ما هو علم الروبوتات في الذكاء الاصطناعي وما أهم التقنيات المستخدمة فيه؟ 

من منا لا يتمنى أن يكون له روبوت يساعده في مهام مختلفة, ولكن هل تعرف الى أي مجال تنتمي الروبوتات؟ 

تندرج الروبوتات تحت علم خاص يسمى علم الروبوتات Robotics واذا كنت تعتقد أن هذا العلم يعد من العلوم الحديثة فأنت مخطئ, مفهوم الروبوتات قديم جدا ويعود للقرن العشرين ولكن لم يكن بالشكل الموجود حاليا بل كان في شكل أدوات وآلات بسيطة.

كان من بين أبرز الأشخاص الذين استحضروا فكرة الروبوتات, أرسطو حيث طرح أفكارا حول الأدوات التلقائية أو الآلية في بعض من أعماله, وأيضا هنري فورد صاحب فكرة سلسلة التجميع في صناعة السيارات, قاد تقدما هائلا في الإنتاج الآلي, بالإضافة الى ليوناردو دا فينشي حيث قام بتصميم فارس ميكانيكي في أحد أعماله. 

هذا يشير إلى رؤيته المبكرة للأجهزة الميكانيكية الآلية وغيرهم من الأشخاص ممن ساهموا بظهور هذا العلم مثل إيزاك أسيموف, الكاتب الأمريكي الذي قام بدور بارز في تشكيل مفهوم علم الروبوتات من خلال إسهاماته في الأدب العلمي, حيث قدم مفهوم "قوانين الروبوت" و كتب سلسلة من الروايات والقصص التي اكتشفت مواضيع تفاعل الإنسان مع الآلة وتقدم التكنولوجيا. [1]

كانت الروبوتات الصناعية أول أشكال الروبوتات آنذاك, حيث تميزت بقدرتها على تقليد حركات الإنسان ولكن بسرعة ودقة الآلة على الرغم من أنها لم تكن تمتلك شكل الإنسان. سنعرض في هذا المقال مفهوم علم الروبوتات وأبرز التكنولوجيا المستخدمة فيه, بالإضافة الى أبرز تطبيقاته. 

ما المقصود بعلم الروبوتات؟

 ينفصل علم الروبوتات عن علم الذكاء الاصطناعي فهو يدمج بين علمي الهندسة والحاسوب, مثل الهندسة الكهربائية والميكانيكية, وتبرز الحاجة الى هذا النوع من الهندسات لأن هذا العلم يشمل تصميم وتصنيع الروبوت الذي يمكن اعتباره بنية ميكانيكية ومكونات كهربائية, التي يجب برمجتها باستخدام لغات البرمجة و من ثم تشغيلها.[2]

الهدف من علم الروبوتات هو تصنيع وتطوير آلات ذكية قادرة على التفاعل مع الإنسان والاستجابة لأوامره, بالإضافة الى تمكينها من القيام بوظائف مشابهة للإنسان, واستغلالها لمساعدة البشر بطرق شتى وخصوصا في المهام التي يرتفع فيها مستوى الخطورة على الإنسان مثل البحث عن ناجين في أنقاض غير مستقرة، واستكشاف الفضاء، والمناجم، وحطام السفن. قد تحل الروبوتات محل البشر في الوظائف المملة أو المكررة كالتنظيف ونقل الأشياء وغيرها, ليتسنى لهم التركيز على أمور أكثر إبداعا.

ما هو الروبوت ؟ 

الروبوت هو آلة ذاتية التحكم مبرمجة على أوامر معينة, قادرة على استشعار البيئة من حولها ثم تقوم بجمع البيانات باستخدام المستشعرات, ثم تقوم بتحليل ومعالجة البيانات بطريقة منطقية ورياضية لاتخاذ قرارات تتعلق بسلوكها في البيئة المحيطة به. [3]

لكن ما الذي يجعل الآلة روبوتا؟ هل يمكننا إطلاق اسم روبوت على أي آلة, لنتمكن من تصنيف آلة على أنها روبوت يجب أن تقوم بثلاثة أمور رئيسية: الاستشعار Sense , والحساب Compute , والفعل Act

يمكن اعتبار هذه الأمور موضع الاختلاف بين الروبوتات, فمثلا تختلف الروبوتات عن بعضها بأجهزة الاستشعار تبعا للمهمة الموكلة إليها فقد يستخدم بعضها أجهزة بسيطة مثل جهاز السونار لاكتشاف العوائق وبعضها الآخر قد يحتوي على أجهزة أكثر تعقيدا. 

وكذلك فيما يتعلق بالجزء المسؤول عن الحساب, إما أن يكون بسيطا يتكون من دائرة إلكترونية صغيرة, أو معالج متعدد النوى قوي أو حتى مجموعة من الحواسيب المتصلة بالشبكة.

أما عن الاختلاف الأكبر بين الروبوتات فيكون في الجزء المسؤول عن حركة الروبوت أو الفعل وهو ما يفسر اختلاف أشكالها وأحجامها, فمثلا بعضها يستطيع التحرك في المكان مثل روبوتات التنقل حيث تكون مسؤولة عن نقل الأشياء, والبعض الآخر يمكنه التلاعب بالأشياء فقط دون أن يكون له خاصية التنقل في المكان مثل روبوت ذراع صناعي في خط الإنتاج, وغيرها من الأنواع. 

ما دور الذكاء الاصطناعي في علم الروبوتات؟

الروبوت وحده يبدو اختراعا ذكيا, ولكن ماذا لو أدخل إليه الذكاء الاصطناعي؟ بالفعل هذا ما حصل إذ لم يكتفي العلماء بتصنيع الروبوتات فحسب, بل أدخلو إليها خوارزميات وأدوات الذكاء الاصطناعي المختلفة و أطلق عليها اسم AI-Powered Robots, والهدف من ذلك هو زيادة قدرة الروبوتات على التعلم وتحسين قدرتها على اتخاذ القرارات في الوقت الحقيقي, والعكس صحيح فالروبوتات أيضا لها دور تطوير الذكاء الاصطناعي من خلال توفير بيانات وحالات واقعية يمكن الاستفادة منها في تدريب خوارزميات التعلم الآلي, أو من خلال استخدامها كمنصات اختبار لتقنيات الذكاء الاصطناعي الجديدة وهذا يساعد في تقديم تحديات وفرص لتطوير وتحسين الأنظمة الذكية. [4]

إن الزيادة في الإنتاجية والكفاءة في العمل هي إحدى الأسباب الرئيسية لإدخال الذكاء الاصطناعي في الروبوتات, فبدلا من جعل العمالة البشرية تقوم بالمهام المتكررة والمنهكة جسديا تم استغلال الروبوتات للقيام بهذه المهام, ليتيح للعاملين من البشر من التركيز على مهام ذات مستوى أعلى وأقل تعبا من الناحية الجسدية مثل البحث عن وسائل لتحسين العمليات، وحل مشاكل نظام الروبوتات المتحركة، أو تطوير أفكار جديدة.

كما أن لروبوتات الذكاء الاصطناعي دور فعال في تحسين جودة ودقة العمل, مثلا في مجال الصناعة تكون قادرة على فحص جودة المنتجات أثناء الإنتاج وعدم تأجيلها الى نهاية العملية وهذا من شأنه أن يقلل التكاليف للشركة المصنعة ويوفر الوقت. 

تطبيقات الذكاء الاصطناعي في الروبوتات 

تطبيق الذكاء الاصطناعي في الروبوت أدى الى ظهور أشكال مختلفة من الروبوتات, منها: [5]

• الروبوتات ذاتية الحركة Autonomous Mobile Robots, AMRs: وهي روبوتات مزودة بأحدث الكاميرات ثلاثية الأبعاد وأجهزة الاستشعار مثل LiDAR التي تمكنها من تحليل البيانات التي التقطتها من بيئتها من ثم الاستجابة لها بأفضل الإجراءات للحصول على النتيجة الأفضل, تستخدم هذه الروبوتات بشكل شائع في المصانع بحيث تكون قادرة على نقل البضائع والتنقل داخل المصنع حول العمال البشريين, وذلك بسبب تقنية التنعيم-التي تمكنها من التلاعب بالأشياء بواسطة أجسامها- مع تفاديها للتصادمات من خلال تحديدها للمسار الأفضل لإكمال المهمة.

• الروبوتات المفصلية Articulated Robots, Robotic Arms: تمكن تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي الروبوتات المفصلية - وهي الروبوتات التي تتكون من أذرع مفصلية يمكنها الحركة بطرق مختلفة - من أداء المهام بفعالية أكبر وبدقة أعلى, من خلال استخلاص المعلومات من أجهزة الرؤية مثل الكاميرات ثنائية وثلاثية الأبعاد ثم استخدام هذه المعلومات لتحليل وتقسيم المشاهد المحيطة، وكذلك لاكتشاف وتصنيف الكائنات المختلفة.

• الروبوتات التعاونية Collaborative Robots: وهي روبوتات تم تصميمها للتعاون بشكل آمن مع البشر في نفس بيئة العمل, و تهدف إلى تسهيل التفاعل بين الإنسان والآلة، حيث يمكنها الاستجابة للحركات والأوامر البشرية بشكل آمن دون الحاجة إلى تدريب معقد أو مساعدة من العامل.

ما هي تقنيات الذكاء الاصطناعي المستخدمة في علم الروبوتات؟

لا يعتمد علم الروبوتات على تكنولوجيا واحدة, بل هو عبارة عن خليط من التقنيات المختلفة, منها: [6]

• الرؤية الحاسوبية Computer Vision: تمكن الرؤية الحاسوبية الروبوتات من رؤية الأشياء من حولها واستخلاص المعلومات منها, هي ذاتها التقنية التي تمكن المركبات ذاتية القيادة من تحديد الأجسام أمامها لتقوم بالاستجابة المناسبة.

• معالجة اللغة الطبيعية Natural Language Processing : نحتاج الى إصدار أوامر صوتية الى الروبوت, أليس كذلك؟ لذلك كان من المهم جدا تضمين تقنية معالجة اللغة الطبيعية في الروبوتات ليمكنها من فهم لغة الإنسان وتفسيرها وتحليل الجمل والتعرف على الكلمات والمفردات، ومن ثم فهم النية والمعنى وردود الفعل المتوقعة, هذا يتيح فرصة للتفاعل الفعال والقوي بين الروبوت والإنسان ويجعلها أكثر ذكاء في فهم وتنفيذ المهام التي تمنحها إياها البشر.

• حوسبة الحافة Edge Computing : تعد حوسبة الحافة التكنولوجيا السائدة حاليا, حيث تشمل نقل عمليات معالجة البيانات إلى مصدر البيانات، مما يعزز سرعة الاستجابة, وهي عبارة عن خدمة تقنية تهدف إلى دعم وتحسين عملية تطوير واستخدام الروبوتات بهدف تحسين إدارة البيانات، وتقليل تكاليف الاتصال، وتحسين ممارسات الأمان، وضمان اتصال موثوق وغير متوقف. [7]

• معالجة الأحداث المعقدة Complex Event Processing: يعرف الحدث على أنه تغير في الحالة, أما الحدث المعقد فهو دمج حدث واحد أو أكثر, ويقصد بمعالجة الأحداث المعقدة أي القدرة على فهم ومعالجة هذه الأحداث أو حتى التنبؤ بحدوثها من خلال تجميع البيانات من مصادر متعددة في الوقت الحقيقي واستخدامها لاستنتاج أو التنبؤ بحدث معين بشكل آلي وفعال, مثلا, إذا كانت هناك مجموعة من الحساسات في سيارة تقوم بإرسال بيانات بشكل متزامن، فإن تقنية معالجة الأحداث المعقدة قد تستخدم هذه البيانات لتحليلها وفهم حالة السيارة و إذا اكتشفت تغييرا مهما في هذه الحالة -مثل نشوب حادث- يمكن أن تستخدم التقنية هذه المعلومات لاستنتاج الحدث المعقد وهو في هذا المثال نشوب الحادث.

• نقل المعرفة والذكاء الاصطناعي Transfer learning and AI: هي تقنية حيث تستخدم المعرفة المكتسبة من حل مشكلة سابقة وتطبيقها لحل مشكلة جديدة ذات صلة, أي حل مشكلة بمساعدة مشكلة, حيث يتم استخدام نموذج مدرب مسبقا على مشكلة مشابهة وتدرب طبقات النموذج الجديدة فقط، مما يجعلها أقل تكلفة وأقل استهلاكا للوقت بشكل نسبي, مثلا, إذا كان لدينا نموذج مدرب مسبقا للتعرف على الكلاب، يمكننا استخدام هذا النموذج لتحديد القطط أيضا دون الحاجة إلى تدريب النموذج من البداية. أما في مجال الروبوتات يمكن استخدام نقل المعرفة لتدريب روبوتات أخرى, على سبيل المثال، يمكن لروبوت واحد أن يشارك خبرته في تعلم مهمة ما مع روبوت آخر، وبالتالي يتم نقل المعرفة من روبوت إلى روبوت, هذا يتيح للروبوتات تحسين أدائها وتعلم مهام جديدة دون الحاجة إلى إعادة تدريب شامل مما يوفر وقتا وجهدا.

• التعلم المعزز Reinforcement learning: يحسن التعلم المعزز من قدرة الروبوتات على اتخاذ القرارات والوصول الى أفضل الحلول من خلال تفاعلها مع البيئة والحصول إما على مكافأة في حال اختيار القرار الأفضل, أو عقاب في حالة القرار الخاطئ, كما يوفر التعلم المعزز للروبوتات إطارا لتصميم ومحاكاة سلوكيات معقدة وصعبة التصميم.

هناك تقنيات أخرى مستخدمة في علم الروبوتات, منها: 

• الواقع المختلط Mixed Reality 
• شبكات الخصومة التوليدية GANs
• الحوسبة العاطفية Affective Computing 

معتقدات شائعة عن الروبوتات

هنا بعض المعتقدات الشائعة حول الروبوتات:

1. استيلاء الروبوتات على وظائف الإنسان

   بعض الأشخاص يعتقدون أن الروبوتات ستحل محل العديد من وظائف الإنسان، مما قد يؤدي إلى فقدان الوظائف وتأثير سلبي على سوق العمل.

2. تهديد الروبوتات للبشرية

   تشكك بعض التصورات في أن الروبوتات قد تتحول في المستقبل إلى تهديد للبشرية، خاصة إذا كانت مزودة بذكاء اصطناعي قوي.

3. الروبوتات تمتلك وعيا

   هناك اعتقاد بأن الروبوتات قادرة على الوعي وفهم العواطف بشكل مماثل للإنسان، وهو مفهوم قد يكون مبالغا فيه.

4. الروبوتات تتسبب في فقدان السيطرة

   يثير بعض الأفراد قلقا بشأن إمكانية فقدان السيطرة على الروبوتات، خاصة إذا تجاوزت قدراتها البرمجية المتوقعة.

5. الروبوتات لا تحتاج إلى إشراف بشري

   يظن البعض أن الروبوتات يمكن أن تعمل بشكل كامل ذاتي دون الحاجة إلى إشراف بشري، مما قد يثير قلقا حول السلامة والأمان.

6. كل الروبوتات تشبه الإنسان

   هناك اعتقاد خاطئ في أن كل الروبوتات تأتي بشكل بشري, بينما الواقع يشمل أشكالا وأحجاما وتصاميم متنوعة.

7. الروبوتات لا ترتكب الخطأ

   يمكن أن يعتقد البعض أن الروبوتات لا ترتكب أخطاء، ولكن في الواقع، هناك دائما احتمالية الأخطاء والفشل في الأداء.

تطبيقات عملية على علم الروبوتات 

مع زيادة تطور علم الروبوتات, صارت تستخدم تقريبا في جميع المجالات, من هذه الاستخدامات: [8]

• استكشاف الفضاء

قد تكون بعض المهام التي تتعلق بالفضاء خطرة على البشر مثل جمع عينات التربة على سطح المريخ أو إصلاح مركبة فضائية أثناء وجودها في الفضاء العميق, وفي حالات كهذه تظهر الروبوتات كخيار آمن، حيث لا يتعرض الإنسان لخطر فقدان حياته, تعتمد وكالات الفضاء، مثل ناسا، بشكل متكرر على الروبوتات والمركبات ذاتية الحركة لأداء المهام التي يعجز البشر عن تنفيذها, مثلا, يعد مسبار المريخ روفر هو روبوت ذاتي القيادة يتجول على سطح المريخ ويأخذ صورا لتشكيلات الصخور الفضائية، ليقوم بإرسالها إلى علماء ناسا على الأرض لتحليلها ودراستها

• الترفيه

يمكن استخدامها خلف الكواليس في الأفلام والمسلسلات لأداء مهام مثل إدارة الكاميرا وتوفير التأثيرات الخاصة, كما يمكن استخدامها في المهام المملة والتكرارية التي لا تتناسب مع البشر في صناعة السينما كصناعة إبداعية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للروبوتات أداء أعمال بهلوانية خطيرة في الأفلام الحركية، وتستخدم أيضا في المتنزهات مثل عالم ديزني لتعزيز تجربة الزوار بالإضافة إلى تحسين الجو السحري للمكان.

• الرعاية الصحية 

تستخدم الروبوتات لتحسين دقة العمليات الجراحية، وتوفير أطراف صناعية، وتقديم علاج للمرضى، مما يفتح أفقا واسعا للتقدم, فمثلا الروبوت دا فينشي يقدم دعما للجراحين في إجراء عمليات معقدة في مناطق حساسة, ليس هذا وحسب فقد تم تطوير أجهزة روبوتية مثل الهياكل الخارجية القابلة للارتداء لتوفير دعم إضافي لأولئك الذين يخضعون لعمليات تأهيل بعد إصابات في العمود الفقري أو السكتات الدماغية، مما يعزز التقدم في مجال الرعاية الصحية.

• تحضير الطعام 

هناك روبوتات قادرة على الطهي وإعداد وجبات كاملة, حيث يمكنها اتباع المئات من الوصفات، فيما يقوم البشر باختيار الوصفة وتوفير المكونات, شركة Moley Robotics هي إحدى هذه الشركات التي قامت بتطوير مطبخ آلي يمكن للروبوت فيه إعداد الطعام بمهارة، مما يوفر حلا لأولئك الذين لا يمتلكون مهارات الطهي.

• أنظمة الحماية والأمان

تتيح الروبوتات إمكانية كحراس أمان، حيث يمكنها توفير حماية للبشر بدون تعريض نفسها للخطر كما يحدث مع حراس الأمان البشر, إذ تعمل بعض شركات الروبوتات حاليا على دمج الروبوتات الحارسة مع مستشاري الأمان البشريين، مثل شركة Knightscope في الولايات المتحدة، التي تمتلك روبوتات أمان ذاتية الحركة يمكنها مساعدة حراس الأمان البشر في مكافحة الجريمة بما في ذلك السرقات المسلحة والسرقات والعنف والاحتيال وحوادث الدهس.

• استكشاف الحياة البحرية 

تعتبر الروبوتات خيارا ممتازا لاستكشاف الأماكن التي يصعب على البشر الوصول إليها، مثل أعماق المحيط حيث الضغط الكبير للمياه يمنع وصول الإنسان والغواصات إلى عمق محدد, لذلك صممت روبوتات خاصة تتيح استكشاف الأماكن البحرية العميقة بشكل آمن، حيث يمكنها جمع البيانات والصور حول الحياة البحرية بفضل التحكم عن بعد.

وغيرها من التطبيقات في مجالات هامة مثل مجال الصناعة والزراعة وخدمة العملاء. 

الخاتمة

في الختام، يتضح أن علم الروبوتات يشكل مجالا متعدد التخصصات يجمع بين الهندسة والحاسوب، مما يجعله تكنولوجيا حيوية في تطوير الآلات الذكية. يسهم الذكاء الاصطناعي بشكل كبير في تحسين قدرات الروبوتات، حيث يجمع بين التعلم الآلي وتحليل اللغة الطبيعية وحوسبة الحافة ومعالجة الأحداث المعقدة. تطبيقات هذا التقنيات تعزز الإنتاجية والفعالية في العمل، وتقوم بتحمل المهام المتكررة، مما يمكن البشر من التركيز على مهام أكثر إبداعا. كما تبرز أهمية الروبوتات في المجالات الخطرة مثل الاستكشاف الفضائي والإنقاذ في ظروف غير مستقرة. 

في النهاية، يعكس هذا التقاطع بين الروبوتات والذكاء الاصطناعي تطورا مثيرا يعد بمستقبل مبهر لتكنولوجيا الآلات الذكية.

المصادر 

1. History of Robots and Robotics | Origins of Robots.
2. Robotics and Artificial Intelligence - Javatpoint
3. What Is a Robot? - ROBOTS: Your Guide to the World of Robotics
4. Uses and applications of Artificial Intelligence in robotics -
5. Learn How Artificial Intelligence (AI) Is Changing Robotics.
6. Learn How Artificial Intelligence (AI) Is Changing Robotics.
7. What is Edge Computing?
8. Top 10 Applications of Robotics in 2020 - GeeksforGeeks