لماذا تفتح الروبوتات البشرية محيطًا أزرقًا جديدًا لتطبيقات المحركات عديمة النواة؟

 

الروبوتات البشرية، باعتبارها ممثلين بارزين للروبوتات ذات الأغراض العامة والحاملة المثالية لـ "الذكاء المتجسد"، تستفيد من التطور السريع للذكاء الاصطناعي العام من ناحية، ومن ناحية أخرى، من خلال أن تصبح الجسر بين الذكاء الاصطناعي والعالم الحقيقي "الذكاء المتجسد"، يتطور تدريجيًا إلى منصة نهائية للجيل القادم من الذكاء الاصطناعي العام. في مهام الروبوت، تتولى نماذج الذكاء الاصطناعي الكبيرة أدوارًا رئيسية في التفكير واتخاذ القرار، وتحويل التعليمات المعقدة إلى خطوات قابلة للتنفيذ للروبوتات من خلال تحليل أوامر اللغة الطبيعية. علاوة على ذلك، فإن إضافة نماذج كبيرة متعددة الوسائط للذكاء الاصطناعي تعمل بشكل كبير على تحسين دقة وكفاءة الاستدلال واتخاذ القرار، مما يوفر دعمًا مهمًا للروبوتات البشرية للتقدم نحو التعميم.

 

 

يعتمد التطور السريع لصناعة الروبوتات على الابتكارات في تقنيات المكونات الرئيسية واستقرار إمداداتها. في الروبوتات البشرية، يعتبر المخفض ونظام المؤازرة وجهاز التحكم بمثابة المكونات الأساسية الثلاثة، حيث يمثلون معًا أكثر من 70٪ من التكلفة الإجمالية. بالإضافة إلى ذلك، باعتباره مكونًا أساسيًا، لا يمكن التغاضي عن قيمة المحرك. في الروبوتات البشرية مثل أوبتيموس، تمثل تكلفة المحرك حوالي 25% من إجمالي قيمة المكون.

 

على افتراض أن حجم الشحن العالمي للروبوتات البشرية سيصل إلى 5 ملايين وحدة في العقد المقبل، فإن الطلب على المحركات عديمة النواة (بدون قلوب حديدية) سيشهد نموًا هائلاً في السوق خلال هذه الفترة. بناءً على أسعار الوحدات، قد تصل الزيادة في السوق للمحركات عديمة النواة إلى 350 مليار يوان صيني، في حين من المتوقع أن يتجاوز السوق المتزايد للمحركات عديمة النواة 78 مليار يوان صيني. سيشكل هذان الاثنان معًا مساحة سوقية واسعة تبلغ 428 مليار يوان صيني.

 

 

على عكس الروبوتات الصناعية المستخدمة في بيئات العمل الثابتة، تخدم الروبوتات البشرية في المقام الأول سيناريوهات الحياة اليومية للإنسان. ولا تحتاج هذه الروبوتات إلى قدرات الإدراك وصنع القرار والعمل فحسب، بل تحتاج أيضًا إلى محاكاة أنماط السلوك البشري للتفاعل مع البيئة والمستخدمين بطريقة أكثر طبيعية. ولذلك، فإن المحركات، باعتبارها المكونات الأساسية للمحركات المشتركة، تؤثر بشكل مباشر على مرونة الروبوت ودقته واستقراره.

 

من بين تقنيات القيادة المختلفة، يُظهر محرك المحرك الكهربائي مزايا كبيرة مقارنة بالمحرك الهيدروليكي. يستفيد حل محرك المحرك الكهربائي من تقنية التحكم في الحركة الناضجة، مما يوفر تعليقات في الوقت الفعلي لحالة الحركة عبر أجهزة تشفير عالية الدقة لضمان التحكم الدقيق. وفي الوقت نفسه، تكون تكلفة أنظمة تشغيل المحركات الكهربائية أقل مقارنة بالأنظمة الهيدروليكية، مع الحاجة إلى صيانة أقل. هذه الخاصية الفعالة من حيث التكلفة تجعل المحرك الكهربائي أحد الخيارات الرئيسية لتطوير الروبوتات البشرية.

 

من بينها، أصبحت المحركات عديمة النواة، بخفة وزنها وكفاءتها العالية وخصائص القصور الذاتي المنخفضة، مكونات رئيسية في تحسين أداء الروبوتات البشرية.يمكن للمحركات عديمة النواة أن توفر كثافة طاقة أكبر وسرعات استجابة أعلى في الأحجام الصغيرة، مما يمكّن الروبوتات من إظهار أداء فائق في التحكم المشترك متعدد درجات الحرية. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع المحركات عديمة النواة باستهلاك أقل للطاقة، مما يساعد الروبوتات على تحقيق عمر أطول للبطارية.

 

1.1 دمج الروبوتات البشرية في الحياة اليومية وإظهار القوة التكنولوجية الوطنية

أصبحت الروبوتات البشرية تدريجيًا مساعدين موثوقين في الحياة البشرية اليومية، وقادرة على المساعدة في مجموعة متنوعة من المهام المعقدة. على عكس الروبوتات الصناعية، التي تعمل عادة في بيئات ثابتة، تم تصميم الروبوتات البشرية للاندماج في محيط الإنسان اليومي. لا تمتلك هذه الروبوتات القدرات الأساسية مثل الإدراك وصنع القرار والإجراءات فحسب، بل تتمتع أيضًا بخصائص حركة تشبه الإنسان وتصميمات مظهر ودية، مما يجعلها أكثر سهولة في قبولها من قبل البشر وتخلق شعورًا بالألفة. ومن خلال التكيف المرن مع بيئات مختلفة، تظهر الروبوتات البشرية إمكانات تطبيقية هائلة في مجالات مثل المنزل والخدمات والرعاية الصحية.

 

وباعتبارها أجهزة ذكية متقدمة، تعتبر الروبوتات البشرية رمزا للقوة التكنولوجية الوطنية. ويتطلب تطويرها التغلب على الحواجز التكنولوجية عبر تخصصات متعددة، بما في ذلك الهندسة الميكانيكية، والهندسة الكهربائية، وعلوم المواد، وتكنولوجيا الاستشعار، وأنظمة التحكم، والذكاء الاصطناعي. بفضل ميزات المظهر الشبيهة بالبشر، وقدرات المشي على قدمين، وتقنيات التحكم في الحركة المنسقة للغاية، يمكن للروبوتات البشرية أداء المهام الجسدية والتواصل مع البشر من خلال اللغة أو تعبيرات الوجه. بالمقارنة مع الروبوتات التقليدية، تظهر الروبوتات البشرية مزايا كبيرة في التفاعل بين الإنسان والآلة، والتكيف البيئي، وتعدد المهام.

 

 

1.2 تطوير الروبوتات البشرية: من المفهوم إلى التصنيع

لقد كان مفهوم الروبوتات موجودًا منذ ما يزيد عن قرن من الزمان، وبدأت الأبحاث المتعلقة بالروبوتات الشبيهة بالبشر في منتصف-20القرن، حيث شهدت عملية تطوير طويلة بدءًا من النماذج الأولية المختبرية وحتى المراحل الأولى من التصنيع. أول استخدام لمصطلح "الروبوت" يأتي من مسرحية RUR (روبوتات روسوم العالمية) للكاتب التشيكي كاريل تشابيك، والتي تعني عبيد الآلات الذين يخدمون الإنسانية. بدأ الإنتاج الضخم للروبوتات الصناعية في ستينيات القرن الماضي، مع الذراع الروبوتية "UNIMATE" التي أطلقتها شركة Unimation الأمريكية، والتي افتتحت عصر الروبوتات الصناعية التجارية.

 

بدأ البحث والتطوير للروبوتات البشرية في اليابان ودخلت تدريجياً مراحل التنظيم والديناميكيات العالية:

 

مرحلة الاستكشاف المبكر (حوالي السبعينيات): في عام 1973، قام البروفيسور إيشيرو كاتو من جامعة واسيدا في اليابان بتطوير أول روبوت بشري في العالم، WABOT-1، وقد وضعت آلية المشي ذات القدمين WL-5 الخاصة به الأساس للروبوت البشري. الروبوتات.

 

مرحلة تكامل التكنولوجيا (الثمانينيات-1990): في عام 1986، بدأت شركة هوندا البحث عن الروبوت الآلي أسيمو، وفي عام 2000، تم إصدار الجيل الأول من نموذج أسيمو، مما يمثل دخول الروبوتات البشرية إلى مرحلة تكنولوجية شديدة التكامل.

 

مرحلة اختراق الأداء الديناميكي (2000-2020): في عام 2016، أصدرت شركة Boston Dynamics بالولايات المتحدة الروبوت أطلس ذو القدمين، والذي وصل، بفضل قدرته القوية على التوازن وأداء عبور العوائق، إلى آفاق جديدة في الحركة الديناميكية وتنفيذ المهام في البيئات الخطرة.

 

مرحلة التصنيع المبكرة (2020-حاليًا): في عام 2022، أطلقت Tesla النموذج الأولي للروبوت البشري Optimus، حيث عرضت الذكاء الاصطناعي المتكامل للغاية وتكنولوجيا محرك السيارات في Tesla AI Day. إصدار 2023 من أوبتيموس قادر على تصنيف الأشياء وتحقيق التوازن الدقيق، مما يشير إلى أن الروبوتات البشرية تتجه تدريجياً نحو التطبيق العملي.

 

1.3 التكامل العميق بين الروبوتات البشرية وتكنولوجيا المحركات

لا يمكن فصل التطور المستمر للروبوتات البشرية عن دعم تكنولوجيا المحركات. باعتبارها المكون الأساسي لمحركات الروبوت المشتركة، لا تحدد المحركات أداء حركة الروبوت فحسب، بل تؤثر أيضًا على مرونته ومتانته. بفضل دقتها العالية واستهلاكها المنخفض للطاقة وموثوقيتها، أصبحت محركات المحركات تدريجيًا حل الطاقة الأكثر استخدامًا للروبوتات البشرية. وفي الوقت نفسه، توفر المحركات عديمة النواة، التي تتميز بمزايا مثل الوزن الخفيف، والكفاءة العالية، والقصور الذاتي المنخفض، دعمًا تكنولوجيًا بالغ الأهمية للتطور السريع للروبوتات البشرية.

 

في المستقبل، مع المزيد من الاختراقات التكنولوجية، سيتم استخدام الروبوتات البشرية على نطاق أوسع في سيناريوهات الحياة المختلفة، مما يضخ حيوية جديدة في التنمية الاقتصادية والاجتماعية العالمية. وهذا يجعل سوق السيارات، وخاصة سوق السيارات بدون قلب، محيطًا أزرق جديدًا ومنتظرًا بفارغ الصبر.

 

1.4 هيكل الروبوت البشري: تحليل المكونات الرئيسية

يمكن تقسيم الهيكل الرئيسي للروبوتات البشرية إلى ثلاث وحدات رئيسية: المحركات وأجهزة التحكم وأجهزة الاستشعار. تحدد المكونات الرئيسية مثل المحركات والمخفضات وأجهزة الاستشعار أداء الروبوت. وفيما يلي تحليل مفصل لهذه المكونات:

 

1.4.1 المحرك

المحرك هو جوهر تنفيذ حركة الروبوت البشري، بما في ذلك المحركات المؤازرة، والمحركات السائر، ومحركات عزم الدوران، والمحركات الكروية، من بين أمور أخرى. من بينها، تعتبر محركات عزم الدوران مثالية لمفاصل الروبوتات البشرية ذات السرعة المنخفضة ومتطلبات عزم الدوران العالي نظرًا لقدرتها على توفير عزم دوران عالي بسرعات متوسطة ومنخفضة. ومع ذلك، فإن صعوبة البحث والإنتاج لديهم مرتفعة نسبيًا، مما يتطلب اختراقات في الاختناقات التكنولوجية.

 

1.4.2 المخفض

المخفضات التوافقية معروفة على نطاق واسع ببنيتها المدمجة، ونسبة النقل العالية، والدقة الفائقة، مما يجعلها خيارًا شائعًا لمكونات وصلات الروبوت. ومع ذلك، فإن متانتها وعمرها لا يزال أمامهما مجال للتحسين.

 

1.4.3 الاستشعار

تلعب أجهزة الاستشعار دورًا حاسمًا في الروبوتات، وخاصة أجهزة استشعار عزم الدوران، والتي تعد جزءًا أساسيًا من تصميم المفاصل. تشكل هذه المستشعرات، جنبًا إلى جنب مع المحركات ومخفضات السرعة، مجموعة المفصل وتوفر تحكمًا دقيقًا في الحركة وتغذية مرتدة للقوة.

 

1.4.4 طريقة محرك الطرف العلوي

تستخدم الأطراف العلوية في الغالب تصميمات لولبية كروية، والتي تحول الحركة الترددية للكرات إلى حركة خطية للمسمار. بالمقارنة مع محركات الحزام أو السلسلة، فإن اللوالب الكروية لديها احتكاك أقل، وتكاليف تشغيل وصيانة أقل، ودقة أعلى.

 

1.4.5 طريقة قيادة الطرف السفلي

أصبحت البراغي ذات الأسطوانة الكوكبية، المعروفة بمقاومتها لتأثيرات القوة الخارجية وعمر الخدمة الطويل، الاختيار الرئيسي لمحركات الأطراف السفلية، ومناسبة بشكل خاص للتعامل مع احتياجات التحكم في المشية المعقدة.

 

1.4.6 مفصل اليد

تستخدم مفاصل اليد عادةً محركات بدون قلب. تتميز هذه المحركات بتصميم بسيط، وخفيفة الوزن، وهي مكونات محرك مثالية لحركة الأصابع، مما يتيح تحكمًا أفضل.

 

بالإضافة إلى ذلك، فإن اختيارات المحامل للمفاصل الخطية والدوارة تشمل محامل الاتصال الزاوي، ومحامل الأسطوانة المتقاطعة، ومحامل الكرات ذات الأخدود العميق. تضمن هذه المكونات معًا خفة الروبوت ودقته وموثوقيته.

 

 

المزايا الذكية لمحرك السيارات

بالمقارنة مع المحركات الهيدروليكية، فإن محركات المحركات تظهر أداءً ذكيًا متميزًا بشكل خاص في التحكم في الحركة. على سبيل المثال، يعتمد روبوت تيسلا الشبيه بالبشر تكنولوجيا محرك مؤازر عالي الكثافة، مع تحكم ذكي في الحركة يتجاوز بكثير الأنظمة الهيدروليكية التقليدية. لا يسمح هذا التصميم بتعليقات فورية لحالة الحركة لضمان دقة التحكم فحسب، بل يحافظ أيضًا على التكاليف منخفضة نسبيًا، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات واسعة النطاق.

 

متطلبات الأداء للمحركات المؤازرة

باعتبارها جوهر مشغلات الروبوت، تحتاج المحركات المؤازرة إلى تلبية متطلبات الأداء التالية:

• الاستجابة السريعة: تحتاج المحركات المؤازرة إلى البدء والتوقف بسرعة للتكيف مع البيئات عالية الديناميكية.
• نسبة عزم الدوران العالية إلى القصور الذاتي: يجب أن توفر المحركات المؤازرة عزم دوران عاليًا مع الحفاظ على القصور الذاتي الدوراني المنخفض.
• التحكم المستمر والخصائص الخطية: تحتاج سرعة المحرك إلى الضبط المستمر مع التغييرات في إشارة التحكم لضمان التنفيذ الدقيق.
• تصميم مدمج: يجب أن تكون المحركات المؤازرة صغيرة الحجم وخفيفة الوزن لتتناسب مع التصميم المكاني المدمج للروبوت.
• المتانة والقدرة على التحميل الزائد: يجب أن تتحمل المحركات المؤازرة عمليات الدوران الأمامية والخلفية المتكررة وعمليات التسارع/التباطؤ، وأن تتحمل عدة أضعاف الحمل المقدر لفترات قصيرة.

هذه الخصائص تجعل المحركات المؤازرة لا غنى عنها في مجال الروبوتات، مما يضع الأساس لزيادة الذكاء والاستقرار في الروبوتات.

 

مواصلة القراءة: قلب حركة الروبوت - الدور الحاسم للمحركات في الدقة - الجزء الثاني