چه می‌شود اگر ربات‌ها درد فیزیکی را حس کنند؟!

در مقاله‌ای که اخیراً در نشریه «آکادمی ملی علوم» (PNAS) منتشر شده، محققان دانشگاه فنی مونیخ و موسسات همکار، از توسعه نوع جدیدی از پوست الکترونیکی خبر دادند که برای کمک به ربات‌ها در شناسایی تماس‌های فیزیکی مضر طراحی شده است. تمرکز این پروژه بر ارائه راهکاری قابل‌اعتمادتر برای ربات‌هاست تا بتوانند تفاوت بین یک لمس ساده و یک برخورد آسیب‌زا را درک کنند.

این دستاورد به یکی از چالش‌های دیرینه در علم رباتیک پاسخ می‌دهد: ساخت سیستم‌های لمسی که فراتر از تشخیص فشار اولیه عمل کرده و از رفتارهای ایمن‌تر و سازگارتر پشتیبانی می‌کنند. اما چه می‌شود اگر ربات‌ها درد فیزیکی را حس کنند؟!

سازوکار سیستم: الهام از بیولوژی

در قلب این سیستم سیگنال‌دهی، شبکه‌ای از حسگرهای فشار انعطاف‌پذیر قرار دارد که در پوست الکترونیکی تعبیه شده‌اند. هنگامی که سطح پوست لمس شود، تحت فشار قرار گیرد یا ضربه‌ای به آن وارد شود، این حسگرها نیروی مکانیکی را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. در شرایط عادی، این سیگنال‌ها مستقیماً به پردازنده مرکزی ربات می‌روند؛ اما در این سیستم جدید، اگر شدت حس از یک آستانه مشخص عبور کند، پوست با ارسال مستقیم سیگنال به موتورها واکنش نشان می‌دهد.

آنچه این رویکرد را متمایز می‌کند، نحوه پردازش سیگنال‌هاست. سیستم به جای اینکه با لمس به عنوان یک ورودی فشار خام برخورد کند، از کدگذاری نورومورفیک (الگوبرداری شده از اعصاب بیولوژیک) استفاده می‌کند تا نیرو را به پالس‌های الکتریکی سریع تبدیل کند. فرکانس و الگوی این پالس‌ها بر اساس شدت و محل تماس تغییر می‌کند.

زمانی که نیروها در محدوده ایمن باشند، سیگنال‌ها نشان‌دهنده یک تعامل عادی هستند. اما به محض اینکه فشار از آستانه تعیین‌شده فراتر رود، الگوی سیگنال به شدت تغییر کرده و واکنش‌های محافظتی را فعال می‌کند.

درد فیزیکی یا واکنش عملکردی؟

محققان تاکید می‌کنند که این سیستم صرفاً برای تشخیص تنش مکانیکی طراحی شده است. این فناوری نشان‌دهنده درد احساسی یا تجربه حسی سطح بالا نیست، بلکه فقط یک سیگنال کاربردی فراهم می‌کند که به ربات اجازه می‌دهد نیروی مضر را شناسایی کرده و واکنش نشان دهد.

محققان در این باره می‌نویسند:

پوست الکترونیکی نورومورفیک ما دارای یک معماری سلسله‌مراتبی الهام‌گرفته از اعصاب است که امکان سنجش لمسی با وضوح بالا، تشخیص فعال درد و آسیب با رفلکس‌های موضعی، و تعمیر سریع ماژولار را فراهم می‌کند. این طراحی به طرز قابل توجهی لمس رباتیک، ایمنی و تعامل شهودی انسان و ربات را برای ربات‌های خدماتیِ همدل بهبود می‌بخشد.

آزمایش و عملکرد

برای ارزیابی عملکرد سیستم، محققان پوست الکترونیکی را در معرض طیف وسیعی از تعاملات فیزیکی قرار دادند؛ از لمس سبک گرفته تا نیروهای به‌مرور قوی‌تر که برای شبیه‌سازی تماس‌های آسیب‌رسان طراحی شده بودند. این آزمایش‌ها به تیم اجازه داد تا بررسی کنند که سیستم با چه دقتی می‌تواند گذار از تماس ایمن به ناایمن را در لحظه تشخیص دهد.

در تمامی آزمایش‌ها، شبکه حسگر در تولید الگوهای سیگنال متمایز و فعال‌سازی واکنش‌های محافظتی (بسته به نیروی وارده) به طور مداوم موفق عمل کرد. سیستم در عرض چند میلی‌ثانیه پاسخ داد؛ یعنی آنقدر سریع که بتواند از واکنش‌های آنی مانند عقب کشیدن از تماس مضر یا کاهش نیروی وارده در حین تعامل پشتیبانی کند. همچنین، سیستم عملکرد سیگنال پایدار خود را در چرخه‌های تماس مکرر حفظ کرد که نشان‌دهنده دوام آن در استفاده طولانی‌مدت است.

اهمیت در دنیای واقعی

این پیشرفت‌ها پیامدهای فوری برای ایمنی در تعامل انسان و ربات دارد. با ورود روزافزون ربات‌ها از محیط‌های کنترل‌شده کارخانه‌ای به فضاهای زندگی روزمره، توانایی تشخیص تماس‌های مضر اهمیت بیشتری پیدا می‌کند؛ چراکه انجام وظایف در فاصله نزدیک، خطر برخورد تصادفی و اعمال نیروی بیش از حد را افزایش می‌دهد.

بیشتر سیستم‌های ایمنی رباتیک فعلی برای این نوع تعامل نزدیک فیزیکی طراحی نشده‌اند. در عوض، آن‌ها اغلب به حسگرهای خارجی، محدودیت‌های حرکتی پیش‌برنامه‌ریزی شده یا مکانیسم‌های خاموش‌شدن اضطراری متکی هستند. اگرچه این روش‌ها موثرند، اما می‌توانند کند یا غیرقابل‌انعطاف باشند. با تعبیه این قابلیت حسگری مستقیماً در پوست ربات، سیستم جدید به ماشین‌ها اجازه می‌دهد تا به صورت موضعی و آنی به تهدیدات فیزیکی پاسخ دهند.

این فناوری همچنین می‌تواند عملکرد ربات‌ها را در کارهای مشارکتی که نیاز به تماس فیزیکی دارند (مانند جابجایی اشیاء، دستگاه‌های کمکی حرکتی و ربات‌های خدماتی) بهبود بخشد. ربات‌ها با تنظیم لحظه‌ایِ نیرو، می‌توانند بدون فشار بیش از حد، لغزش یا اشتباه در تخمین تماس، با اشیاء ظریف و محیط‌های غیرقابل پیش‌بینی تعامل طبیعی‌تری داشته باشند.

چالش‌های اخلاقی و آینده

فراتر از ایمنی و عملکرد، این فناوری نگاه مردم به ماشین‌ها را نیز تغییر می‌دهد. ربات‌هایی که به‌طور محسوس به فشار یا ضربه واکنش نشان می‌دهند، حتی اگر تجربه احساسی نداشته باشند، پاسخگوتر و زنده‌تر به نظر می‌رسند.

این نوع بازخورد ممکن است تعامل انسان و ربات را شهودی‌تر کند. همان‌طور که انسان‌ها وقتی فرد دیگری خود را عقب می‌کشد، به‌طور غریزی نوع لمس خود را تغییر می‌دهند، بازخورد بصری ماشین‌ها نیز می‌تواند به هدایت رفتار انسان و کاهش آسیب‌های ناخواسته کمک کند.

با وجود این مزایا، این فناوری پرسش‌های گسترده‌تری را در مورد اینکه واقع‌گرایی رباتیک تا کجا باید پیش برود، ایجاد می‌کند. در حالی‌که این قابلیت‌های حسی با الگوبرداری از بیولوژی، ایمنی و عملکرد را بهبود می‌بخشند، چالش‌های اخلاقی و طراحی را نیز به همراه دارند: آیا اصلاً ماشین‌ها باید واکنش‌های موجودات زنده را تقلید کنند؟

برخی محققان معتقدند ربات‌ها اصلاً نیازی به سیگنال‌دهیِ شبیه به درد ندارند. برخی دیگر پیشنهاد می‌کنند که الگوبرداری از استراتژی‌های بیولوژیکی، کارآمدترین راه به سوی ساخت ماشین‌های سازگار و منعطف است. چالش اصلی در ایجاد تعادل بین مزایای کاربردی و خطر ترویج «انسان‌انگاری» (Anthropomorphism) غیرضروری و پیامدهای اجتماعی گسترده‌تر آن نهفته است. برای مثال، اگر این نوع سیستم حسی در یک ربات انسان‌نما به یک برنامه پاسخ احساسیِ مدیریت‌شده توسط هوش مصنوعی متصل شود، چه اتفاقی خواهد افتاد؟

در حالی‌که این فناوری پرسش‌های فلسفی بزرگی را برمی‌انگیزد، پیامدهای آن هنوز در حال آشکار شدن است. در حال حاضر، این سیستم در مراحل اولیه تحقیقاتی است و یک فناوری تجاری نهایی محسوب نمی‌شود. در حال حاضر پوست الکترونیکی تنها سطوح محدودی را می‌پوشاند. پوشش کامل بدن یک ربات انسان‌نما نه تنها به پیشرفت‌های چشمگیر در تولید، بلکه به بهبود کارایی توان مصرفی و پردازش داده‌ها نیز نیاز دارد.

در آینده، تحقیقات بر گسترش پوشش حسگرها و بهبود دوام آن‌ها تمرکز خواهد داشت که هر دو برای انتقال این فناوری از نمونه‌های آزمایشگاهی به دنیای واقعی ضروری هستند. هر یک از این گام‌ها تعیین خواهد کرد که آیا این پوست رباتیک جدید می‌تواند از آزمایشگاه به محیط‌های واقعی زندگی راه یابد یا خیر.

منبع: Newatlas