Ռոբոտների սենսորները այն զգայարաններն են, որոնք մեքենային թույլ են տալիս հասկանալ իր շրջապատը: Առանց դրանց ռոբոտը կշարժվեր կուրորեն և կբախվեր մոտակա ամեն ինչին: Իսկ դրանց շնորհիվ այն կարող է տեսնել խոչընդոտները, չափել հեռա որությունը և զգալ սեփական հոդերի դիրքը: Այս ուղեցույցը բացատրում է, թե ինչ են անում ռոբոտների սենսորները, որոնք են կիրառվող հիմնական տեսակները, և ինչպես են չմշակված ազդանշանները վերածվում իրական շարժման ֆիզիկական աշխարհում:
Ինչ են անում ռոբոտների սենսորները
Ռոբոտների սենսորները ֆիզիկական աշխարհը վերածում են տվյալների, որոնք համակարգիչը կարող է ընթերցել: Տեսախցիկը որսում է լույսը, իսկ խոսափողը՝ ձայնը: Յուրաքանչյուր սարք որևէ իրական ազդանշան վերածում է թվերի: Այնուհետև ռոբոտի «ուղեղը» կարդում է այդ թվերը և որոշում, թե ինչ անել հաջորդիվ:
Սա կարելի է պատկերացնել որպես ընկալում. առաջին քայլը նախքան որևէ գործողություն կատարելը: Նախ՝ սենսորը որսում է չմշակված ազդանշանը: Երկրորդ՝ ծրագրային ապահովումը մաքրում և մեկնաբանում է այդ ազդանշանը: Վերջապես, ռոբոտը գործում է ստացված արդյունքի հիման վրա: Քանի որ այս շրջափուլը կրկնվում է վայրկյանում բազմաթիվ անգամներ, մեքենան կարողանում է արձագանքել գրեթե ակնթարթորեն:
Ընկալումն ամենամեծ նշանակությունն ունի ինքնուրույն շարժվող մեքենաների համար: Այս ավելի լայն գաղափարն ուսումնասիրելու համար մեր մարմնավորված արհեստական բանականության (embodied AI) բլոգը ցույց է տալիս, թե ինչպես են բանականությունն ու մարմինը համատեղ աշխատում: Կարճ ասած՝ սենսորները ռոբոտին տալիս են այն «հումքը», որն անհրաժեշտ է նրա կայացրած յուրաքանչյուր խելացի որոշման համար:
Ռոբոտների սենսորների հիմնական տեսակները
Ինժեներները ռոբոտների սենսորները խմբավորում են ըստ իրենց հավաքած տեղեկատվության տեսակի: Մի խումբը վերաբերում է տեսողությանը, այսինքն՝ այստեղ ներառվում են տեսախցիկներն ու խորության սենսորները: Դրանք թույլ են տալիս ռոբոտին ճանաչել առարկաները և կազմել սենյակի քարտեզը: Արդյունքում, դրանց շնորհիվ է հիմնականում իրականացվում շարժական ռոբոտների նավիգացիան:
Երկրորդ խումբը չափում է մոտ գտնվելու աստիճանը: Օրինակ՝ մոտիկության սենսորը ֆիքսում է առարկայի մոտենալը՝ առանց որևէ ֆիզիկական հպման: Իսկ ուժի և հպման սենսորները ռոբոտին հայտնում են, թե որքան ամուր է այն բռնել որևէ առարկա: Դիրքի սենսորներն ամբողջացնում են այս շարքը՝ հետևելով յուրաքանչյուր հոդի թեքման անկյանը:
Յուրաքանչյուր տեսակ տարբեր հարցի է պատասխանում: Տեսողությունը հարցնում է՝ «ինչ կա այնտեղ», իսկ մոտիկությունը՝ «որքան մոտ է այն»: Հպումը հարցնում է՝ «որքան ամուր է իմ բռնվածքը»: Միասին վերցրած՝ այս ազդանշանները տալիս են ամբողջական պատկերը: Մարդանման ռոբոտը, օրինակ, կարող է միաժամանակ կրել տասնյակ սենսորներ: Դրանց աշխատանքին կարող եք ծանոթանալ ավտոնոմ շարժական ռոբոտների կամ մարդանման ռոբոտների մասին մեր բլոգներում:
Ինչպես են աշխատում մոտիկության և հեռավորության սենսորները
Հեռավորության չափումն ապահովում է ռոբոտների անվտանգությունը մարդկանց և առարկաների կողքին: Շատ մոդելներ ուղարկում են ազդանշան և հաշվարկում դրա վերադարձի ժամանակը: Քանի որ այդ ազդանշանի արագությունը հաստատուն է, ժամանակի միջոցով պարզ է դառնում հեռավորությունը: Այս պարզ մեթոդն ընկած է մի քանի տարածված տեսակի սենսորների աշխատանքի հիմքում:
Ուլտրաձայնային մոտիկության սենսորն արձակում է ձայնային ազդանշան և որսում դրա արձագանքը: Որքան ուշ է հասնում արձագանքը, այնքան հեռու է գտնվում առարկան: Ինֆրակարմիր սենսորներն աշխատում են նույն սկզբունքով, միայն թե ձայնի փոխարեն օգտագործում են լույս: Երկուսն էլ մոտակա խոչընդոտները հայտնաբերելու մատչելի և հուսալի միջոց են:
Լիդարը կիրառում է ավելի լայնածավալ և շատ ավելի արագ: Այն բոլոր ուղղություններով արձակում է արագ լազերային իմպուլսներ, ինչի շնորհիվ կարողանում է կազմել մանրամասն 3D քարտեզ: Ուստի, ինքնավար մեքենաները և պահեստային ռոբոտները մեծապես ապավինում են հենց այս տեխնոլոգիային: Ըստ «Բրիտանիկա» (Britannica) հանրագիտարանի ռոբոտատեխնիկայի ակնարկի՝ նման սենսորային համակարգերն այսօր ընկած են ամենաառաջադեմ մեքենաների հիմքում:
Զգայությունից մինչև գործողություն
Ինքնին սենսորը որևէ օգտակար գործողություն չի կատարում: Արժեքն ի հայտ է գալիս այն ժամանակ, երբ ռոբոտն այդ տվյալները վերածում է շարժման: Ուստի կառավարման համակարգը կարդում է ստացվող ազդանշանները և պլանավորում պատասխան գործողությունը: Այնուհետև այն հրահանգներ է տալիս շարժիչներին կամ ակտուատորներին (կատարողական մեխանիզմներին), որոնք շարժում են մեքենան:
Ակտուատորները այն «մկաններն» են, որոնք արձագանքում են սենսորներին: Երբ մոտիկության սենսորը պատ է նկատում, կառավարիչն անիվներին հրահանգում է դանդաղեցնել ընթացքը կամ շրջվել: Նմանապես, երբ հպման սենսորը դիմադրություն է զգում, բռնիչը թուլացնում է իր սեղմման ուժը: Զգայության և գործողության միջև այս սերտ կապն էլ հենց բնորոշում է ժամանակակից ռոբոտատեխնիկան: Փաստացի, տվյալների ընթերցումից մինչև արձագանքում ամբողջ շրջափուլը կարող է կրկնվել վայրկյանում հարյուրավոր անգամներ: Այդ արագությունը թույլ է տալիս ռոբոտին պահպանել կայունությունը նույնիսկ այն դեպքում, երբ շրջապատող միջավայրը փոխվում է:
Ռոբոտները հաճախ միաժամանակ համակցում են բազմաթիվ սենսորներ. մեթոդ, որը հայտնի է որպես սենսորների միաձուլում (sensor fusion): Քանի որ ոչ մի սենսոր առանձին վերցրած կատարյալ չէ, մի քանիսի համադրումն ապահովում է ավելի հաստատուն ու հուսալի պատկեր: Այն մեքենաներին ծանոթանալու համար, որոնք կիրառում են սա առօրյա կյանքում, կարդացեք սպասարկող ռոբոտների (service robots) մասին մեր բլոգը:
Ռոբոտների սենսորների սահմանափակումներն ու ապագան
Ռոբոտների սենսորները տպավորիչ են, սակայն դեռևս ունեն հստակ սահմանափակումներ։ Աղմուկը մշտական խնդիր է, քանի որ փոշին, լույսի շողերը կամ արձագանքը կարող են աղավաղել չափումների արդյունքները: Բացի այդ, այնպիսի բարձրակարգ սենսորները, ինչպիսին է լիդարը, շարունակում են թանկ արժենալ։ Այս պատճառներով նախագծողները պետք է հավասարակշռություն գտնեն արժեքի և ճշգրտության միջև։
Միջավայրը ևս մեկ մարտահրավեր է ստեղծում։ Տեսախցիկը դժվարությամբ է աշխատում մթության մեջ, իսկ ուլտրաձայնային սարքը թերանում է փափուկ, ձայնակլանիչ մակերեսների վրա։ Հետևաբար, ինժեներները համակցում են այնպիսի սենսորներ, որոնք լրացնում են միմյանց թույլ կողմերը։ Այս կրկնորդումը ռոբոտին հուսալի է դարձնում իրական աշխարհի խառնաշփոթ պայմաններում: Չափաբերումը նույնպես մշտական ուշադրություն է պահանջում, քանի որ չնչին շեղումը կարող է խաթարել հետագա բոլոր չափումները։
Ապագային միտված՝ սենսորները շարունակում են փոքրանալ, էժանանալ և արագորեն կատարելագործվել։ Ավելի հզոր չիպերը թույլ են տալիս ռոբոտներին մշակել ավելի շատ ազդանշաններ հենց սարքի վրա։ Ավելի նոր տակտիլ «մաշկերը» մեքենաներին նույնիսկ հպման զգացողություն են հաղորդում ողջ մակերևույթով մեկ: Արդյունքում մեքենաներն աշխարհը կընկալեն էլ ավելի բազմակողմանի ու հարուստ ձևով։ Ամփոփելով՝ ռոբոտների սենսորները մնում են այն հիմքը, որի վրա կառուցվում է յուրաքանչյուր գործունակ ֆիզիկական ռոբոտ: