكية أن تتفوق على العضلات الحية. استخدام المحركات الكهربائية في عزم الدوران السلطة من أجل تدوير عمود المحرك وخلق الحركة. عزم الدوران هو القوة التي يتم تطبيقها على مسافة من مركز العظم وتؤدي إلى دورانه، على سبيل المثال القوة المطبقة على ذراع مفتاح الربط لربط المسمار بحركة دورانية. المحركات الكهربائية قادرة على إنتاج عزم دوران أكبر في وقت قصير، وهو أمر مفيد للتغيرات الحادة في الاتجاه أثناء التشغيل. وينتج المحرك أيضًا طاقة أكبر نسبة إلى وزنه، مقارنة بالطاقة التي ينتجها النظام البيولوجي.

أنظمة الامتصاص والاستشعار مسؤولة عن نقل المعلومات من البيئة والجسم إلى وحدات التحكم التي تتخذ القرارات حسب الحاجة. تتمتع أنظمة الاستقبال والاستشعار الميكانيكية بحساسية ونطاق استقبال مماثل لتلك الموجودة في الأنظمة البيولوجية، إلا أن الأنظمة البيولوجية تدمج المدخلات المختلفة بشكل أفضل. يصدر نظام التحكم أوامر للإجراءات التي من شأنها تمكين الحركة. يمكن لأنظمة التحكم الإلكترونية نقل المزيد من المعلومات في وقت أقصر من الخلايا العصبية، كما يمكنها أيضًا تقصير وقت التأخير الذي يمر بين الأمر والإجراء.

ولد للتشغيل

في كل من الأنظمة الفرعية التي يتكون منها العداء، تقترب قدرات الأنظمة الهندسية والميكانيكية من قدرات عالم الحيوان بل وتتفوق عليها في بعض الحالات. ويؤكد المؤلفون أن الفجوة الكبيرة بين الروبوتات الجارية والحيوانات لا توجد في أي جزء على حدة. إذا قمنا بتجميع أفضل المكونات للروبوت المثالي، فإنه لن يتمكن من تحقيق الحيوان، لأن التحدي في إنشاء الروبوت الكامل أكثر تعقيدًا من ربط الأجزاء المنفصلة. 

ولكل جزء من الأجزاء بمفرده قدرة مماثلة لقدرة عالم الحيوان، لكن الجمع بينها يشمل التباديل والوزن، وفي هذا يتفوق عالم الحيوان أكثر من عالم الآلات. إن الآليات الميكانيكية، التي تتميز كل منها بوظيفتها الخاصة، تأتي على حساب بعضها البعض عندما يتم دمجها، وتضر بالقدرات المستقلة لكل منها على حدة. ينجح المهندسون في بناء روبوتات مخصصة تتفوق على البشر في مهام محددة، لكن تبين أن الجري مهمة معقدة بشكل خاص، وتتطلب مزيجًا من القدرات المتنوعة والوصول إلى التوازن بينها.

وراء عالم الحيوان توجد ملايين السنين من التطور الذي من شأنه تحسين عمليات الحياة وتحسينها. تم تصميم عالم الحيوان لأداء مجموعة متنوعة من الإجراءات المعقدة إلى جانب الجري، ومع ذلك، حتى الروبوتات المصممة خصيصًا للجري، والتي ليس لها مهمة أخرى سوى الجري، تظل متخلفة في هذا المجال - في الوقت الحالي. 

• إلى المقال على موقع معهد ديفيدسون
• إلى الموقع الإلكتروني لمعهد ديفيدسون لتعليم العلوم، الذراع التعليمي لمعهد وايزمان للعلوم