الروبوتات المستقلة هي آلات ذكية يمكنها فهم بيئتها والتنقل فيها دون سيطرة أو تدخل بشري. على الرغم من الروبوت المستقل التكنلوجيا تعتبر الروبوتات ذاتية التحكم حديثة العهد نسبيًا، وهناك العديد من حالات الاستخدام المختلفة للروبوتات المستقلة في المصانع والمستودعات والمدن والمنازل. على سبيل المثال، يمكن استخدام الروبوتات المستقلة لنقل البضائع حول المستودعات، كما هو الحال في الشكل 1، أو القيام بعملية التوصيل للميل الأخير ، في حين أن أنواعًا أخرى من الروبوتات المستقلة يمكنها كنس المنازل أو جز العشب.
الشكل 1: يقوم الروبوت بتنفيذ المهام في المستودع. (المصدر: Texas Instruments)
تتطلب الاستقلالية أن الروبوتات يمكنها استشعار وتوجيه نفسها داخل بيئة معينة ، واكتشاف العوائق من حولها ديناميكيًا ، وتتبع تلك العقبات ، وتخطيط مسارها للوصول إلى وجهة محددة ، والتحكم في السيارة لاتباع تلك الخطة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يؤدي الروبوت هذه المهام فقط عندما يكون القيام بذلك آمنًا ، وتجنب المواقف التي تشكل مخاطر على البشر أو الممتلكات أو النظام المستقل نفسه.
مع عمل الروبوتات على مقربة أكبر من البشر أكثر من أي وقت مضى ، يجب ألا تكون مستقلة ومتحركة وموفرة للطاقة فحسب ، بل يجب أن تلبي أيضًا متطلبات السلامة الوظيفية. يمكن أن تساعد المستشعرات والمعالجات وأجهزة التحكم المصممين في الوصول إلى المتطلبات الصارمة لمعايير السلامة الوظيفية ، مثل اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) 61508.
اعتبارات الاستشعار في الروبوتات المستقلة
سوف يصطدم الروبوت بدون أجهزة استشعار حتمًا بالعقبات ، بما في ذلك الجدران أو الروبوتات الأخرى أو البشر ، ويمكن أن يؤدي إلى إصابات خطيرة. هناك عدة أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار التي يمكن أن تساعد في حل التحديات التي تشكلها الروبوتات المستقلة.
تحاكي مستشعرات الرؤية عن كثب رؤية الإنسان وإدراكه. يمكن لأنظمة الرؤية أن تحل تحديات التوطين واكتشاف العوائق وتجنب الاصطدام لأنها تتمتع بتغطية مكانية عالية الدقة والقدرة على ليس فقط اكتشاف الكائنات ولكن تصنيف تلك الكائنات. تعد مستشعرات الرؤية أيضًا أكثر فعالية من حيث التكلفة عند مقارنتها بأجهزة استشعار مثل LiDAR. ومع ذلك ، فإن مستشعرات الرؤية مكثفة للغاية من الناحية الحسابية.
يمكن لوحدات المعالجة المركزية المتعطشة للطاقة (CPUs) ووحدات معالجة الرسومات (GPU) أن تشكل تحديًا في أنظمة الروبوتات المستقلة ذات الطاقة المحدودة. عند تصميم نظام آلي موفر للطاقة ، يجب أن تكون المعالجة القائمة على وحدة المعالجة المركزية أو وحدة معالجة الرسومات في حدها الأدنى.
يجب أن يعالج النظام على الرقاقة (SoC) في نظام رؤية فعال سلسلة إشارة الرؤية بسرعات عالية وطاقة منخفضة ، مع تكاليف نظام محسّنة. يجب أن تقوم SoC أيضًا بإلغاء تحميل المهام المكثفة حسابيًا مثل معالجة الصور الخام ، وإزالة الانحناء ، وتقدير عمق الاستريو ، والقياس ، وإنشاء هرم الصورة ، والتعلم العميق لتحقيق أقصى كفاءة للنظام. يجب أن تكون SoCs المستخدمة لمعالجة الرؤية ذكية وآمنة وموفرة للطاقة ، والتي يمكن أن تحققها مستويات عالية من التكامل على الرقاقة في بنية SoC غير المتجانسة.
دعونا نلقي نظرة فاحصة على استخدام استشعار رادار الموجة المليمترية (mmWave) الخاص بشركة Texas Instruments (TI's) ، كمثال ، في الروبوتات المستقلة. يعد استخدام رادار TI mmWave في التطبيقات الروبوتية مفهومًا جديدًا نسبيًا ، ولكن فكرة استخدام استشعار TI mmWave للاستقلالية كانت موجودة منذ فترة. في تطبيقات السيارات ، يعتبر رادار TI mmWave أحد المكونات الرئيسية لأنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) وقد تم استخدامه لمراقبة محيط السيارة. يمكنك أن تأخذ بعضًا من نفس مفاهيم ADAS ، مثل مراقبة الرؤية المحيطية أو تجنب الاصطدام ، وتطبيقها على الروبوتات المستقلة.
يعتبر رادار TI mmWave فريدًا من منظور تكنولوجيا الاستشعار لأن هذه المستشعرات توفر معلومات النطاق والسرعة وزاوية وصول الكائنات وتوجيه الروبوت بشكل أفضل حول كيفية التنقل لتجنب الاصطدام. باستخدام الرادار مدخل بطاقة الذاكرة : نعم البيانات ، يمكن للروبوت أن يقرر إما الاستمرار بأمان في مساره أو الإبطاء أو حتى التوقف ، اعتمادًا على موضع وسرعة ومسار شخص أو كائن يقترب ، كما هو موضح في الشكل 2.
من المهم ملاحظة أن رادار TI mmWave يعرض البيئة بثلاثة أبعاد ، مما يمكّن المستشعر من إدراك الأشياء التي قد لا تكون مباشرة في مسار قيادة الروبوت. بسبب هذه القدرة على الاكتشاف ثلاثي الأبعاد ، يمكن لأجهزة استشعار الرادار TI mmWave أن توفر بالإضافة إلى ذلك معلومات الارتفاع التي تعتبر مهمة ليس فقط في اكتشاف الأجسام الملقاة على الأرض ولكن أيضًا الكائنات التي قد تكون بارزة في مسار الروبوت من الأعلى.
يمكن أيضًا لأجهزة استشعار TI mmWave الكشف عن الزجاج والمواد الشفافة الأخرى التي قد "تراها" أجهزة الاستشعار الأخرى مثل الكاميرات و LiDAR من خلال الكائن الشفاف وتفشل في الكشف عنها بدقة. يعتبر رادار TI mmWave أكثر قوة في الظروف البيئية الصعبة حيث تميل المستشعرات الضوئية إلى أن تكون أكثر صعوبة. نظرًا لأن رادار TI mmWave يستخدم موجات الراديو بدلاً من الضوء لاكتشاف الأشياء ، فهو محصن ضد العوامل البيئية مثل الإضاءة المنخفضة والمطر والضباب والغبار والدخان.
الشكل 2: روبوت المستودع يستخدم الاستشعار بالرادار. (المصدر: شركة Texas Instruments Inc.)
معالجة مشاكل الروبوتات المعقدة المعقدة باستخدام اندماج المستشعرات والذكاء الاصطناعي
بالنسبة لتطبيقات الروبوت الذاتي الأكثر تعقيدًا ، قد لا يكون جهاز استشعار واحد كافيًا لتمكين الاستقلالية ، بغض النظر عن نوع المستشعر. طرائق الاستشعار المختلفة لها نقاط قوة وقيود مميزة.
يعد الرادار مناسبًا جيدًا لاكتشاف الكائنات ويوفر نطاقًا طويلاً من الرؤية في البيئات الصعبة ولكن له قيود عندما يتعلق الأمر بتصنيف الكائن أو دقة حافة الكائن. يمكن أن توفر مستشعرات LiDAR الدقة والدقة ولكن يمكن أن تكون مكلفة وتتطلب الكثير من الطاقة. يمكن أن توفر مستشعرات الرؤية تصنيف الكائنات وذكاء المشهد بدقة عالية ولكن يمكن أن تكون مكثفة من الناحية الحسابية وتتطلب مصدر ضوء خارجي للعمل. في النهاية ، يجب أن تكمل أجهزة الاستشعار مثل الكاميرا أو الرادار بعضها البعض في النظام. يمكن أن تساعد الاستفادة من نقاط القوة لطرائق أجهزة الاستشعار المختلفة من خلال اندماج المستشعرات في حل بعض تحديات الروبوت المستقل الأكثر تعقيدًا.
بينما يساعد اندماج المستشعرات الروبوتات المستقلة على أن تكون أكثر دقة ، فإن استخدام الذكاء الاصطناعي على الحافة يمكن أن يساعد في جعل الروبوتات ذكية. يمكن أن يساعد دمج الذكاء الاصطناعي في أنظمة الروبوت المستقلة في تمكين الروبوتات من الإدراك الذكي واتخاذ القرارات وتنفيذ الإجراءات.
يمكن للروبوت المستقل المزود بالذكاء الاصطناعي اكتشاف الكائن وموضعه بذكاء ، وتصنيف الكائن ، واتخاذ الإجراءات وفقًا لذلك. على سبيل المثال ، عندما يتنقل الروبوت في مستودع مزدحم ، يمكن أن يساعد الذكاء الاصطناعي الروبوت في استنتاج أنواع الكائنات - بما في ذلك البشر ، أو الصناديق ، أو الآلات ، أو حتى الروبوتات الأخرى - في طريقه وتحديد الإجراءات المناسبة للتنقل حولها.
يمكن أن يساعد الذكاء الاصطناعي أيضًا الروبوتات في أداء مهام محددة بشكل أكثر استقلالية. على سبيل المثال ، إذا كان الروبوت يقوم بتحريك دمية حول مستودع ، فإن الذكاء الاصطناعي القائم على الرؤية يساعد الروبوت على اكتشاف واستنتاج وضعية وموقع الدمية حتى يتمكن الروبوت من وضع نفسه بدقة ، والتعلق بالدمية ، ثم نقلها حول أرضية المستودع.
عند تصميم نظام روبوت يشتمل على الذكاء الاصطناعي ، يجب أن تكون هناك اعتبارات تصميم لكل من الأجهزة والبرامج. من الناحية المثالية ، يجب أن تحتوي SoC على مسرعات للأجهزة لوظائف الذكاء الاصطناعي للمساعدة في أداء المهام الحاسوبية المكثفة في الوقت الفعلي. يمكن أن يساعد الوصول إلى بيئة تطوير برامج AI سهلة الاستخدام في تبسيط عمليات تطوير التطبيقات ونشر الأجهزة وتسريعها.
وفي الختام
يعد تصميم روبوتات أكثر ذكاءً واستقلالية أمرًا ضروريًا لمواصلة تحسين الأتمتة. يمكن استخدام الروبوتات في المستودعات والتسليم لمواكبة نمو التجارة الإلكترونية وتعزيزه. يمكن للروبوتات أداء المهام المنزلية العادية مثل الكنس والقص. يؤدي استخدام الروبوتات المستقلة إلى إطلاق العنان للإنتاجية والكفاءة التي تساعد على تحسين وإضافة قيمة إلى حياتنا.
عن المؤلفين
مانيشا أغراوال مهندس تسويق منتجات لخط إنتاج معالجات جاسينتو. لديها سنوات من الخبرة في معالجة إشارات الرؤية الشاملة على TI SoCs من خلال أدوار مختلفة في البرمجيات والتطبيقات وهندسة الأنظمة. ينصب تركيزها ومجال اهتمامها مؤخرًا على الذكاء الاصطناعي والروبوتات. مانيشا حاصلة على ماجستير في الهندسة الكهربائية من IIT Kanpur ، الهند ، وتحمل ثلاث براءات اختراع باسمها.
Jitin George هو مهندس تسويق منتجات لأجهزة استشعار الرادار mmWave الصناعية في Texas Instruments. منذ عام 2019 ، قاد جهود التسويق العالمية للرادار الصناعي في أتمتة المصانع ، مع التركيز بشكل خاص على تنمية الأعمال في سوق الروبوتات.
Sam Visalli هو مدير الأنظمة لخط إنتاج Sitara MCU. قضى Sam السنوات العديدة الماضية في العمل كمدير للسلامة الوظيفية لخطوط إنتاج معالجات Jacinto و Sitara. لقد ساعد TI في تصميم المنتجات والأنظمة لتطبيقات السلامة الوظيفية المتنوعة مثل القيادة المستقلة وأتمتة المصانع والروبوتات. يعمل سام أيضًا في اللجان الأمريكية لمعايير السلامة الوظيفية IEC61508 و ISO26262 ويعمل مع العديد من مبادرات السلامة الوظيفية على مستوى TI.
حول شركة Texas Instruments