بخشی از مقاله
هوش مصنوعی یا robat
هوش مصنوعي بطور خلاصه تركيبي است از علوم كامپيوتر ، فيزيولوژي و فلسفه ، اين شاخه از علوم بسيار گسترده و متنوع است و از موضوعات و رشته هاي مختلف علوم و فن آوري ، مانند مكانيزم هاي ساده در ماشين ها شروع شده ، و به سيستم هاي خبره ختم مي شود ، هدف هوش مصنوعي بطور كلي ساخت ماشيني است كه بتواند « فكر » كند . اما براي دسته بندي و تعريف ماشينهاي متفكر ، مي بايست به تعريف « هوش » پرداخت . همچنين به تعاريفي براي «
آگاهي » و « درك » نيز نيازمنديم و درنهايت به معياري براي سنجش هوش يك ماشين نيازمنديم .
به مدد تحقيقات وسيع دانشمندان علوم مرتبط ، هوش مصنوعي از بدو پيدايش تاكنون راه بسياري پيموده است . در اين راستا ، تحقيقاتي كه بر روي توانايي آموختن زبان ها انجام گرفت و همچنين درك عميق از احساسات ، دانشمندان را در پيشبرد اين علم ، ياري كرده است . يكي از اهداف متخصين ، توليد ماشينهايي است كه داراي احساسات بوده و حداقل نسبت به وجود خود و احساسات خود واقف باشند. اين ماشين بايد توانايي تعميم تجربيات قديمي خود در شرايط مشابه جديد را داشته و به اين ترتيب اقدام به گسترش دامنه دانش و تجربياتش كند.
براي مثال به رباتي هوشمند بيانديشيد كه بتواند اعضاي بدن خود را به حركت درآورد ، او نسبت به اين حركت خود آگاه بوده و با سعي و خطا ، دامنه حركت خود را گسترش مي دهد ، و با هر حركت موفقيت آميز يا اشتباه ، دامنه تجربيات خود را وسعت بخشيده و سرانجام راه رفته و يا حتي مي دود و يا به روشي براي جابجا شدن ، دست مي يابد ، كه سازندگانش ، براي او ، متصور نبوده اند.
آنها بدنبال ساخت ماشيني مقلد هستند ، كه بتواند با شبيه سازي رفتارهاي ميليونها سلول مغز انسان ، همچون يك موجود متفكر به انديشيدن بپردازد.
مباحث هوش مصنوعي قبل از بوجود آمدن علوم الكترونيك ، توسط فلاسفه و رياضي داناني نظير بول (Boole) كه اقدام به ارائه قوانين و تئوري هايي در باب منطق نمودند، مطرح شده بود . در سال 1942 ، با اختراع كامپيوترهاي الكترونيكي ، هوش مصنوعي ، دانشمندان را به چالشي بزرگ فراخواند، بنظر مي رسيد ، تكنولوژي در نهايت قادر به شبيه سازي رفتارهاي هوشمندانه خواهد بود.
با وجود مخالفت گروهي از متفكرين با هوش مصنوعي كه با ديده ترديد به كارآمدي آن مي نگريستند تنها پس از چهار دهه شاهد تولد ماشينهاي شطرنج باز و ديگر سيستمهاي هوشمند در صنايع گوناگون هستيم .
هوش مصنوعي كه همواره هدف نهايي علوم كامپيوتر بوده است ، اكنون در خدمت توسعه علوم كامپيوتر نيز مي باشد، زبانهاي برنامه نويسي پيشرفته ، كه توسعه ابزارهاي هوشمند را ممكن مسازند ، پايگاههاي داده اي پيشرفته ، موتورهاي جستجو ، و بسياري نرم افزارها و ماشينها از نتايج تحقيقات هوش مصنوعي بهره مي برند.
در سال 1950 آلن تورينگ (Alain Turing) ، رياضي دان انگليسي ، معيار سنجش رفتار يك ماشين هوشمند را چنين بيان داشت :
« سزاوارترين معيار براي هوشمند شمردن يك ماشين ، اين است كه آن ماشين بتواند انساني را توسط يك پايانه ( تله تايپ ) به گونه اي بفريبد كه آن فرد متقاعد گردد با يك انسان روبه رو است ».
در اين آزمايش شخصي از طريق 2 عدد پايانه ( كامپيوتر يا تله تايپ ) كه امكان برقراري ارتباط (Chat) را براي وي فراهم مي كنند با يك انسان و يك ماشين هوشمند ، بطور همزمان به پرسش و پاسخ مي پردازد ، در صورتي كه وي نتواند ماشين را از انسان تشخيص دهد ، آن ماشين ، هوشمند است .
آزمايش تورينگ :
آزمايش تورينگ از قرار دادن انسان و ماشين بطور مستقيم در برابر يكديگر اجتناب مي كند و بدين ترتيب ، چهره و فيزيك انساني مد نظ آزمايش كنندگان نمي باشد . ماشيني كه بتواند از پس
آزمون تورينگ برآيد ، از تفكري انساني برخوردار است .
مدل سازي نحوه تفكر انسان ، تنها راه توليد ماشينهاي هوشمند نيست . هم اكنون دو هدف براي توليد ماشينهاي هوشمند ، مدنظر است ، كه تنها يكي از آن دو از الگوي انساني جهت فكر كردن بهره مي برد :
سيستمي كه مانند انسان فكر كند . اين سيستم با مدل كردن مغز انسان و نحوه انديشيدن انسان توليد خواهد شد و لذا از آزمون تورينگ سربلند بيرون مي آيد ، از اين سيستم ممكن است اعمال انساني سربزند.
سيستمي كه عاقلانه فكر كند ، سيستمي عاقل است كه بتواند كارها را درست انجام دهد ، در توليد اين سيستم ها نحوه انديشيدن انسان مد نظر نيست ، اين سيستم ها متكي به قوانين و منظقي هستند كه پايه تفكر آن ها را تشكيل داده و آن ها را قادر به استنتاج و تصميم گيري مي نمايد. آنها با وجود كه مانند انسان نمي انديشند ، تصميماتي عاقلانه گرفته و اشتباه نمي كنند. اين ماشينها لزوما دركي از احساسات ندارند. هم اكنون از اين سيستم ها در توليد Agent
ها در نرم افزارهاي كامپيوتري ، بهره گيري مي شود ، Agent ، تنها مشاهده كرده و سپس عمل مي كند.
Agent قادر به شناسايي الگوها و تصميم گيري براساس قوانين فكر كردن خود است . قوانين و چگونگي فكر كردن هر Agent در راستاي دستياي به هدفش ، تعريف مي شود . اين سيستم ها براساس قوانين خاص خود فكر كرده و كار خود را به درستي انجام مي دهند. پس عاقلانه رفتار مي كنند ، هر چند الزاماٌ مانند انسان فكر نمي كنند.
با وجودي كه برآورده سازي نيازهاي صنايع نظامي ، مهمترين عامل توسعه و رشد هوش مصنوعي بوده است ، هم اكنون از محصولات اين شاخه از علوم در صنايع پزشكي ، رباتيك ، پيش بيني وضع هوا ، نقشه برداري و شناسايي عوارض ، تشخيص صدا و دست خط و بازي ها و نرم افزارهاي كامپيوتري استفاده ميشود.
ربات تعقيب خط ، نوعي از ربات است كه وظيفه اصلي آن تعقيب كردن مسيري به رنگ مثلاٌ سياه در زمينه اي به رنگ متفاوت مشخصي مثلاٌ سفيد است .
يكي از كاربردهاي عمده اين ربات ، حمل و نقل وسايل و كالاهاي مختلف در كارخانجات ، بيمارستان ها ، فروشگاه ها ، كتابخانه ها و ... مي باشد.
ربات تعقيب خط تا حدي قادر به انجام وظيفه كتاب داري كتابخانه ها
مي باشد. به اين صورت كه بعد از دادن كد كتاب ، ربات با دنبال كردن مسيري كه كد آن را تعيين مي كند ، به محلي كه كتاب در آن قرار گرفته
مي رود و كتاب را برداشته و به نزد ما مي آورد.
مثال ديگر كاربرد اين نوع ربات در بيمارستان هاي پيشرفته است ، كه بيمارستان هاي پيشرفته خط كشي هايي به رنگ هاي مختلف به منظور هدايت ربات هاي پس فايندر به محل هاي مختلف – مثلا رنگ قرمز به اتاق جراحي يا آبي به اتاق زايمان وجود دارد. بيماراني كه توانايي حركت كردن و جابجا شدن را ندارند و بايد از ويلچر ( ويلچير = wheelchair ) استفاده كنند ، اين ويلچير نقش ربات تعقيب خط را دارد ، و بيمار را از روي مسير مشخص به محل مطلوب مي برد . و خلاصه
كاربردهاي فراواني دارد و اگر روزي بشود در زندگي مان بكار بريم ، خيلي كيف دارد.
الگوريتم مسير يابي :
الگوريتم مسيريابي بايد طوري نوشته شود تا ربات بتواند هرگونه مسيري
را ، با هر اندازه پيچ و خم دنبال كند ، به طوري كه خطاي آن مينيمم باشد. تجربه نشان مي دهد كه بهترين روش براي يافتن و دنبال كردن مسير ، استفاده از 4 سنسور است . البت
ه با استفاده از حداقل 2 سنسور نيز مي توان ربات مسيرياب ساخت ، ولي قضيه دو دوتا 4 تاست ! يعني با كم كردن سنسور ضريب اطمينان ربات نيز كاهش مي يابد. ( اتفاقا اصلا اين قضيه صادق نبود ، احتمالاٌ تغيير هر چقدر پول بدي ، متراژ بيشتري پيترا متري
مي خوري مناسب تر باشد !)
وظيفه سنسورهاي 1 و 2 تشخيص پيچ هاي مسير و سنسور 3 مقدار چرخش ربات به جهات مختلف را تعيين مي كند.
يعني زماني كه سنسور 3 در زمينه سفيد قرار گرفت ، چرخ هاي ربات آن قدر به سمت چپ يا راست مي چرخند تا سسنسور شماره 3 روي خط سياه قرار گيرد. يكي از دلايل سنسور سوم موجود انتهاي مسير و چرخش 180 درجه ربات و برگشتن است . در ضمن اين سنسور باعث مي شود كه ربات
سريع تر پيچ ها را ببيند و خطاي منحرف شدن از خط در سر پيچ ها به حداقل مي رسد. همچنين اگر خطوطي عمود بر خط مستقيم و شمارش اين خطوط به نوعي مفيد باشد ، توسط سنسورهاي 1 و 2 به همراه 3 انجام مي شود ، به اين صورت كه اگر سنسورهاي 1 و 2 و 3 هر سه سياه بود ، يعني ربات از يك خط عمود بر خط مستقيم عبور كرده است .
براي درك بهتر نحوه عملكرد سنسورها و ارتباط آن با وضعيت چرخ هاي ربات به جدول زير نگاه كنيد :
بايد توجه داشت كه اگر از سنسورهاي LDR در ربات استفاده شد. نور محيط ثابت باشد ، طوريكه نور تابيده شده به سنسورها در ابتداي و انتهاي مسير تفاوت چنداني نداشته باشد. زيرا در غير اينصورت در عملكرد ربات اختلال ايجاد مي شود.
براي رفع اين مشكل اصول لامپ هاي LDR با لامپ هاي حبابي استفاده
مي شود كه منجر به يكنواخت شدن نور محيط مي گردد.
انواع مقاومت هاي نوري :
انواع مقاومت هاي متغيري كه در طراحي مدارهاي ربات با آن سرو كار
داريم ، عبارتند از :
1) ترميستور (Termistor) : كه مقاومت آن با تغييرات دما تغيير مي كند و يكي از كاربردهاي آن در ترموستات الكترونيكي مي باشد.
2) Strain gauge : كه مقاومت آن با تغييرات نيرو و فشاري كه به آن وارد مي شود ، تغيير مي كند.
3) (Light Depondent Resistor) LDR : يك نوع سيستم نوري است كه بر اثر تغييرات انعكاس نور بر سطح آن ، مقاومتش تغيير مي كند.
اين مقاومت داراي سطحي صاف مي باشد كه به عنوان گيرنده عمل مي كند. ماده اي كه در آن استفاده مي شود ، سولفيد كادميم (cds) كه يك نيمه هاد
ي است ، مي باشد و عموما PhotoCell ناميده مي شود كه در سلول هاي نوري به كار مي روند. البته كه اين فتوسل ها مانند سلول هاي خورشيدي ، الكتريسيته توليد نمي كنند.
از نمودار پيداست كه تغييرات مقاومت در مقابل روشنايي ، خطي نمي باشد.
اين سنسورها معمولا در مقابل طيف نوري كه نزديك به نور
مي رسد ، بيشتر شود ، سرعت پالس خروجي افزايش مي يابد. در واقع Light Neuron مي تواند به عنوان Clock Pulse در چيپ هاي كنترل كننده ، Stepper Motor مثل UCN5804 به كار رود، يعني هنگامي كه شدت نور تابيده شده به LDR افزايش يابد ، سرعت Stepper Motor نيز افزايش مي يابد.
LED :
يكي ديگر از المان هايي كه در مدار تعقيب خط از آن استفاده مي شود ، LED يا Light Emitting Diode است . LED همان طور كه از اسمش پيداست ، براي ساطع كردن نور به كار مي رود . هرگاته با اعمال ولتاژ 2 ولت از كاتد به آند جريان برقرار شود ، LED روشن مي شود و اگر ولتاژي بيش از اين مقدار اعمال شود ، LED مي سوزد . بهتر است يك مقاومت مناسب با آن سري كنيم تا جريان ورودي ، بين 25-5 ميلي آمپر كنترل شود. (اين محدوده بهترين نرخ تغييرات جريان براي روشن شدن است ).
Infrared Receiver :
اگر كاغذ سفيد زير سنسورهاي مادون قرمز بگذاريم ، بيشترين بازتابش را داريم ، و بيس receiver فعال مي شود. برحسب اختلاف پتانسيلي كه در دو سر رسيور ايجاد ميشود ، و مقايسه اين اختلاف پتانسيل با ولتاژ مرجع كه خودمان تنظيم كرده ايم ، مقايسه گر (Comparator) خروجي صفر با يك
مي دهد.
سنسورهاي مادون قرمز نورهايي با فركانس پائين را مي توانند تشخيص دهند. اينفرارد سنسورز فقط امواج مادون قرمز را مي بيند و اين از مزيت
آن ها است ، زيرا امواج IR – كه ويليام هرسكل آن را كشف كرد – در فركانس 40 KHz هستند و رسيور هم طوري طراحي شده كه قادر است سيگنال هايي كه در حوزه KHz 40 مي باشند را دريافت كند. كه اين به يك ارتباط قوي بين گيرنده و فرستنده منجر مي شود.
بررسي نحوه عملكرد A/D Comparator :
وقتي سنسور در ربات طراحي مي شود ، ممكن اس
ت اين سئوال پيش آيد كه : ربات چگونه سيگنال سنسورها را مي خواند ؟ ربات با مقادير ديجيتال كار
مي كند. پس بايد مقادير آنالوگ دريافتي از سنسور را به ديجيتال تبديل كنيم . درنتيجه نياز به يك (Analogue Digital Convertor) ADC داريم تا مقادير آنالوگ را دريافت كند و به صورت اعداد باينري به cpu ربات ارسال نمايد . مبدل ADC نياز به يك ميكروكنترلر يا مدار ديج
يتالي دارد تا اطلاعات در آن تجزيه و تحليل شود ، اما امروزه مقايسه گر (Comparator) جايگزين ADC شده است .
همان طور كه از اسمش پيداست ، مقايسه گر مي تواند دو ولتاژ را به هم مقايسه كند. يكي از اين دو ولتاژ ، ولتاژ رفرنس است كه ما بايد آن را تنظيم كنيم – و ولتاژ ديگر ، همان ولتاژ سنسور است .
خروجي مقايسه گر كه به ورودي كامپيوتر وصل مي شود ، و كامپيوي دهد.
مدار تعقيب خط با استفاده از سنسورهاي IR :
نحوه قرارگيري سنسورها به اين صورت است كه سنسور وسط روي مسير و دو سنسور ديگر در طرفين مسير و نزديك آن نصب مي شوند. و چون از سنسور IR استفاده مي شود ، بهتر است سرهاي Send/receive با زاويه اي خاص روبه روي هم قرار گيرند. به طوري كه از امتداد آن يك مثلث
متساوي الساقين ايجاد شود . در اين حالت است كه رسيور بيشترين دريافت را دارد .
تعقيب خط فازي :
امروزه براي بالا بردن ضريب اطمينان تعقيب خط ربات ها از الگوريتم
« تعقيب خط فازي » استفاده مي كنند. به اين صورت كه مقايسه گر فقط مقادير باينري را از سنسور دريافت نمي كند. بلكه مقادير عددي ديگري را كه در رنج صفر تا يك قرار دارن
د ، نيز دريافت مي كند.
يعني قبل از اين كه سنسور وسط كاملا از خط سياه ( مسير ) خارج شود و پيغام سفيد بودن سطح زير را به مقايسه گر بدهد ، برطبق ولتاژ دريافتي از خروجي سنسور ، مقايسه گر موقعيت را در هر لحظه گزارش مي دهد ، و براساس اين خروجي ها ، موتورهاي ربات فرمان چرخيدن يا توقف دريافت مي كنند.
انواع ربات :
ربات يك كلمه گرفته شده از كشور چكسلواكي و به معني كارگر است . سابقه ساخت ربات به 270 سال قبل از ميلاد مسيح بر مي گردد ، زماني كه يونانيان به ساخت مجسمه هايمتحرك مي پرداختند.
ربات هاي امروزي كه شامل قطعات الكترونيكي و مكانيكي هستند در ابتدا به صورت بازوهاي مكانيكي براي جابجايي قطعات و يا كارهاي ساده و تكراري كه موجب خستگي و عدم تمركز كارگر و افت بازده ميشد بوجود آمدند. اينگونه رباتها جابجاگر (manipulator) نام دارند.
جابجاگرها معمولا در نقطه ثابت و در فضاي كاملا كنترل شده در كارخانه نصب مي شوند و به غير از وظيفه اي كه به خاطر آن طراحي شده اند قادر به انجام كار ديگري نيستند. اين وظيفه مي تواند در حد بسته بندي توليدات ، كنترل كيفيت و جدا كردن توليدات بي كيفيت ، و يا كارهاي پيچيده تري همچون جوشكاري و رنگزني با دقت بالا باشد.
نوع ديگر رباتها كه امروزه مورد توجه بيشتري است رباتهاي متحرك هستند كه مانند رباتهاي جابجا كننده در محيط ثابت و شرايط كنترل شده كار
نمي كنند. بلكه همانند موجودات زنده در دنياي واقعي و با شرايط واقعي زندگي مي كنند و سير اتفاقاتي كه ربات بايد با آنها روبرو شود از قبل مشخص نيست . در اين نوع ربات هاست كه تكنيك هاي هوش مصنوعي ميبايست در كنترلر ربات ( مغز ربات ) به كار گرفته شود.
رباتهاي متحرك به دسته هاي زير طبقه بندي مي شوند :
1- رباتهاي چرخ دار با انواع چرخ عادي :
2- رباتهاي پادار :
3- رباتهاي پرنده :
4- رباتهاي چندگانه :
كوچكترين ربات دنيا :
اين ربات كه اليس (Alice) اسمش هست به اندازه ي حبه قند طول و عرض و ارتفاعش 2 سانتي متره . اين ربات رو همكار ژيل براي پروژه دكتراش ساخت و چهار ماه پيش از تزش دفاع كرد.
نمونه رباتهاي كوچولو در چند دانشگاه ديگه از جمله ام آي تي هم ساخته شده ولي يا اندازه اونا به اين كوچكي نيست يا اينكه به اين اندازه خود مختار نيستند.
اليس دو تا چرخ داره و هر چرخ به يه موتور ساعت وصله ! اين موتورهاي يه نوع ساعت خيلي دقيق سواچ هستند و كنترلشون با كنترل موتورهاي عادي فرق داره و خيلي پيچيده تره .
موتورهاي ساعت به صورت تجاري موجود نيستند و شركت سواچ هم علاقه اي به كار رباتيكي نداره به همين دليل اين ربات فقط جنبه تحقيقاتي داره و نتونسته به صورت محصول تجاري به بازار بياد. ما موتور ساعت رو
مي بريم و دو تكه مي گذيم و فقط از يه قسمتش كه شامل سيم پيچ و چرخ دنده هاي خيلي ريزه استفاده مي كنيم . چرخ سوم ربات كه فقط يه نقطه اتكا براي پاي دار نگهداشتن ربات هست ته يه سوزن ته گرده كه به چارچوب پلاستيكي ربات فرو شده ! و در حق
يقت چرخ نيست فقط رو سطح صاف
سر مي خوره .
اين ربات چهار تا سنسور مادون قرمز داره و با اونا اشيا اطراف رو تا فاصله سه ، چهار سانتي متري تشخيص ميده ، يه سنسور جلو ربات نصب شده يكي عقب و دوتاي ديگه هم قسمت جلو سمت راست و چپ يه ماژول دريافت سيگنال از كنترل تلويزيون هم داره ( اون نيم كره سياه رنگ ) كه مي تونين با استفاده از كنترل هاي موجود در بازار به اون دستور بدين .
