- PhoneBot يحول هواتف Android القديمة إلى روبوتات مشي.
- يستخدم الروبوت محركات سيرفو DYNAMIXEL منخفضة التكلفة للتحكم في الحركة.
- يتم تدريب الشبكة العصبية لوحدة التحكم في المشي عبر التعلم المعزز لتحسين كفاءة المشي.
- لا يزال يفتقر إلى الذراعين، وجاري تحسين قدرته على المشي على الأسطح غير المستوية.
مشروع روبوتي يحمل اسم PhoneBot يستغل إمكانات هواتف Android القديمة، مانحاً إياها حياة ثانية. وقد طور هذا المشروع مفتوح المصدر مختبر الروبوتات والميكانيكا في جامعة كاليفورنيا بلوس أنجلوس (UCLA)، ويبلغ ارتفاع PhoneBot حوالي 19 بوصة، ويقل وزنه عن 4 أرطال. استخدم الباحثون هاتفاً ذكياً عادياً ليكون بمثابة جذع الروبوت، مستفيدين من كاميرا الهاتف، ومستشعرات الحركة، والمعالج، والاتصال اللاسلكي للرؤية، واستشعار التوازن، وحساب الحركة.
تبلغ تكلفة جسم الروبوت بالكامل، ومحركات، والمكونات الإلكترونية الداعمة حوالي US$400 (نحو HK$3,120)، بينما يصبح الهاتف المتغير الرئيسي. ولتبسيط تصميم المكونات الإلكترونية، لا يتطلب استبدال الهاتف إعادة توصيل الأسلاك. يستخدم PhoneBot 13 محرك سيرفو DYNAMIXEL منخفض التكلفة: ستة في كل ساق، للمفاصل التي تشمل مفصل الورك، والركبة، والكاحل، بالإضافة إلى محرك واحد يمكنه تدوير الجزء العلوي من الجسم. يتيح مفصل الجذع هذا لكاميرا الهاتف المسح يميناً ويساراً بينما تظل القدمان ثابتتين، مما يسهل تتبع الأشخاص.
تدريب وحدة التحكم في المشي عبر التعلم المعزز
يستقبل الحاسوب الصغير الموجود في الجزء السفلي أوامر الهاتف عبر Wi-Fi ويحولها إلى مواضع المحركات، وبالتالي لا يحتاج الهاتف إلى الاتصال الفعلي بالأجهزة. اختبر فريق البحث أربعة أجهزة Android، بما في ذلك Honor 9 الصادر عام 2017، وجهازين رخيصين تتراوح أسعارهما بين US$50 (نحو HK$390) وUS$80 (نحو HK$624). تمكن جميع الأجهزة الأربعة من تنفيذ المهام الأساسية مثل التحكم في المشي، وكشف الحركة، والرؤية الأساسية. أما جهاز Honor 9 الأقدم، فيفتقر إلى خدمات Google اللازمة للتنقل عبر الخرائط.
وحدة التحكم في المشي هي شبكة عصبية تم تدريبها بالكامل في بيئة محاكاة عبر التعلم المعزز. يحصل الروبوت الافتراضي على مكافآت للحفاظ على وضع مستقيم، واستخدام القدمين بالتناوب، والحفاظ على السرعة، ويفقد نقاطاً بسبب عزم الدوران العالي، والفرملة المفاجئة، وتحمل الوزن على قدم واحدة. ونظراً لأن قوة المحركات الحقيقية وسرعتها محدودة، فقد دُمجت هذه القيود في المحاكاة. لم تكن النتائج المبكرة متوازنة، حيث كانت تتحمل قدماً واحدة عبئاً أكبر في كثير من الأحيان. أدى إضافة عينات معكوسة لتبادل تدريب القدمين اليمنى واليسرى إلى إنتاج خطوات أكثر توازناً، وتقليل التباين بين عمليات التشغيل، وتحسين توزيع الحمل.
قيود PhoneBot وآفاقه المستقبلية
يمكن لهذا الروبوت الفعلي المشي على أرض مستوية بسرعة تصل إلى نصف متر في الثانية (نحو 1.6 قدم)، والنهوض مجدداً بعد السقوط. يتخذ تطبيق Android القرارات في الوقت الفعلي، حيث يشغل TensorFlow Lite روتينات المشي والاسترداد حوالي 50 مرة في الثانية، مستخدماً مستشعرات الهاتف المدمجة. تستطيع الكاميرا تتبع الأشخاص ومواقعهم، وعلى الهواتف المدعومة، يمكنها أيضاً إجراء رسم الخرائط المرئية، وهو ما يناسب المؤتمرات عن بعد والتصوير. حالياً، لا تزال عمليات التعرف على الكلام ومعالجة اللغة تعمل على حاسوب محمول قريب، لكن مع تحسن النماذج، قد ينقل الفريق هذه الوظائف إلى الهاتف.
حالياً، لا يزال PhoneBot يفتقر إلى الذراعين، وبالتالي لا يمكنه التقاط الأشياء أو حملها. وقد تم اختباره فقط على أرض مستوية، بينما لا يزال العمل جارياً على تحسين أدائه على السلالم، والمنحدرات، والأسطح غير المستوية. كما أن قوة المحركات المحدودة تقيد الوزن الذي يمكنه حمله وسرعة حركته. إن الأجهزة والبرمجيات مفتوحة بالكامل للاستخدام من قبل الطلاب المهتمين، ومختبرات البحث، والهواة، دون الحاجة إلى دفع تكاليف باهظة لأجهزة أو مستشعرات متخصصة.
إمكانات تقنية الروبوتات مفتوحة المصدر
يُظهر مشروع PhoneBot كيف يمكن الاستفادة من إمكانات الهواتف الذكية القديمة لإدخال الابتكار في تقنية الروبوتات. فمن خلال النهج مفتوح المصدر، لا يقلل هذا المشروع التكاليف فحسب، بل يشجع أيضاً الطلاب والباحثين على المشاركة في تطوير الروبوتات. مع تقدم التكنولوجيا، قد تظهر المزيد من سيناريوهات التطبيق في المستقبل، لا سيما في مجالات المؤتمرات عن بعد والمهام الآلية. إن مثل هذا التطور لا يساعد فقط على إعادة استخدام الموارد، بل يمكنه أيضاً دفع عجلة انتشار تقنية الروبوتات.