الوسم: روبوت

تكمن قدرة الروبوتات على الحركة وأداء المهام في المحركات الخاصة بها، فبدون هذه المحركات لا يمكن أن يسمّى الروبوت ذكياً. عن طريق المحركات يمكننا فتح الصمامات وإغلاقها، وتحريك عجلات روبوت أو إدارة أذرعه. يوجد العديد من أنواع المحركات التي تستخدم مع الروبوتات والتي تختلف من روبوت لآخر حسب بعض معايير التصميم، مثل خصائص الدقة والتكلفة ومتطلبات عزم الدوران والتسارع.

• المحركات الكهربائية

من أهم أنواع المحركات هي المحركات الكهربائية وهي أجهزة كهروميكانيكية تنتج الحركة عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. هذه المحركات هي الخيار المفضل في الروبوتات، ويرجع ذلك إلى عدة أسباب:

1. الكهرباء مصدر إمداد متاح على نطاق واسع.

2. مناسبة لجميع أحجام الروبوت.

3. مدمجة وخفيفة الوزن، بالإضافة إلى أنها تتميز بنسبة تحويل طاقة كبيرة ودقة ممتازة.

4. أنظمة التشغيل الكهربائية قوية وسهلة الصيانة. [1]

أشهر أنواع المحركات الكهربائية وأكثرها استخدام

1. محرك التيار المستمر dc motor

له عدة أشكال، ويمتاز محرك التيار المستمر بالتكلفة القليلة والأداء الجيد وسهولة التحكم في سرعة المحرك. كما يمتاز بالقدرة على التحكم في سرعة الدوران باستخدام تقنية PWM (تعديل عرض النبضة). إذ يحوّل محرك DC الطاقة الكهربائية الحالية المباشرة إلى طاقة ميكانيكية وتعمل محركات التيار المستمر بشكل جيد في الروبوتات لأنها تسمح للروبوت بأن يعمل بالبطارية، مما يوفر مزايا رائعة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الروبوتية، وخاصة الروبوتات المتنقلة.[2]

2. محرك السيرفو servo motor

السيرفو عبارة عن محرك يمكنه الدوران بزاوية محددة من خلال برمجته مسبقا عبر الأردوينو أو أي متحكم. يستخدم السيرفو في العديد من التطبيقات الصناعية الصغيرة والكبيرة منها. ويمكن استخدام هذا المحرك لتشغيل سيارات الألعاب التي يتم التحكم فيها عن بُعد، والروبوتات والطائرات، وخطوط الانتاج، والصناعات الغذائية. لهذه المحركات فوائد عديدة في التطبيقات الروبوتية، فهي صغيرة وقوية وسهلة البرمجة ودقيقة. علاوة على أنها تسمح بتكرار الحركة شبه التام. غالباً ما يتم استخدامها في الأذرع الروبوتية والتطبيقات التي تحتاج دقة في العمل.[3]

3. المحرك الخطوي stepper motor

تختلف هذه المحركات بعض الشيء عن محركات التيار المستمر سواء في التطبيق أو التركيب على الرغم من اعتماد فكرة عمل كليهما على الفيض المغناطيسي المتولد في الملفات. و رغم ما يشوب هذا النوع من المحركات من صعوبة استخدام وعدم توفرها وارتفاع تكلفتها؛ فإنها تتمتع بالعديد من المميزات التي تتطلبها الروبوتات ومن ذلك: – استجابة سريعة لبدء التشغيل والتوقف وعكس اتجاه الحركة. – الدقة العالية في الحركة والقدرة التكرارية، حيث تتراوح دقتها بين 3- 5% من الخطوة وهو خطأ غير تراكمي من خطوة إلى أخرى. – توفر مدى كبير من السرعات الدورانية حيث تتناسب السرعة مع تردد نبضات الدخل.[4]

إضافةً إلى المحركات المذكورة هناك الكثير من المحركات الممكن استخدامها في صناعة الروبوتات ولكن المحركات الثلاثة السابقة هي الأشهر الأكثر وفرة.

المصادر:

1-rozum.com

2-Electronics tutorials

3-sciencebuddies.com

4-Sciencedirect.com

تخيل أن تذهب إلى المستشفى ولا تقابل فيها إنسانًا. عندما تذهب إلى الاستقبال تجد روبوت يأخذ معلوماتك، وبجانبه روبوت آخر يقيم حالتك ويوجهك إلى الطبيب المختص – الذي قد يكون أيضًا روبوت – يشخص حالتك، وتساعدك ممرضة روبوت. وتستطيع أن تحصل على علاجك من صيدلية يديرها روبوت صيدلي. من الممكن أن يكون هذا مشهد تخيلي ولكن قد تحدث منه بعض العناصر مكتملة في مكان واحد، وقد تكون منفردة. في النهاية من الممكن أن نصل إلى مستشفى لا يعمل به بشر.

الأسباب التي تجعلنا نستعين بالروبوتات الطبية

1. لا تغيب عن العمل. 
2. أيديها لا تهتز بشكل مفاجئ. 
3. تستطيع عمل حركات دقيقة. 
4. تتواجد مع المرضى دائمًا دون تعب.

الممرضة الروبوت

في هونج كونج، الفريق الذي صمم الروبوت صوفيا صمم أيضًا روبوت مخصص في المجال الطبي «الممرضة جريس» بهدف التعامل مع المرضى – وخاصة كبار السن – والمعزولين بسبب كورونا. ترتدي جريس الزي الرسمي الأزرق الخاص بالممرضات، ملامحها أسيوية، وشعرها بني، ولديها كاميرا حرارية على الصدر لقياس الحرارة. وتستخدم جريس الذكاء الاصطناعي لتشخيص المرض، وتستطيع التحدث باللغة الإنجليزية والماندرين الصينية واللغة الكاتونية، وتساعد مقدمي الرعاية الصحية. وهدفها هو تخفيف الأعباء على مقدمي الرعاية الصحية في الخط الأمامي أثناء الوباء. والشكل البشرى للروبوت لزيادة الثقة وتسهيل التفاعل الطبيعي؛ حيث أن لديها ٤٨ عظمة في الوجه. 

تكلفة تصميم مثل هذا الروبوت كبيرة وتتخطى تكلفة تصنيع سيارة فاخرة ولكن ستكون التكلفة أقل في حالة تصميم الشركات مئات وآلاف الروبوتات. ولقد صُمم هذا الروبوت نتيجة للأحداث الحالية من الوباء ليساعد المرضى على الحصول على رعاية جيدة دون التعرض للخطر. [1]

روبوت طبيب

• الروبوت الجراحي:

يموت أكثر من ٢٥٠ ألف شخص سنويًا في الولايات المتحدة بسبب الأخطاء الطبية، وبعض هذه الأخطاء كان من الممكن تفاديها. هذا الروبوت متعدد الأيدي، يستخدم لتقليل الأخطاء الجراحية، وعمل اختراق أقل داخل الجسم، وتحكم أفضل، ووقت شفاء أسرع. [2]

• روبوت العلاج بالإشعاع:

نظام جراحي متكامل لتوصيل العلاج بالإشعاع وبدقة عالية. اُخترع سنة ١٩٩٠م، ويُستخدم لعلاج السرطان في الولايات المتحدة ويوصل الإشعاع للأعضاء المُصابة خصيصًا مما يقلل من تعرض باقي أعضاء الجسم السليمة للإشعاع. اُستخدم الروبوت على بعض أنواع السرطانات مثل البروستاتا والدماغ والكبد.

• روبوت تواصل للفحص:

يستخدم الأطباء الروبوت لمساعدتهم على فحص وعلاج المرضى الموجودين في القرى والأماكن البعيدة. وهو عبارة عن روبوت مزود باتصال فيديو وأدوات فحص وإعطاء إشارات واستجابات لمساعدة الطبيب على التشخيص. [4]

• ذكاء اصطناعي تشخيصي:

وهي أهم وظيفة طبية يقوم بها الروبوت، عن طريق استخدام تعلم الآلة يدرب العلماء الروبوت للقيام بالمهمة أفضل من البشر عن طريق تزويده بآلاف الأمثلة. ومن المؤكد أن هذا صعب الوصول إليه بشكل كامل الآن، ولكن حدثت تطورات عديدة على سبيل المثال، توقع حالة المريض المستقبلية عن طريق فحص التاريخ المرضي. ومن الممكن استخدام هذا الروبوت حاليًا في تقييم الحالات عند الدخول إلى المستشفى. [3]

• روبوت لتدريب المختصين:

من الممكن ألا يكون هذا الروبوت إضافة قوية حيث يوجد جثث للتدريب ومتوفرة بكثرة. ولكنه أفضل حيث استجابته أفضل وسريان دموي أفضل لتمكين تدريب الطلاب والمتخصصين.

الصيدلي الروبوت

صيدلية قائمة بشكل كامل على روبوتات لصرف الأدوية الموصوفة، ومن المتوقع أن تُعمم في أشهر مستشفيات الولايات المتحدة خلال ٥ سنوات. وبالفعل توجد عدد من الخدمات الصيدلانية المميكنة والتي تساعد الصيدلي في عمله في دول متعددة في العالم منها السعودية. 

روبوت الاستشفاء 

وهو عبارة عن جهاز لاستبدال حيوان الببغاء، ويستخدم لتحسين جودة الحياة في فترة الاستشفاء من الجراحة أو العلاج من الاكتئاب والأمراض العقلية. اُستخدم خاصة مع مرضى كبار السن المصابين بالزهايمر والقلق والتوتر والاكتئابِ. [2]

الأطراف الصناعية

تغيرت المعادلة الآن من هل نستطيع أن نصنع طرف صناعي يشبه الطبيعي إلى هل نستطيع أن نفعل شيئًا أفضل من الطبيعي؟

في جامعة «MIT» اخترع الباحثون أطراف قادرة على تتبع وضع الإنسان في ٣ اتجاهات، وتعديل وضع المفاصل لأكثر من ٧٥٠ مرة. وبالإضافة إلى ذلك استطاعوا تطوير جلد إلكتروني وأنظمة عصبية للتحكم في الطرف الصناعي تماثل التحكم في الطرف الطبيعي.

الروبوت المُساعِد على الحركة

يساعد الأشخاص غير القادرين على الحركة الذين قد أُصيبوا بالشلل وعدم القدرة على المشي مرة أخرى بما يعتبر معجزة في عالم الطب. وأيضًا يستخدم كإعادة تأهيل بعد إصابة في المخ والحبل الشوكي. وطور العلماء هذا الروبوت إلى أن أصبح  مرتبطًا بإشارات المخ.

روبوت التعقيم

أعلن مركز الوقاية والسيطرة على الأمراض عن ٧٧٢ ألف حالة عدوى من المستشفيات في سنة ٢٠١١م. تحدث العدوى لأن الغرف لن تصبح معقمة  بنسبة ١٠٠٪ حتى بعد مجهود خرافي. وأكثر المرضى المعرضين لهذه المشاكل هم الذين لديهم مشاكل مناعية. لذلك اخترعه العلماء لتطهير كل المستشفى في دقائق باستخدام الأشعة فوق البنفسجية التي تقتل عدد كبير من البكتيريا – وخاصة المقاومة للميثيسيلين «MRSA» – للمساعدة في إنقاذ الحياة. 

روبوت التوصيل داخل المستشفى

روبوت متخصص في نقل المواد والوجبات والمقتنيات داخل المستشفى لأغراض عديدة، ويتحرك بما يساوي ٥٣ ميل لكل يوم. واستخدمه المركز الطبي في جامعة كاليفورنيا حيث لديهم ٢٥ روبوت من هذا النوع. ولهذا الروبوت القدرة على الطلب من المارة داخل المستشفى فتح المجال لهم للحركة. [4]

ما زالت التطورات عديدة ومتنوعة خاصة في استخدام الذكاء الاصطناعي في المجالات الطبية. ولكن عن تعميم هذه التطورات في أماكن متعددة فيحتاج إلى وقت طويل ومجهود أكبر للتجربة والإثبات.

مصادر

[1] Reuters

[2] Case School Of Engineering

[3] Interesting Engineering

[4] ASME

لماذا يعد الجزري الأب الروحي للروبوتات؟
روبوت قابل للبرمجة في القرن الثاني عشر؟ لا تستغرب من فضلك من هذه الفرقة الموسيقية التي تضم أربعة روبوتات: اثنان يعزفان الطبول، وواحد للقيثارة، وواحد للناي يملؤون قصور ديار بكر بالموسيقى. أما ما تتعجب منه بحق فهو أنه يمكنك إعادة برمجة عازفَيْ الطبول ليعزفا إيقاعات مختلفة! إذن لماذا يعد الجزري الأب الروحي للروبوتات؟

انتظر! لم تر بعد هذه الخزانة ذات الرقم السري، ولا هذا الإبريق الذي يغرد طائر آلي من فوق غطائه قبل أن يصب الماء، ولم تر هذا الطاووس الآلي أيضًا. جرب أن تشدَّ ذيله سيصب لك الماء من منقاره ثم يناولك الخادم الآلي الأول صابونًا، ثم يناولك الثاني المنشفة!
هناك أيضًا جهاز الوضوء الذي أغنى السلطان عن الاستعانة بالخدم، وهو عبارة عن صبي يمسك إناء ويقف فوق رأسه طائر يصب الماء على ثمان دفعات!

هل اكتفيت؟ على كل حال هناك المزيد من الآلات اللطيفة منها هذا الروبوت الجالس على متن قارب الذي يعزف ليوقظك من قيلولتك بعد مرور ساعة، وهذه النادلة الآلية التي تخرج من بابها كل سبع دقائق لتملأ لك كأسك!

لعلك تعرف مخترع تلك الآلات من عنوان المقال، ولقد تأثر به دافنشي بعد قرون واستفادت المدن العربية ثم الأوروبية بتقنياته، لكن كيف بدأ كل هذا؟

لماذا يعد الجزري الأب الروحي للروبوتات؟

في أواخر القرن الثاني عشر الميلادي، يلتحق الفتى الحرفي بخدمة حكام ديار بكر من بني أرتق خلفًا لوالده بعيدًا عن الصراعات السياسية والحروب الصليبية الدائرة في بلاد الشام. نشأ هناك في قصور بني أرتق وتحت رعايتهم في أجواء من الرخاء والترف، فلمع نجمه، وتفجرت عبقريته التي سبقت زمانه بقرون طويلة. إنه بديع الزمان أبو العز بن إسماعيل الجزري من أبرع مهندسي الميكانيكا في التاريخ، وأحد الآباء المؤسسين لعلوم الروبوتات والبرمجة.

استقى الجزري معرفته من التراجم التي ذخرت بها مكتبات العرب في عصرهم الذهبي، من اليونانيين والهنود والصينيين، ومن “علم الحيل” الذي أبدعه الإخوة “بني موسى” من قبله. لم يكن مهندسًا أو مخترعًا فحسب، بل كان حرفيًّا بارعًا اهتم بتطوير وتحسين ما ورثه وأضاف إليه ليخرج بابتكارات جديدة.

“وكنت وجدت فريقًا ممن خلا من العلماء، وتقدم من الحكماء صنعوا أشكالًا، وذكروا أعمالًا لم يباشروا إكمالها تحقيقًا، ولا تمكنوا إلى تصحيح جمعها طريقًا… فاستنبط فنونًا لطيفة المدارج… ولمَّا وجدت في ذلك من المشقَّة، كرهت أن يذهب اجتهادي أدراج الرياح… وألَّفت هذا الكتاب يشمل على بعض خروق دفعتها، وأصول فرَّعتها، وأشكال اخترعتها”

الجزري في مقدمة كتابه

“دليل المستخدم” الأول في الهندسة الميكانيكية للجزري!

على عكس الكثير من علماء المسلمين العمليين ممن لم يهتموا بتدوين ما توصلوا إليه، اهتم الجزري بجمع ما صنعه من آلات، وشرح آلية عملها، وتفصيل خطوات صنعها على طريقة “اصنعها بنفسك-Do It Yourself” الشهيرة حاليًا، مما يجعله أول من يضع دليل مستخدم أو(كتالوجًا) لمخترعاته. حقق كتاب (الجامع بين العلم والعمل النافع في صناعة الحيل) نجاحًا وشهرة واسعة للجزري، واحتوى على خمسين جهازًا من صنعه، واهتم فيه باستخدام لغة سهلة القراءة للعامة والعلماء على حد سواء، كما رسم بنفسه الكثير من الرسوم التوضيحية على أبهى ما يكون من الفن الإسلامي. فنان ومهندس ومخترع في آنٍ واحد!

كم براءة اختراع استحق الجزري؟

اشتهر الجزري بآلاته العجيبة التي تعمل باستمرار من تلقاء نفسها. ساعات أوتوماتيكية، وآلات موسيقية، ومضخات مائية وغيرها. لم يكن في هذا العصر العتيق ما يعرف ببراءات الاختراع، وإلا لكان الجزري صاحب رقم قياسي في زمانه! تضمنت آلات الجزري العديد من التقنيات والمبادئ التي لم تعرفها أوروبا إلا بعد قرون طويلة، هذه بعض منها:
• التحكم بسرعة العجلة الدوارة باستخدام تقنية الهروب.
• التروس المقطعية.
• عمود الحدبات.
• العمود المرفقي(الكرانك-Crank) لتحويل الحركة الدائرية إلى حركة خطّية مستقيمة، وأصبح فيما بعد جزء أساسي لصنع المحرك البخاري ومحركات الاحتراق الداخلي المستخدمة حتى الآن.
• تصفيح الأخشاب للحد من تشوهها.
• استخدام نماذج خشبية وورقية للتصميم.
• أنظمة لمعايرة الفتحات بدقة.
• تحقيق الثبات الإستاتيكي للعجلات.
• صب المعادن في صناديق مقفلة ومغلفة بالرمال.

“من الصعب المبالغة في تأكيد أهمية عمل الجزري في تاريخ الهندسة إنه يقدم ثروة من التعليمات المتعلقة بتصميم الآلات وتصنيعها وتجميعها”

دونالد ر. هيل(Donald R. Hill) ، مهندس ومؤرخ بريطاني مرموق.

ساعات الجزري: حِيَل تخطف الألباب!

عاش الجزري في خدمة الملوك، فسخر ما تعلمه في توفير الرفاهية لهم، وإدخال السعادة إلى نفوسهم، فتفتق ذهنه عن العشرات من الآلات ذاتية الحركة التي لا تزال مثارًا لإبهار كل من يراها. من بين كل مخترعات الجزري، لا يوجد ما يضاهي ساعة الفيل في الدقة والإمتاع والقيمة الحضارية. واحتفى من خلالها الجزري بالحضارات المختلفة التي استقى منها علومه، فالروبوتات المعممة والقلعة ذات القبة من الحضارة العربية، والفيل من الهند، والتنين صيني، والعنقاء من مصر القديمة، والسجادة فارسية.

استخدم الجزري الطاس أو “غاني” الذي استخدمه الهنود في ساعاتهم المائية، وطبق قوانين أرخميدس للطفو. وتجلت عبقريته في قياس الثقب الموجود في الطاس الذي يستغرق نصف ساعة بالضبط كي يمتلأ مولدًا سلسلة من الأحداث والحركات تنتهي بدوران وصفير العنقاء، وتحرك ذراعي الفيال. يتم ضبط الساعة مرتين يوميًا، وتتكر سلسلة الأحداث كل نصف ساعة.

أما أضخم الساعات التي ابتكرها فهي ساعة القلعة التي ترتفع 3.4 مترًا، وهي ساعة فلكية تقوم بحساب الوقت والأبراج ومدارات الشمس والقمر! كما اشتملت على روبوتات ذات أزياء مختلفة تخرج في أوقات مختلفة، وروبوتات لموسيقيين يعزفون الموسيقى في أوقات معينة من اليوم. الساعة يمكن ضبطها بسهولة حسب اختلاف طول الليل والنهار خلال العام، وتحتوي على نظام معقد للتغذية الراجعة. تعتبر الآليات والحسابات المستخدمة في هذه الساعة معقدة للغاية حتى أن البعض يعتقد أن الجزري-على ما هو عليه من عبقرية هندسية- اعتمد على التجريب والخطأ للوصول للنسب الصحيحة.

كذلك قام بصناعة أدق ساعة شمعية تعمل من تلقاء نفسها -كالعادة-، وحين تصل الشمعة للقاع تصعد مرة أخرى بنظام من البكرات والأوزان.
كما صنع عدة ساعات أخرى منها ساعة القرد، وساعة الرامي، وساعة الكاتب وغيرها.

آلات رفع المياه: وداعًا للعضلات وأهلًا بالعقل

كان السائد في تلك الأيام إن أردت جلب المياه من النهر-دون أن يجرفك التيار طبعًا- أن تستخدم الشادوف أو النواعير (السواقي) الأكثر تقدمًا من حيث الاعتماد على قوة دفع المياه لإدارتها. أتى الجزري ووضع خمس تصميمات جديدة لآلات رفع المياه:
• اثنتان منهما تحسين للشادوف.
• آلة استخدم فيها ترسًا مسننًا لتحريكها بالطاقة المائية بدلًا من الحيوانات.
• مضخة استخدم فيها العمود المرفقي لتحويل الحركة الدورانية للدولاب المائي إلى حركة خطية.
• مضخة ترددية استخدم فيها دوران الدولاب المائي لتوليد الطاقة للمكابس التي ترفع المياه لما يزيد عن 13 مترًا باستخدام نظام من أنابيب الشفط وصمامات الدخول والخروج التي تعمل بشكل متعاكس تبعً لحركة المكبس.

لم يكن هذا هو أقصى ما توصل له العرب في هذا المجال، بل تلاه العالم (تقي الدين بن معروف الراصد) بابتكار مضخة سداسية الأسطوانات وضع فيها تقنيات استخدمت فيما بعد في صناعة الورق وتشكيل الصفائح المعدنية.

ما زال تراث الجزري حاضرًا

استفادت مدن الدولة الإسلامية بتقنيات رفع وتوزيع المياه التي ابتكرها الجزري، واستخدمت الأدوات التي ابتكرها في صناعة المحرك البخاري ومحرك الاحتراق الداخلي. وبعد قرون عديدة من وفاته، ما زالت كتابات وآلات الجزري حاضرة كجزء مهم من تطور الهندسة الميكانيكية، وهناك متحف كامل له بتركيا، كما تُعرَض مجسَّمات لساعة الفيل في ألمانيا ودبي وغيرها.

كما ترى عزيزي القارئ، كان الجزري مهندسًا عبقريًا بالفطرة، ولكنه لم يكن استثناءًا بل كانت هذه هي النتيجة الطبيعية للعوامل التي توافرت في العصر الذهبي للإسلام: أشخاص موهوبون، رخاء اقتصادي، ودولة داعمة للعلم والابتكار. أختم المقال بكلمات ندر وجودها في زماننا كمثال حي لدعم الدولة للعلماء وتشجيعهم:

“لقد صنعت أشكالًا عديمة المثال، وأخرجتها من القوة إلى الفعل، فلا تضيع ما تعبت فيه وشيدت مبانيه، وأحب أن تصنف كتابًا ينتظم وصف ما تفرَّدت بتمثيله وانفردت بوصف تصويره وتشكيله”

السلطان ناصر الدين محمود بن أرتق مخاطبًا الجزري.

المصادر

1001 Inventions: The Enduring Legacy of Muslim Civilization, Prof. Salim T.S. Al-Hassani, Foundation of Science Technology and Civilization, National Geographic, 2012.
Wikipedia
Robotshop
National Geographic
Historyfactory