تستخدم العديد من الحيوانات اللمس النشط لاستشعار بيئتها. وتعتبر قرون استشعار الحشرات وشوارب الثدييات أمثلة على ما يُسمى بأنظمة استشعار اللمس النشط أو المستشعرات الميكانيكية. إنَّ شوارب القوارض على وجه التحديد مثيرة للاهتمام؛ إذ إنها تتحرك فعليًّا للخلف وللأمام، وتجمع معلومات عن الأجسام التي تقع ضمن نطاقها وشكلها وملمسها.

الفئران، على سبيل المثال ترى في الظلام بشكل ثلاثي الأبعاد وتشعر بالملمس، باستخدام شواربها، وقد قدر علماء الأعصاب أن نسبة القشرة الدماغية التي تستخدمها الفئران في معالجة البيانات القادمة من شواربها أكبر من تلك التي تستخدمها لمعالجة البيانات القادمة من نظام الرؤية الخاص بها. ولا يبدو أنَّ هناك قدرًا كبيرًا من الشك في أن الإحساس المهيمن لدى الفأر هو اللمس النشط باستخدام شواربه.

بالنسبة إلى الروبوتات تُعد الشوارب الاصطناعية أجهزة استشعار في غاية الجاذبية. تخيل روبوتات بحث وإنقاذ صغيرة مصممة لدخول المباني المنهارة للتفتيش داخل المبنى. من المحتمل أن تكون هذه الأماكن مظلمة، ومن المحتمل جدًّا أن يكون الهواء بها مليئًا بالغبار أو الدخان. ولهذا، فإن مستشعرات الروبوت التقليدية المعتمدة على الضوء، مثل أنظمة الرؤية المعتمدة على الكاميرا أو جهاز الكشف عن الضوء وتحديد المدى المعتمد على الليزر، ستكون عديمة الفائدة بشكل كبير.

قد توفر الشوارب الاصطناعية، من حيث المبدأ، أفضل شكل من أجهزة الاستشعار لتمكين الروبوت من التنقل والبحث في مثل هذه الأماكن الضيقة والخطيرة. ففي مثل هذه البيئة، سيتعين على الروبوت أن يتحرك بحذر، وسوف تساعد الشوارب الاصطناعية بلمستها الناعمة أن تقلل من خطر تسبب الروبوت نفسه في أي انهيار آخر. صمم سكراتش بوت الخاص بمختبر بريستول للروبوتات (انظر الشكل 1) ليكون بمثابة جهاز اختبار للشوارب الاصطناعية. ففي إطار مشروع «بيوتاكت»، وبقيادة عالم الأعصاب الإدراكي توني بريسكوت، صمم كلٌّ من مارتن بيرسون وتوني بايب وجيسون ويلسبي، سكراتش بوت الذي يبلغ حجمه ضعف حجم الجرذ، ويحتوي «رأسه» على مجموعتين من الشوارب الكبيرة تصطف على كلا الجانبين. تتراص هذه الشوارب، التي تمثل الشوارب الكبيرة (الشعيرات الكبيرة لدى الفئران في ثلاثة صفوف يحتوي كلُّ منها على ثلاثة شوارب. غير أن الجرذ الحقيقي لديه أكثر من ثمانية عشر شاربا من هذا النوع، وتسمح المحركات لجميع شعيرات الروبوت الكبيرة البالغ عددها ثمانية عشر بالتحرك للخلف وللأمام؛ مما يوفر دائرة استشعار يبلغ نصف قطرها حوالي 20 سم، ويبلغ قوسها حوالي 60درجة، وذلك على جانبي رأس الروبوت.

شكل 1 سكراتش بوت روبوت بشوارب اصطناعية.

يبلغ طول كل شارب اصطناعي نحو 20سنتيمترا، مع مقطع عرضي دائري يتناقص قطره من 2 مليمتر عند القاعدة إلى 0.6 مليمتر عند الطرف، وهي مصنوعة بالطباعة الثلاثية الأبعاد من مادة بلاستيكية تمنح الشوارب قوة وخفة ومرونة. تثبت قاعدة الشارب الاصطناعي بقوة في جذر يُدمج فيه مستشعر يعمل بخاصية تأثير هول ذو محورين. يولد هذا المستشعر المناظر للمستقبلات الميكانيكية في بصيلة الشارب الحقيقي، إشارات كهربائية تتناسب مع مقدار انثناء الشارب واتجاهه.

وفي الجزء الأمامي من رأس الروبوت، توجد مجموعة أخرى من الشوارب الاصطناعية مرتبة في أربعة صفوف يوجد بكلِّ منها أربعة شوارب. هذه الشوارب القصيرة ثابتة (أي إنها لا تتحرك فعليا)، وهي تمثل شوارب الفئران الصغيرة (الشعيرات الدقيقة). يُعتقد أن الجرذ يستخدم شعيراته الكبيرة أولًا ليحدد موقع الأشياء داخل نطاق «اللمس» الخاص به، ثم يدير رأسه بما يمكنه من وضع الشعيرات الدقيقة على الجسم لفحصه بدقة أكبر؛ ومن ثم فإن الشعيرات الدقيقة تعمل بمثابة حاسة اللمس المكافئة للمنطقة النقيرية بالعين. ويحاكي سكراتش بوت هذا السلوك فهو يبحث في إحدى المناطق باستخدام الشعيرات الاصطناعية الكبيرة المتحركة، وعندما يعثر الروبوت على شيء ما، حينها سيدير رأسه، باستخدام رقبته المفصلية، لـ «تركيز» شعيراته الدقيقة على الشيء. كيف يفهم سكراتش بوت الإشارات الصادرة من شواربه الاصطناعية؟ على الرغم من أن سكراتش بوت يحتوي على شوارب أقل بكثير من نظيره الحي؛ فمع وجود أربعة وثلاثين شاربا، يوجد قدر كبير من البيانات التي تولد ديناميكيا عند مواجهة جسم ما. وليس من السهل على الإطلاق تحويل تلك البيانات إلى موضع الجسم واتجاهه (بالنسبة إلى جسم سكراتش بوت) أو حتى شكله وملمسه. لا يولد الشارب الاصطناعي أي إشارة على الإطلاق عندما يكون ثابتا. وتولد البيانات عندما يتلامس الشارب مع الجسم، ويمكن استخدام طبيعة البيانات التي تولد في أثناء خدش الشارب لسطح الجسم لاستنتاج ملمسه فالملمس الخشن على سبيل المثال، سيولد إشارة مختلفة عن الملمس الناعم (مثلما أنك لا تستطيع معرفة ما إذا كان السطح خشنًا أم ناعمًا عن طريق وضع إصبعك فحسب على السطح؛ فأنت تحتاج في الواقع إلى تحريك إصبعك على السطح).

عندما تتحرك جميع الشوارب في مصفوفة الشعيرات الكبيرة نحو جسم واحد، يمكن استخدام التوقيت النسبي للإشارات التي تولدها الشوارب في حالة وجود ترابط بينها وبين الموقع النسبي للشوارب التي تولد تلك الإشارات، لاستنتاج موقع خواص الجسم خاصة الزوايا والحواف، في مكان ثلاثي الأبعاد.

اتخذ مصممو سكراتش بوت نهجًا مختلفًا في المحاكاة الحيوية للطريقة التي يعالج بها الروبوت البيانات الناتجة عن شواربه الاصطناعية. يمتلك الروبوت نموذجًا إلكترونيا لجزء صغير جدًّا من مخ الجرذ الجزء الذي يقوم بالمعالجة المسبقة للنبضات العصبية القادمة من الشوارب. وباستخدام تقنية مصفوفة البوابات القابلة للبرمجة في «الموقع»، ينفذ الروبوت نموذجًا عالي الدقة من الشبكة العصبية الاصطناعية المتصاعدة لجزء من جذع دماغ الجرذ، يُطلق عليه اسم المجمع الحسي الثلاثي التوائم. وبصفة مبدئية، تعالج مصفوفة البوابات القابلة للبرمجة في الموقع إشارات الشوارب باستخدام نحو 40 ألف خلية عصبية اصطناعية وهيكل التواصل ذاته.

بناءً على هذا، يوفر لنا سكراتش بوت مثالا جيدًا على نهج محاكاة حيوية قوي لتصميم الروبوتات. فهو يوضح أنَّ علم الروبوتات قد أصبح الآن مسعى متعدد التخصصات، وهو يجمع في هذه الحالة بين علماء الروبوتات وعلماء السلوك الحيواني وعلماء الأعصاب. ويعد الروبوت نموذجًا عمليا لاختبار فرضيات علمية، وهي في هذه الحالة فرضيات عن كيفية عمل بعض أنظمة التحكم في مخ الجرذ، بينما يوفر في الوقت ذاته منصة اختبار لتطوير تقنية استشعار جديدة للروبوتات. ولا شك أنَّ الشوارب الاصطناعية من النوع الموجود في سكراتش بوت إضافة قوية لمجموعة المستشعرات المتاحة لمصممي الروبوتات.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

بذكرى شهادته.. جموع الزائرين تشيع النعش الرمزي للإمام الكاظم (عليه السلام) عند مرقده الطاهر في بغداد

العتبة العباسية المقدسة تنظم مجلس عزاء بذكرى شهادة الإمام الكاظم (عليه السلام)

جموع المؤمنين تشيّع النعش الرمزي للإمام الكاظم (عليه السلام) عند العتبتين المقدستين

شعبة التوجيه الديني النسوي تنظم مسابقة ميدانية بذكرى شهادة الإمام الكاظم (عليه السلام)

المزيد

الآخبار الصحية

الخبز الأسمر أم الأبيض.. أيهما أفضل لضبط سكر الدم؟

عقاقير التخسيس و"الانتحار".. الحكومة الأميركية تحسم الجدل

الهرم الغذائي الجديد.. لماذا يعد "انقلابا" في خارطة الطعام؟

لحماية ظهرك وقلبك في آن واحد.. ما وضعية النوم الصحيحة؟

المزيد

الآخبار التكنلوجية

كيف يعزز الضوء الطبيعي تفكيرك وانتباهك خلال اليوم

سابقة.. طاقم من محطة الفضاء الدولية يعود إلى الأرض مبكرا

منصات التواصل تضرّ بنفسية المراهقين… والفتيات الأكثر تأثرا

ابتكار ألماني قد يغيّر مستقبل صناعة البلاستيك

المزيد

مواضيع ذات صلة

كرونوس: دراسة حالة لروبوتات المستقبل التي تشبه البشر

الروبوتات الأليفة الروبوتات الحيوانية الشكل

الوادي الغريب

نحو تطوير روبوتات رفيقة : الروبوتات التي يمكننا التواصل معها

تطبيقات الروبوتات الشبيهة بالبشر

الروبوتات التي تشبه البشر والروبوتات البشرية

الروبوتات القابلة للتعلم

إيكو بوت روبوت بجهاز هضمي اصطناعي

الروبوتات القائمة على السلوك

كيفية تصميم روبوت مستقل

الروبوتات الحيوية

تصنيف الروبوتات