משתמש:Yamit29/מעבדה לרובוטיקה

רובוט מיוצר במעבדה לרובוטיקה רופין

במעבדה לרובוטיקה רופין

מעבדה לרובוטיקה היא מקום אך גם גישה מדעית והנדסית למחקר ופיתוח בתחום רובוטיקה. חוקרים ומפתחים ממספר תחומים עוסקים בבניית רובוטים, הן כמטרה בפני עצמה והן כמחקר בבינה מלאכותית. מעבדה כזאת מהווה אף כלי חיוני להוראת רובוטיקה בכל הרמות החל מגן ילדים ועד תארים אקדמיים מתקדמים. משתפים פעולה במעבדה מומחים מתחומים שונים כגון בינה מלאכותית, הנדסת אלקטרוניקה, מדעי המחשב, הנדסת תוכנה, הנדסת מכונות והנדסת ייצור.

לאור ההתפתחויות האחרונות בתחום תיקשוב ובינה מלאכותית, לרבות ירידה חדה בעלויות ייצור, המעבדה לרובוטיקה הופכת לזירת הייצור העיקרית.

הגישה

גישת המעבדה היא גישה עתיקת יומין למחקר ופיתוח. מבחינה אידיאולוגית היא קשורה למגמות כמו MAKER או TINKERING גישת הסטודיו ועוד. עם זאת זוהי פעילות הנדסית ייחודית ההופכת להיות אחד המנועים העיקריים להוראה והתקדמות טכנולוגית של המאה שלנו.

בסיס מדעי וטכנולוגי

מעבדה לרובוטיקה מהדור החדש יש לה מאפיינים ייחודיים. היא שונה ממעבדה מסורתית. קיימות גישות שונות. נדגים גישה אחת מייצגת על דוגמה של מעבדה לרובוטיקה ברופין - Ruppin Academic Center. בין מאפייניה המיוחדים של מעבדה מהדור החדש:

· התבססות על פרדיגמה מדעית מתקדמת – סביבת ידע אורגנית

· שיטות הנדסה מיוחדות, מותאמות על ידינו הן לרובוטיקה והן לידע אורגני:

· Agile and Adaptive Project Management מותאם על ידינו במיוחד למערכות ידע ורובוטיקה

· "מגע קל" (LIGHT TOUCH)

· "משקל קל" (LIGHTWEIGHT)

· יכולת גדילה מובנית (INNATE SCALABILITY)

· מולטידיסציפלינריות

· הנדסת פרוייקט פתוחה – שיתוף גורמים רבים מעולמות שונים יותר מן המקובל

· ניהול פרוייקט אורגני – מחזור חיים אורגני מותאם במיוחד לרובוטיקה

· התמחות בתחום החשוב ביותר של מערכות ידע ורובוטיקה – ה"מח", הדמיית מומחיות אנושית

· פיתוח חומרה ותוכנה בייצור עצמי, מותאם טוב בהרבה לצרכים מהמוצרים הסטנדרטים מן המדף (PREFAB)

· הפרוייקט והתהליך ההנדסי משלבים סימביוטית את כל הגורמים: אדם, מכונה, סביבה, תקשורת, ידע, אבולוציה

· קשר הדוק לתעשיה

· שינוי בסיס ושיטות ממתמטיזציית יתר (MATHEMATIZATION) לשיטות ממדעי הטבע ובמיוחד ביולוגיה

· הנדסת ידע הכוללת דע-כיצד (KNOW- HOW) תוצר של עשורים של נסיון וידע (ART)

הגישה האורגנית מבססת את הדמיית הבינה האנושית על מערכות מתוקשבות שהפיתוח שלהם מושרה לא על ידי מתמטיקה אלא על ידי ביולוגיה, ובפרט חוקי הברירה הטבעית של דרווין.

המערכת האורגנית:

• מחקה (וגם מהווה) מערכת אקולוגית
• משתשמת במנגנונים מובנים פרואקטיביים ללמידה
• תוך פעילות בסביבה טבעית
• אבולוציה מואצת
• בזכות בסיס ידע מובנה ומעורבות אנושית.

הייחודיות של המעבדה הינה בהיותה מתרכזת בהיבט ה"חוכמה" של הרובוט, כלומר ביכולתו לקבל החלטות, לפעול באופן עצמאי, ולהצליח במשימתו ללא מעורבות אדם. בדור הקודם הרוב הגדול של מעבדות רובוטיקה היו עוסקות בהיבטים מכניים או אלקטרוניים גדידא או היבטים טכניים כגון ראיה ממוחשבת. המעבדה ברופין מממשת הדמיית מומחיות אנושית על ידי הרובוט. זאת על ידי בניית מערכת ידע אורגנית.

במעבדה הולכת ומתגבשות לכלל תשתית סדורה ארכיטקטורות לסביבת פיתוח ממוחשבת, של שיטות ניהול והנדסה חדישות, טכנולוגיה חדשה של ניהול פרוייקט רובוטיקה והנדסת ידע.

פרוייקטים

דוגמאות לפרוייקטים במעבדה לרובוטיקה.

מהדר (COMPILER) לשפת תכנות רובוט דוברת עברית שנכתבה על ידינו – Hebot – (Hebrew robot)

בין מאפייניה הייחודיים של שפת התכנות שלנו:

· קלות רבה (שפה עילית באופן מוקפד)

· דוברת עברית במקור

מערכת ידע אורגנית לרובוטיקה מונחית עצמים בשפת C++

איפיון חומרה ותוכנה ואחר כך מחזור החיים המלא.

ROJECT – Robot proJECT - סביבת פיתוח מבוססת מערכת ידע אורגנית לרובוט

· מערכת ידע אורגנית לניהול פרוייקט רובוטיקה

· מחזור חיים אורגני

רובוט דמוי אדם מבוסס MECCANOID

הפיתוח נעשה תוך שיתוף פעולה עם אחת החברות המובילות בעולם בייצור רובוטים לשימוש ביתי, והחברה מספר אחת ברובוטים דמויי אדם לשימוש ביתי בעלת מוצר מסחרי. חברת מכאנו (MECCANO) היא אחת מהחברות הותיקות ביותר בעלות הכרות מותג מן הגבוהות ביותר. החברה פועלת עוד מהמאה ה- 19 (מייסדה Frank Hornby פיתח את הגישה ההנדסית ואת המוצר הבסיסי בשנת 1898 ורשם את הפטנט ואת חברת MECCANO בשנת 1901). הגישה ההנדסית שלו היתה מתקדמת ביותר: שימוש בחומרים ממוחזרים לבניית רובוטים (אז עוד לא ממוחשבים והראשונים אף לא חשמליים). אלה שימשו בהתחלה כצעצועים אך עם הזמן היוו בסיס לשיטות הנדסיות ולמוצרים רציניים ביותר בשיטת ה- CONSTRUCTOR המודולרי, הבנוי ממספר מינימלי של חלקים ומחברים סטנדרטיים. החברה היתה חברה מצליחה ביותר ומרכזית ביותר במאה ה-20.

כיום לחברה מספר מוצרים מסחריים ייחדויים בתחום הרובוטיקה. בולט בייחודיותו הינו רובוט דמוי האדם, הטומן בחובו "האנשה" מכוונת על ידי מרכיבים כגון:

· מראה דמוי אדם

· קלט מדמה אנושי (מזהה תנועות, VOICE RECOGNITION)

· למידה על ידי דוגמה

· פלט אנושי (קול אנושי, תנועות, יכולת לבצע התנהגויות כגון ריקוד, לספר בדיחות, ללמד אומנות לחימה, לעשות התעמלות ועוד)

· חוכמה באמצעות מיקרו-בקר (MICROCONTROLLER) היושב בתוך "מח" הבנוי בלבנה חכמה וניתן לתכנות במספר שיטות

בשיתוף פעולה עם החברה הקנדית אנו מפתחים הן תוכנה, והן חומרה והן סביבה למערכת ידע אורגנית שתשפר באופן קיצוני את השימושיות המוגבלת עימה בא הרובוט דמוי האדם.

רובוט מורה Dr Mec

Dr Mec הוא דוגמה לפיתוח מבוסס MECCANOID

רובוטיקה בשירות המיחזור

זהו נסיון לשחזר את המימוש המוצלח ביותר של הרעיונות המתקדמים של פרנק הורנבי מסוף המאה ה-19 שלמרבה הפלא נשארו מתקדמים ביותר אף כיום. הרעיון הבסיסי שלו הי הלבנות רובוט מחומרים ממוחזרים. הוא הצליח מעל המצופה והפך את המוצר לאחד הנפוצים והמצליחים עד היום. אלא שכיום, עם ההתפתחויות של התקשוב והבינה המלאכותית קיים צורך לעידכון המוצר לתנאים מיוחדים של המאה ה-21. על כן אנו עובדים על רובוט ממוחזר (REbot) מבוסס הנדסת ידע אורגנית.

Society of Robots בעקבות מרווין מינסקי – Society of Mind

הרובוטים משתפים פעולה מלידה בחברה שהיא רוויית רובוטים ונעדרת לחלוטין או כמעט לחלוטין בני אדם.

סביבה רובוטית (ROCIT – Robot Centered IT ) מרובת רובוטים כמערכת ידע אורגנית פעילה

כאן הורובטים הם בסביבה של בני אדם. עיקר הפיתוח הוא לייצר מנגנונים להתאמה לסביבה ולשירות בני האדם שבסביבתם. הרובוטים עצמאיים ושיתוף הפעולה שלהם כלל לא מובטח. החברה צומחת אבולוציונית.

TRANSFORMER רובוט "רובוטריק"

· מודולרי חכם

· ריבוי תפקידים ויכולת ללמוד פונקציונליות חדשה

· במספר מינימלי של פעולות תכנות, משתשמש, סביבה או למידה, הרובוט יהפוך לרובוט אחר

SHAPESHIFTER לובש-פושט צורה

· מבנה גמיש וזורם

· במספר מינימלי של פעולות על חומרה הרובוט יהפוך לרובוט אחר בעל ארכיטקטורה פונקציונליות ומראה שונים

בניית סביבת תכנות לרובוטיקה תעשייתית מעל ROBOCELL

מעטפת חכמה של ידע אורגני להרכבה ותכנות רובוטים MINDSTORM

רובוט ידע אורגני (OKbot) RUbot (RUPPIN robot)

סביבת למידה רובוטית לתעשיה – רובוט זרוע תעשייתי SCOREbot INTELITEK

רובוטיקה ביתית – בית חכם רובוטי

כולל, בנוסף למאפיינים הרגילים של בית חכם, רכיבים כמו:

· חישה אקטיבית, כגון מעקת אחרי עיני דיירי הבית והבעות פניהם

· מערכת ידע אורגנית הצופה את רצונות בעלי הבית ומבינה אותם

CARro מכונית חשמלית ללא נהג לילדים

פירוש המילה CARRO בספרדית הוא "מכונית" (בספרדית של דרום אמריקה) או "מרכבה" (בספרדית של חצי האי האיברי). אך השם של הרובוט שלנו גם נגזר פשוט מקיצור שתי המילים באנגלית "מכונית רובוטית" – CARrobot.

החומרה מבוססת על טרקטורון המתאים לילדים עד משקל 50 ק"ג. המכונית החשמלית הינה חזקה במיוחד ( מנוע V24) ובעלת מאפיינים מיוחדים כגון משקל נמוך במיוחד בשל שימוש בחומרים מתקדמים, עבירות ועוד. החומרה מבוססת ARDUINO תוך קישוריות WIFI.

המכונית אמורה לכלול מאפיינים מתקדמים ביותר כגון שידור מקום ותמונה ברזולוציה גבוהה (HD), מספר חיישנים גדול במיוחד, עקיפת מכשולים, מניעת תאונות, תקשורת דו צדדית, אפשרות לשליטה מרחוק. עיקר החוכמה של המכונית נעוצה במערכת ידע אורגנית מתקדמת ביותר. יתרון בולט שלה על פני הפיתוחים המתחרים (כולל המסחריים בהם מושקעים מליארדים של דולרים) הינו המחיר הנמוך, קלות הייצור, משקל, קלות הפעלה, בטיחות והתאמה מיוחדת לילדים.

מעבדה לרובוטיקה ימית

רקע

הים (במובנו הרחב הכולל את כל גופי המים על פני כדור הארץ) הוא המשאב העיקרי של האנושות. 71% מפני כדור הארץ מכוסים במים. 60% מתושבי כדור הארץ גרים לחופי גוף מים (ים או אגם). הים מהווה את חלק הארי של כוכב הלכת שלנו בכל מובן. הוא מכסה את רובו ומהווה את מקור החיים העיקרי. העובדה כי עד יום אנו לא התחלנו (יותר נכון - חזרנו) לחיות בתוכו או לעשות שימוש במשאביו העצומים נובעת אך ורק מסיבה אחת. עד היום לא היתה ברשותנו טכנולוגיה המאפשרת פעילות וחיים בתוך הים. זוהי רובוטיקה ימית.

בתחילת המאה ה-21 אנו נמצאים בפתח שינוי מיידי ומהפכני ביחסינו לים. מחד - קיים צורך חיוני בים כפי שמעולם לא היה. מאידך - לראשונה קיימת טכנולוגיה חדשה המאפשרת פעילות בים כמעט באותה קלות כמו על היבשה (ובמובנים רבים אף יותר בקלות מאשר על פני היבשה).

המהפכה המדעית-טכנולוגית הרביעית, היא מהפכת התקשוב והרובוטיקה, מאפשרת לנו כבר היום לפתח ולייצר רובוטים ימיים אשר מעניקים לנו הזדמנות יקרה מפז לחיות בתוך הים במלוא מובן המילה.חובתה של האקדמיה לתרום את חלקה לחקר הים והרובוטיקה הימית.

מעבדה כזאת הוקמה ברופין לאור מחסור בארץ של מעבדות כאלה מצד אחד, וקיום תשתית טכנולוגית למו"פ רובוטיקה במעבדה להנדסת ידע ורובוטיקה בראשה עומדת ד"ר רינה צביאל-גירשין מן הצד השני.

חזון

רבים מדברים על "ניצול הים". אנו לא נשתמש במינוח זה ולא במקרה, אלא בשל הגישה הבסיסית האידיאולוגית שלנו. הים הוא מקור החיים שלנו. יש להתייחס אליו בכבוד, בזהירות ובאהבה ולא "לנצלו". אחרת אנו עלולים לעולל לו אותה השואה האקולוגית אותה עוללנו לחלק משמעותי מן היבשה. לכן אנו נדבר על חיים בתוך הים. וכשמדובר על ההיבט התועלתני, נשתמש בביטוים כגון "שימוש בים" ו"ניצול משאבי הים". אך יש להבין כי הבסיס לכל גישתנו הינו כי כל שימוש בים חייב להעשות תוך זהירות מירבית והקפדה מירבית לא לפגוע באקולוגיה המופלאה שלו. אף כי אנו צופים כי כמותית השימוש בים יהא עצום, והחל מרגע מסויים ואילך גדול ברבה משימוש ביבשה, הרי איכותית, אופן השימוש בו יהא חכם הרבה יותר מהשימוש ההרסני שעשינו ביבשה. על כן אנו מעדיפים את הביטוי "חיים בים" ככולל כל שימוש תוך התניה כי הוא יעשה אך באופן מכבד, תוך סימביוזה והשתלבות במרקם החיים שלו.

החזון של מעבדה לרובוטיקה ימית הינו כי כבר בתקופה הקרובה (בעשור הקרוב) אנו נתחיל בחיים בים כפי שלא היו מעולם. לאחר מספר עשורים אנו צופים כי חלק ניכר ואולי אפילו רוב חיי האנושות יהיו בים. את הבסיס לחיים בים יהוו הרובוטים הימיים, אשר ביכולותיהם המיוחדות יפצו על אותן תכונות של בני האדם שעד כה מנעו מאיתנו את החיים בים.

התחזית היא כי בעשור הקרוב תבוא התפתחות מואצת של הרובוטיקה הימית (לצד מהפכה עצומה בחקר הים בכלל). רובוטים ימיים יאפשרו כל היבט של החיים בים, החל בחקלאות, עבודה ושימוש במשאבים, עבור דרך תקשורת ותחבורה, מחקר ולימוד ועד ספורט, בילוי ופנאי.

ישראל יכולה להיות בחוד החנית של התפתחות חדשה זאת, ולתפוס מקום של בכורה במחקר ובפיתוח (ואף שימוש) ברובוטיקה ימית.

בית הספר למדעי הים ברופין הייחודי בצירוף המעבדה לרובוטיקה המתקדמת ביותר של רופין איפשרו ליצור מעבדה לרובוטיקה ימית ברופין אשר תהווה מרכז מחקר מהמובילים בעולם בתחום זה. המחקר והפיתוח במעבדה לרובוטיקה ימית, בנוסף לתועלת הישירה העצומה שלו, יצור תשתית טכנולוגית חדשה ומתקדמת, אשר תאפשר אף קפיצה כמותית ואיכותית במחקר הימי.

הפרדיגמה

המחקר והפיתוח במעבדה לרובוטיקה ימית מתבסס על פרדיגמה חדישה , היא הגישה של מערכת ידע אורגנית. ד"ר רינה צביאל – גירשין, אשר עומדת בראש המעבדה, הינה שותפה לפיתוח הפרדיגמה לאורך כמעט שני עשורים אחרונים.

הגישה האורגנית מבססת את הדמיית הבינה האנושית על מערכות מתוקשבות שהפיתוח שלהם מושרה לא על ידי מתמטיקה אלא על ידי ביולוגיה, ובפרט חוקי הברירה בטבעית של דרווין. המערכת האורגנית מדמה מערכת אקולוגית והיא משתמשת במנגנונים מובנים פרו-אקטיביים ללמידה תוך פעילות בסביבה טבעית ואבולוציה מואצת בזכות בסיס ידע מובנה ומעורבות אנושית.

הייחודיות של המעבדה הינה בהיותה מתרכזת בהיבט ה"חוכמה" של הרובוט, כלומר ביכולתו לקבל החלטות, לפעול באופן עצמאי ולהצליח במשימתו ללא מעורבות אדם. שעה שהרוב הגדול של מעבדות רובוטיקה ימית עוסקות בהיבטים מכאניים גרידא או היבטים טכניים כגון ראיה ממוחשבת, המעבדה תעסוק בהדמיית מומחיות אנושית על ידי הרובוט הימי על ידי בניית מערכת ידע אורגנית.

MARINAbot

דגם ראשון - .01 MARINAbot - רובוט שט במי בריכת המים במעבדה להנדסת ידע ורובוטיקה רופין. בין תכונותיו המיוחדות של MARINAbot (המבדילות בינו לבין המו"פ המקובל סתחום רובוטיקה ימית):

· עצמאות פיתוח – הרובוט כולו חומרה ותוכנה כאחת - יהא תוצרת המעבדה

· עצמאות עבודה – הרובוט אמור לפעול ולקבל החלטות ללא מעורבות אדם

· בסיס ידע אורגני גדול במיוחד

· ריבוי חיישנים והיזון חוזר

· תיקשוב

· אבולוציה

· חברתיות (עבודה בשיתוף עם רובוטים אחרים וגורמים אחרים במערכת האקולוגית שלו)

· פרואקטיביות

· עלות נמוכה של הפיתוח, המוצר וההפעלה

פעילות רובוטית ימית

הפעילות הרובוטית הימית מתחלקת באופן הרחב ביותר לארבעה מרחבים:

· פעילות מעל הים

· פעילות על פני הים

· פעילות מתחת לפני הים

· פעילות על קרקעית הים

הגישה האינטגרטיבית כפי שמיושמת למשל במעבדה לרובוטיקה ימית רופים הינה שונה מיסודה. הנסיון הינו לשלב את כל מישורי הגובה מעל, על פני ומתחת לפני הים על ידי התייחסות אליהם כמערכת אקולוגית אחת, בה הרובוט אמור לעבור ממישמור למישור באופן טבעי ושקוף.

הפעילות תת הימית מתחלקת מצידה על פי עומק. החלוקה הגסה ביותר הינה עומק קרוב לאפס, היינו מייד מתחת לפני הים, שם הלחץ אינו בעל חשיבות כלל, לחץ נמוך ולחץ יותר גבוה. החלוקה היותר מדוייקת כוללת קטגוריות רבות על פי עומק.

ה"מח" של הרובוט, מערכת הידע שלו, אינו משתנה לפי עומק הצלילה ולכן אנו בשלב ראשון לא נבנה רובוטים לצלילה לעומק רב בשל עלותם הגבוהה והעדר יתרון מבחינה מחקרית.

הפיתוח מבחינת פרט-אוכלוסיה מתחלק חלוקה ראשית כך:

· רובוטים עצמאיים

· צוותי רובוטים

· אוכלוסיות רובוטים

· אקולוגיה רובוטית

אנו מנסים לבנות רובוטים מתוקשבים ברמה הגבוהה ביותר – של המערכת האקולוגית כולה.

הרובוטים מסווגים אף לפי פונקציונליות, בין השאר, למינים אלה:

· רובוט אוניברסלי

· סיור

· פיקוח ושליטה

· הגנה

· ליווי והצלה

· הובלה ותחבורה

· פועל:

o בנאי

o חקלאי

o מוביל

o כורה

o ועוד לאחר בניית אב טיפוס של רובוט אוניברסלי ותוך התסבססות עלהתשתית שלו, מתווספות התוכנה והחומרה לרובוטים בעלי התמחות. המטרה הינה בזכות הנדסת ידע נכונה להגיע לבניה מודולרית שתאפשר גמישות מירבית ועלות נמוכה במיוחד של פיתוח רובוט חדש בעל התמחות חדשה.

קישורים חיצוניים

• רובטיקה באתר 101Science
• אתר רובוטיקה ישראלי
• אשכול רובוטיקה ותבונה מלאכותית, באתר "הידען"
• שליטה און ליין על רובוט המאדים - מצפה הכוכבים ברקת
• אבני דרך, עשרת החידושים הבולטים של מדעי המחשב, באתר ifeel
• מערכות ייצור משולבות מחשב: מבוא ותוכן ממחושב; בקרה ספרתית; רובוטיקה; יישומי ראייה ב-CIM, האוניברסיטה הפתוחה, כרך א'
• ויג'יי קומאר: רובוטים שטסים.... ומשתפים פעולה זה עם זה – הרצאה באנגלית מאתר TED עם כתוביות בעברית
• אופיר דור, רובוטיקה, מקצוע מתפתח, באתר כלכליסט, 9 במאי 2013
• סינטיה בראזל: עלייתם של רובוטים לשימוש אישי – הרצאה באנגלית מאתר TED עם כתוביות בעברית
• FLL ישראל רובוטיקה בישראל
• האיגוד הישראלי לרובוטיקה

הערות שוליים

*