Articles Articles
  • HOME
  • ABOUT US
    • ΤΕΑΜ 2021-2022
  • THE ROBOT
  • SPONSORS
  • ROBOCUP
  • BLOG
  • CONTACT US
  • |
  • |
  • |
  • |
  • |
  • HOME
  • ABOUT US
    • ΤΕΑΜ 2021-2022
  • THE ROBOT
  • SPONSORS
  • ROBOCUP
  • BLOG
  • CONTACT US
  • |
  • |
  • |
  • |
  • |
  •  

Articles

Our Latest News

Εκπαιδευτική Ρομποτική στα Σχολεία

Η εκπαιδευτική ρομποτική έχει αρχίσει να μπαίνει ενεργά στο εκπαιδευτικό προσκήνιο από το 2021 σε όλες τις εκπαιδευτικές βαθμίδες. Ειδικότερα, μέσα από το μάθημα Εργαστήριο Δεξιοτήτων, όπου για το σχολικό έτος 2021-22 εφαρμόστηκε η ενότητα STEM, με εφαρμογή στην Εκπαιδευτική Ρομποτική. Τον Φεβρουάριο, το Υπουργείο Παιδείας ανακοίνωσε ότι θα διανεμηθούν περισσότερα από 177.000 σετ ρομποτικής στα σχολεία της χώρας σε νηπιαγωγεία, δημοτικά και γυμνάσια, προκειμένου να ευθυγραμμιστεί η εκπαιδευση με τις απαιτήσεις της  τεχνολογικής εποχής. Τα σετ αυτά περιέχουν επεξεργαστή (μυαλό), αισθητήρες (αισθήσεις) ως εισόδους της κατασκευής, κινητήρες ως εξόδους και δομικά στοιχεία για την ολοκλήρωση της κατασκευής. Έτσι, τα παιδιά από 4 έως 15 ετών, έρχονται σε επαφή με την ρομποτική σε απλουστευμένη μορφή, κατασκευάζουν τα δικά τους απλά ρομπότ από lego και τα προγραμματίζουν με εντολές που ετοιμάζουν με την βοήθεια των εκπαιδευτικών ή εξωτερικών συνεργατών που καλούνται να συμβάλλουν στην διαδικασία. Πέρα από τα σχολεία, πολλά φροντιστήρια και κέντρα δημιουργικής απασχόλησης παιδιών, σε συνεργασία με κάποιον εξωτερικό παράγοντα πχ εργαστήρια τεχνολογίας της πόλης, κατάφεραν να κεντρίσουν το ενδιαφέρον αρκετών παιδιών διαφόρων ηλικιών, ώστε να διαμορφώσουν ομάδες και να συμμετέχουν σε διαγωνισμούς. 

 

Το γεγονός ότι το πρότζεκτ της εκπαιδευτικής ρομποτικής μπορεί να συνδυαστεί με ποικίλα θέματα και άρα με πολλά διαφορετικά μαθήματα, επιτρέπει την πιο ομαλή εισαγωγή του στην εκπαιδευτική διαδικασία. Παράλληλα, δίνεται η ευκαιρία στους μαθητές να αναγνωρίσουν ότι η δημιουργία ενός αυτοματισμού, αποτελεί ένα εργαλείο με εφαρμογή σε ο,τι διαλέξουν να ασχοληθούν, συν το ότι μαθαίνουν να λύνουν προβλήματα -ή βλέπουν πως τα έχουν λύσει άλλοι συνομήλικοί τους- μέσα από μια διαδικασία που για αυτούς είναι πιο  κοντά στο παιχνίδι και τη διασκέδαση παρά στο μάθημα. 

 

Μετά την αύξηση του ενδιαφέροντος στον συγκεκριμένο τομέα, ξεκίνησαν και πολλοί διαγωνισμοί σε τοπικό και πανελλαδικό επίπεδο, στους οποίους επιλέγεται μια θεματική και ένα προκαθορισμένο πρόβλημα του πραγματικού κόσμου, που αφορά καίρια ζητήματα της κοινωνίας μας (λ.χ. την αξιοποίηση του νερού, τις μεταφορές, την ανακύκλωση). Η κάθε ομάδα καλείται να επιλύει αυτό το ζήτημα προτείνοντας τεχνολογικές λύσεις για την αντιμετώπισή τους, με το ρομπότ που θα φτιάξει. Σε αυτή τη διαδικασία δεν υπάρχει απολύτως κανένας περιορισμός και έτσι όλες οι προτάσεις που κάνουν οι ομάδες είναι διαφορετικές μεταξύ τους. Στο πλαίσιο του διαγωνισμού, οι μαθητές βλέπουν στην πράξη σενάρια λύσεων που λειτούργησαν και πέτυχαν τις αποστολές τους και σενάρια που κόλλησαν σε κάποιο στάδιο, κάνοντας την μάθηση πιο διαδραστική και βιωματική.

 

Οι γνωστοί παγκόσμιοι διαγωνισμοί που γίνονται σε πανελλήνιο επίπεδο είναι το First Lego League και η World Robotics Olympiad, που ως FLL Greece και WRO Hellas πραγματοποιούνται τα τελευταία χρόνια. Αντίστοιχα πολλοί δήμοι διεξήγαγαν αρχικά τοπικά τουρνουά, με σκοπό να ενισχύσουν την πρωτοβουλία του Υπουργείου Παιδείας, όπως το Φεστιβάλ Ρομποτικής που οργάνωσε και υλοποίησε η ΔΔΕ Τρικάλων. Οι διαγωνισμοί αυτοί, έχουν ως στόχο να κεντρίσουν ακόμα παραπάνω την περιέργεια των μαθητών, ώστε να τους ενεργοποιήσουν να ασχοληθούν ενεργά με το πρότζεκτ τους και να μάθουν στην πράξη τι είναι οι αισθητήρες και πως λειτουργούν και με ποιο τρόπο να σκέφτονται ώστε να προγραμματίσουν την κατασκευή τους να κάνει αυτό ακριβώς που θέλουν.

 

Η ρομποτική καλεί τα παιδιά να σκεφτούν πιο δημιουργικά, να αντιμετωπίσουν προβλήματα ενώ παράλληλα εξασκούν το ομαδικό πνεύμα και να βρουν κοινό ρυθμό, καθώς κάποια από αυτά καλούνται να υποστηρίξουν το μικρό τους πρότζεκτ και σε επίπεδο υγιούς ανταγωνισμού στα πλαίσια ενός διαγωνισμού. Αυτό αποτελεί μια πρόκληση που πλέον επιβάλλεται, καθώς η νέα αυτή γενιά μεγαλώνει μπροστά σε έναν υπολογιστή και με παιχνίδια που η μηχανική πολυπλοκότητά τους αυξάνεται εκθετικά, για παράδειγμα τα απλά αυτοκινητάκια έχουν αντικατασταθεί από τηλεκατευθυνόμενα. Η ανάπτυξη του τομέα της ρομποτικής και των αυτοματισμών, δίνει μια κατευθυντήρια γραμμή για τη νέα βάση σε γνώσεις που θα είναι απαραίτητη για την επαγγελματική εξέλιξη στο μέλλον και το να εισάγεται ένα παιδί από το σχολείο σε αυτό τον τρόπο σκέψης από νωρίς, θα ωφελήσει προσαρμογή του στην καθημερινότητα, όπως φαίνεται να τείνει να διαμορφωθεί. 

 

Πηγές

 

https://www.minedu.gov.gr/news/51434-18-02-22-30-ekatommyria-evro-gia-eksoplismo-rompotikis-sta-sxoleia-mas

https://stem.edu.gr/

https://www.infokids.gr/rompotiki-sta-sxoleia-aytes-einai-oi-o/

https://firstlegoleague.gr/

https://wrohellas.gr/

https://www.protothema.gr/technology/article/632521/ekpaideutiki-robotiki-sta-sholeia-/

https://www.ethnos.gr/greece/article/39749/ellhnesmathhtesxexorisansediagonismoekpaideytikhsrompotikhsthslego

https://www.trikalavoice.gr

 

Read More
Dr Robot

“Στις μέρες μας, κάποιοι χειρουργοί έχουν πλέον περισσότερα από δύο χέρια, που μάλιστα είναι φτιαγμένα από μέταλλο και πλαστικό”
Καλαντζής Αναστάσιος, Χειρουργός

Η ιατρική, και ιδιαίτερα η χειρουργική ιατρική, είναι μια από τις πιο σημαντικές για την ανθρώπινη επιβίωση επιστήμες, αλλά ταυτόχρονα η ευθύνη που φέρουν αυτοί που την ασκούν είναι βαριά. Το να είναι ικανοί να πάρουν αποφάσεις υπό πίεση, που μάλιστα θα επηρεάσουν την ζωή ενός ανθρώπου, συν το να περιοριστεί στο ελάχιστο το ανθρώπινο σφάλμα σε λεπτές διαδικασίες, ώστε να μειωθούν οι περιπτώσεις ιατρικής και νοσηλευτικής αμέλειας, αποτελεί άθλο για τους χειρουργούς. Η εισαγωγή των ρομποτικών εφαρμογών στην ιατρική, έγινε για να λύσει ακριβώς αυτό το πρόβλημα. Ένα ρομπότ μπορεί να κάνει κινήσεις πολύ μεγαλύτερης ακρίβειας, να συλλέξει και να αποθηκεύσει – δηλαδή να θυμάται – πολύ περισσότερες πληροφορίες για την κατάσταση του ασθενούς και με βάση αυτά να πάρει υπολογισμένες αποφάσεις.

Κατά βάση τα ρομπότ στον τομέα της ιατρικής, χρησιμοποιούνται στην χειρουργική, καθώς πρόκειται για τον τομέα που απαιτεί την μέγιστη δυνατή ακρίβεια και τον εκμηδενισμό των ανθρώπινων σφαλμάτων. Γι’αυτό τα μηχανήματα που χειρουργούν ανθρώπους κατασκευάζονται με έμφαση στο να εξαλείψουν τις αδυναμίες ενός χειρουργού, όπως το φυσικό τρέμουλο των χεριών και η περιορισμένη ανθρώπινη όραση, που δε μπορεί για παράδειγμα να αντιληφθεί αιμοφόρα αγγεία στο μέγεθος μιας τρίχας, όμως κατά βάση δεν αυτενεργούν και δε λαμβάνουν αποφάσεις αλλά καθοδηγούνται διαρκώς από τον χειρουργό μέσω ενός συστήματος, είτε αυτό είναι κονσόλα με χειριστήριο, είτε κάποιο touchpad.

Πολύ σημαντικό πλεονέκτημα της ρομποτικής χειρουργικής αποτελεί ότι παρέχει στον χειρουργό μεγαλύτερη άνεση κατά τη διάρκεια της επέμβασης. Σε αντίθεση με την συνηθισμένη χειρουργική πρακτική, η ρομποτική χειρουργική επιτρέπει στον χειρουργό να πραγματοποιεί τις επεμβάσεις καθισμένος, που δίνει σίγουρα μεγαλύτερες πιθανότητες επιτυχίας στις δύσκολες και πολύωρες επεμβάσεις. Επίσης, το ότι δίνει τη δυνατότητα στον χειρουργό να προετοιμάσει την επέμβαση στον Η/Υ, χρησιμοποιώντας τις εικόνες των εσωτερικών οργάνων των ασθενών που προκύπτουν από τις εξετάσεις τους, τις οποίες τις έχει άμεσα διαθέσιμες και την ώρα της επέμβασης προστίθεται στην μεγάλη λίστα των πλεονεκτημάτων.

Ένα εξ αυτών και από τα πιο σημαντικά τεχνικά πλεονεκτημάτα της ρομποτικής χειρουργικής, είναι πως εισάγονται τρισδιάστατες απεικονίσεις της πάσχουσας περιοχής του ασθενούς ανάλογα με τη φύση της επέμβασης, από μαγνητικές τομογραφίες ή ακτινογραφίες ώστε να γίνει η μοντελοποίησή του, τα οποία κατά τη διάρκεια της επέμβασης είναι στη διάθεση του χειρουργού για να τον καθοδηγούν.

Παρόλο που οι ταχύτητες τους είναι μικρές σε σχέση με τα βιομηχανικά ρομπότ και γίνεται προεγχειριτικός προγραμματισμός και καθορισμός περιορισμών, έχουν σημειωθεί ανεπιθύμητες ενέργειες όπως τεχνικές δυσκολίες, αστοχίες λογισμικού, μηχανισμών και ηλεκτρικών κυκλωμάτων, τα οποία οδήγησαν σε επιπλοκές, όπως διακοπή της χειρουργικής διαδικασίας ή συνέχεια με άλλη μέθοδο όπως λαπαροσκοπική ή ανοιχτή. Έχουν σημειωθεί τραυματισμοί, αιμορραγίες, ακόμα και περιπτώσεις θνησιμότητας, καθιστώντας τη ρομποτική χειρουργική αμφιλεγόμενη μέθοδο σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως αυτές όπου χρειάζεται το ρομπότ να δουλέψει μόνο του δίπλα σε αρκετά ευαίσθητους νευρώνες και κύριες αρτηρίες.

Σε μια τυπική ανοιχτή εγχείρηση υπάρχει το πρόβλημα ότι ο χειρουργός και οι βοηθοί του βρίσκονται επάνω από τον ασθενή και διανοίγουν μεγάλες τομές προκειμένου να φτάσουν στην πάσχουσα περιοχή και να επέμβουν μετακινώντας τα σπλάχνα. Δημιουργούν δηλαδή τραυματισμούς προκειμένου να θεραπεύσουν ήδη υπάρχοντες τραυματισμούς, με μεγάλη απώλεια αίματος καθιστώντας δύσκολη την ανάρρωση ασθενών με ουλές που ενδέχεται να μην επουλωθούν από τον οργανισμό. Αυτό μάλιστα αποτέλεσε το πρόβλημα που κλήθηκαν να λύσουν οι ελάχιστα επεμβατικές χειρουργικές τεχνικές με την φιλοσοφία IGS (Image Guided Surgery) και CAS (Computer Aided Surgery) όπως η λαπαροσκόπηση, όπου υπό έμμεση όραση μέσω βιντεοκάμερας και οθόνης τηλεόρασης προβάλλονται σε μεγέθυνση τα όργανα του ασθενούς χάρη στη χρήση οπτικών ινών. Η μέθοδος αυτή προσφέρει λιγότερη απώλεια αίματος, λιγότερο πόνο για τον ασθενή, ταχύτερη ανάρρωση, μικρότερη διάρκεια παραμονής στο νοσοκομείο και μικρότερες πιθανότητες μετεγχειρητικών επιπλοκών.

Το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο ρομποτικό σύστημα στον τομέα της ιατρικής είναι το da Vinci.
Είναι σύστημα τηλε-χειρουργικής και στην κατηγορία του δεν υπάρχουν άλλα συστήματα που να βρίσκονται σε χρήση στην χειρουργική πρακτική. Πραγματοποιεί επεμβάσεις διαφόρων ειδικοτήτων με ελάχιστη παρέμβαση. Αποτελείται από τρία δομικά συστατικά: Το σύστημα ρομποτικών βραχιόνων στους οποίους είναι προσαρτημένα τα χειρουργικά εργαλεία και η ενδοσκοπική κάμερα, τη χειρουργική κονσόλα από όπου ο χειρουργός ελέγχει το σύστημα και τέλος τον ενδοσκοπικό πύργο.
Η κονσόλα αποτελείται από ένα σύστημα τρισδιάστατης απεικόνισης υψηλής ανάλυσης και μεγάλης μεγέθυνσης του χειρουργικού πεδίου και ειδικά χειριστήρια που χρησιμοποιεί ο χειρουργός για να δώσει εντολές στους βραχίονες για τις κινήσεις που πρέπει να κάνουν, τα οποία διαθέτουν φίλτρο για τον περιορισμό του τρέμουλου των χεριών.

Στην Ελλάδα υπάρχουν αρκετές κλινικές που χειρουργούν ρομποτικά με τη χρήση του συστήματος Da Vinci από το 2006 σε διάφορες επεμβάσεις γενικής χειρουργικής και όχι μόνο. Δυστυχώς ακόμα η συγκεκριμένη τεχνολογία καθιστά την επέμβαση αρκετά κοστοβόρα και μη προσιτή στο ευρύ κοινό.

Στο μέλλον, και με την εξέλιξη της ακρίβειας, της επαναληψιμότητας και των βαθμών ελευθερίας των ιατρικών ρομπότ θα επιτρέπει να εξυπηρετούνται ασθενείς ευκολότερα και οικονομικότερα. Ρομποτικά καθοδηγούμενη χειρουργική, ρομποτική διανομή και διαχείριση φαρμάκων, αποκατάσταση κίνησης, θεραπεία όπου τα ρομπότ βοηθούν τον ασθενή και βοήθεια ηλικιωμένων ή ατόμων με ειδικές ανάγκες στην καθημερινότητα τους είναι μερικές από τις ρομποτικές εφαρμογές που συνθέτουν ένα σύγχρονο ψηφιακό νοσοκομείο. Στη βιονική, οι εξωσκελετοί και τα ρομπότ που μπορούν να “φορεθούν” από ανθρώπους πρόκειται να φέρουν επανάσταση στον τρόπο θεραπείας ασθενών με μειωμένη κινητικότητα. Θα υπάρχει η δυνατότητα να περπατήσουν άνθρωποι με κινητικά προβλήματα και άλλοι ασθενείς που έχουν υποστεί εγκεφαλικά επεισόδια ή τραυματισμό στη σπονδυλική στήλη θα μπορούν να αποκατασταθούν. Τα ρομπότ αυτά θα μπορούν ακόμα να βοηθούν το προσωπικό νοσοκομείων να μετακινεί κατάκοιτους ασθενείς.

Η επόμενη γενιά ρομπότ προβλέπεται να είναι πλήρως αυτόνομη. Το 2017 για πρώτη φορά, ένα ρομπότ πραγματοποίησε οδοντιατρική επέμβαση χωρίς τη βοήθεια ανθρώπων σε έναν ασθενή στο Xi’an της Κίνας. Το ρομπότ ακολούθησε ένα σετ προγραμματισμένων εντολών για να τοποθετήσει εμφυτεύματα στο στόμα του ασθενούς και προσάρμοζε την κίνηση του παρά το γεγονός ότι ο ασθενής κουνιόταν. Παρόλο που το ιατρικό προσωπικό παρευρισκόταν στην επέμβαση που κράτησε μια ώρα, δεν χρειάστηκε να επέμβει.

Αυτό μπορεί να προκαλεί μια ανησυχία αυτή τη στιγμή σε μια μερίδα του πληθυσμού αλλά η συνεχής παρουσία του κατάλληλου προσωπικού στην αίθουσα της επέμβασης είναι σίγουρη μέχρι το ποσοστό επιτυχίας των αυτόματων ρομπο-γιατρών να είναι αρκετά υψηλό.

Τον Απρίλιο του 2016 ερευνητική ομάδα που απαρτιζόταν από επιστήμονες των Πανεπιστημίων ΜΙΤ και Rush διεξήγαγε την πιο ολοκληρωμένη μέχρι στιγμής έρευνα για την καταγραφή σφαλμάτων και δυσλειτουργιών που συμβαίνουν στις τις ρομποτικά καθοδηγούμενες επεμβάσεις για την περίοδο 2000-2014. Στην έρευνα αναφέρονται 144 θάνατοι (1.4% του συνόλου αναφορών που είναι 10624), 1391 τραυματισμοί ασθενών (13.1%) και 8061 σφάλματα του μηχανήματος (75.9%). Ο αριθμός τραυματισμών και θανάτων ανά επέμβαση έμεινε σχετικά σταθερός με την πάροδο του χρόνου και μόλις ολοκληρωθεί η επόμενη δεκαετία, το 2024 τα ποσοστά επιτυχίας θα είναι σίγουρα υψηλότερα, δεδομένης της εκθετικής προόδου στον τομέα της ρομποτικής.

Πηγές
Διπλωματική εργασία της Σούρβου Φωτεινής, “Εφαρμογή της Ρομποτικής στην επιστήμη της ιατρικής – χειρουργικής”, Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής, ΤΕΙ Κεντρικής Μακεδονίας, 2017-2018
Πλεονεκτήματα και εφαρμογές της ρομποτικής ιατρικής – Ρομποτική Ιατρική
http://ikee.lib.auth.gr/record/335796/files/GRI-2021-33126.pdf

Αναστασία Γιαμαλή

 

Read More
Η ιστορία των ρομπότ έως το 2005

Πλέον υπάρχουν ρομπότ που κάνουν τα πάντα, από το να σκουπίζουν,και να κόβουν μέταλλο μέχρι και να βοηθούν διαστημικά σκάφη να προσαρτηθούν σωστά στον σταθμό! Από που ξεκίνησαν όμως όλα αυτά; Κάποιος θα πίστευε ότι η ιδέα για ρομπότ επινοήθηκε όταν η τεχνογνωσία έφτασε στο σημείο που ήταν πριν 2 ή 3 δεκαετίες, όμως, υπάρχουν αναφορές στην συγκεκριμένη γενική ιδέα από πολύ παλαιότερα!

Ας ξεκινήσουμε όμως πρώτα ορίζοντας τι είναι ένα ρομπότ.Ρομπότ ουσιαστικά είναι μια μηχανή που παίρνει αποφάσεις με βάση τον προγραμματισμό της ώστε να ολοκληρώσει ένα σύνολο ενεργειών που ισοδυναμεί με μια διαδικασία. Ένα απλό παράδειγμα είναι η αριθμομηχανή -κατά κόσμον κομπιουτεράκι- που χρησιμοποιούμε για αριθμητικές πράξεις ή ακόμα και το ρολόι μας.

Σύμφωνα με το μύθο, το πρώτο ρομπότ που δημιουργήθηκε ήταν ο Τάλως από τον Θεό Ήφαιστο, ως δώρο στον βασιλιά Μίνωα της Κρήτης. Αποστολή του ήταν να πηγαίνει στα χωριά του νησιού και να φροντίζει να τηρούνται οι νόμοι. Μπορεί αυτό να είναι ιστορία κατά τη μυθολογία και όχι αληθινό δημιούγρημα αλλά δείχνει ότι η ιδέα για μια μηχανή που κάνει αυτόνομα κάποιες διαδικασίες υπήρχε από πολύ νωρίς στην ανθρώπινη ιστορία. 

Συνεχίζοντας στην αρχαία Ελλάδα, ο Αρχύτας ο Ταραντίνος (428 – 347 π.Χ.) λέγεται πως κατασκεύασε µια μη επανδρωμένη ατμωθούμενη ιπτάµενη µηχανή, που µπορούσε να διανύσει απόσταση µέχρι και 200µ.

Εκατό χρόνια αργότερα, ο Κτησίβιος ο Αλεξανδρεύς, αρχαίος Έλληνας μαθηματικός, μηχανικός και εφευρέτης, κατασκεύαζε όργανα και ρολόγια νερού με κινητές φιγούρες. Η ιδέα για το ρολόι του ήταν αρκετά απλή, μια δεξαμενή σημειωμένη σε 24 τμήματα, με τρύπα στο κάτω μέρος που θα χρειαζόταν 24 ώρες για να αδειάσει το περιεχόμενό της. 

Στις αρχές του 1ο αιώνα μ.Χ. ο Ήρωνας ο Αλεξανδρεύς κατασκεύασε και το πρώτο προγραμματιζόμενο Αυτόματο, που ήταν ένα αυτοκινούμενο τρίκυκλο. Στη θεωρία του αυτοματισμού συνεισέφερε με το κορυφαίο σύγγραμμα της αρχαίας μηχανικής, με τον ενδεικτικό τίτλο «Αυτοματοποιητική». 

Και έτσι φτάνουμε στον 12ο αιώνα μ.Χ. όποτε ο ΄Αραβας Al-Jazari κατασκεύασε το πρώτο ανθρωποειδές ροµπότ, ένα προγραµµατιζόµενο τυµπανιστή. 

Από αυτό το σημείο της ιστορίας, ξεκινά η κατασκευή ρομπότ, περισσότερο όπως τα έχουμε στο μυαλό μας σήμερα.

Ο Ιταλός Leonardo da Vinci, που έζησε τον 15ο με αρχές 16ου αιώνα µ.Χ., σχεδίασε -και ίσως κατασκεύασε- ένα ανθρωποειδές ροµπότ µε πανοπλία που μπορούσε να ανασηκώνεται και να κινεί τα χέρια και το κεφάλι του μέσω ενός εύκαμπτου λαιμού ανοιγοκλείνοντας το σαγόνι του.

Το 1709 δημιουργήθηκε το πρώτο ρομπότ σε μορφή ζώου. Ο Jacques de Vaucanson κατασκεύασε μια μηχανική πάπια που μπορούσε να χτυπήσει τα φτερά της, να φάει και να χωνέψει τα σιτηρά. Κάθε πτέρυγα περιείχε πάνω από τετρακόσια κινούμενα μέρη! 

Αξιοσημείωτο είναι επίσης ότι το 1898 ο Σέρβος Nikola Tesla παρουσίασε το πρώτο τηλεχειριζόµενο πλοίο.

Το 1921 ο όρος “ρομπότ” χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά σε ένα έργο που ονομάζεται “R.U.R.” ή «του Rossum Universal Robots» του Τσέχου συγγραφέα Karel Capek Η πλοκή ήταν απλή: άνθρωπος δημιουργεί ένα ρομπότ για να τον αντικαταστήσει και μετά το ρομπότ σκοτώνει άνθρωπο.

Το 1930 η εταιρία Westinghouse Electric Corporation (Η.Π.Α.) κατασκευάζει το ανθρωποειδές ροµπότ Elektro που µπορούσε να µιλά, να περπατά, και να καπνίζει. Το ELEKTRO αποκαλύφθηκε για πρώτη φορά στην παγκόσμια έκθεση του 1939.

Ο W. Gray Walter δημιούργησε το 1948 τα πρώτα του αυτόνοµα ρομπότ τον Έλμερ και την Έλσι, γνωστά και ως ρομπότ χελώνες στο πανεπιστήµιο του Bristol. Τα ρομπότ αυτά κινούνταν µε βάση ερεθίσµατα που λάµβαναν από αισθητήρες ϕωτός και ήταν σε θέση να βρουν τον σταθμό φόρτισής τους όταν η μπαταρία τους εξαντλούνταν.

Το 1951 ο Raymond Goertz σχεδίασε τον πρώτο τηλεχειριζόμενο αρθρωτό βραχίονα που ζύγιζε 1 τόνο για την Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας ενώ το 1954 ο George Devol σχεδίασε το πρώτο πραγματικά προγραμματιζόμενο ρομπότ και το ονόμασε UNIMATE εκ του “Universal Automation” για το οποίο έκανε αίτηση για την πατέντα, η οποία και έγινε δεκτή το 1961. Τότε, το Unimate ήταν το βιομηχανικό ρομπότ που κατασκευάστηκε και χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή αυτοκινήτων της General Motors στο New Jersey. Δουλειά του ήταν να στοιβάζει ζεστά ακόμα τα σιδερένια εξαρτήματα στο σκελετό του αυτοκινήτου και να κάνει την συγκόλλησή τους. Ήταν μία εργασία πολύ επικίνδυνη για τους ανθρώπους, καθώς εισέπνεαν τοξικά αέρια, ενώ μπορεί να τραυματίζονταν αν δεν ήταν αρκετά προσεκτικοί.

Η ιστορία άλλαξε στις 4 Οκτωβρίου 1957, όταν η Σοβιετική Ένωση με επιτυχία εκτόξευσε το Sputnik I. Ο πρώτος αυτόνομος, τεχνητός δορυφόρος στον κόσμο ήταν 22,8 ίντσες σε διάμετρο και ζύγιζε μόνο 183,9 κιλά. 

Το 1963, σε νοσοκομείο της Καλιφόρνια, έγινε μια προσπάθεια να δημιουργηθούν τεχνητά μέλη για άτομα με ειδικές ανάγκες. Το πρώτο από αυτά ήταν το Rancho Arm που χάρη στις 6 αρθρώσεις του, είχε ευελιξία όμοια με αυτή του ανθρώπινου χεριού και οι κινήσεις του ελέγχονταν μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή.

Το 1964 ερευνητικά εργαστήρια τεχνητής νοημοσύνης ανοίγουν στο M.I.T., στο Στάνφορντ Ερευνητικό Ινστιτούτο (SRI), το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και το Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου.Το 1965 ο Carnegie Mellon ιδρύει το Ινστιτούτο Ρομποτικής.

Το 1968 το πρώτο ελεγχόμενο μηχάνημα περπατήματος με υπολογιστή δημιουργήθηκε από τους Mcgee και Frank στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καρολίνας και παράλληλα και το πρώτο χειροκίνητα ελεγχόμενο αυτόματο φορτηγό κατασκευάστηκε από τον R. Mosher που μπορούσε να αναπτύξει ταχύτητα έως και τέσσερα μίλια την ώρα. 

Το 1969 το WAP-1 του  Ichiro Kato έγινε το πρώτο πλήρους κλίμακας ανθρωπόμορφο ρομπότ στον κόσμο. Είχε ένα σύστημα ελέγχου των άκρων, της όρασης και ομιλίας. Χρησιμοποιήθηκαν ακόμα και αερόσακοι που συνδεόταν με το πλαίσιο για την τόνωση των τεχνητών μυών. Υπολογίστηκε ότι είχε τη νοητική ικανότητα ενός παιδιού 18 μηνών. Το WAP-3 σχεδιάστηκε αργότερα και μπορούσε να περπατήσει σε επίπεδες επιφάνειες καθώς και να ανεβοκατεβαίνει σκάλες ή πλαγιές και να στρίβει ενώ περπατάει.

Και λίγα χρόνια αργότερα κατασκευάστηκε στο Ερευνητικό Κέντρο του πανεπιστημίου Stanford στις ΗΠΑ, το πρώτο κινούμενο ρομπότ που μπορούσε να μετακινείται στο χώρο και να αναγνωρίζει για ποιο λόγο κάνει μία ενέργεια. Ο Shakey, όπως ονομάστηκε το 1970, μπορούσε να ανοιγοκλείνει διακόπτες και πόρτες, αναγνωρίζοντας πότε έπρεπε να γίνει και για ποιο λόγο και ελεγχόταν από έναν υπολογιστή στο μέγεθος ενός δωματίου. Επίσης χρησιμοποιήθηκε και σαν τηλεοπτική κάμερα, αλλά και σαν αισθητήρας ακτίνων lazer.

Το 1973 ο Γκουρφίνκελ και οι συνεργάτες του στο τμήμα του ελέγχου κίνησης στη Ρωσική Ακαδημία Επιστημών δημιουργούν το πρώτο όχημα με 6 πόδια. 

Επίσης, η Cincinnati Milacron κυκλοφόρησε το T3, το πρώτο εμπορικά διαθέσιμο βιομηχανικό ρομπότ ελεγχόμενο από μίνι υπολογιστή, σχεδιασμένο από τον Richard Hohn. 

Το 1975 ο Victor Schenman ανέπτυξε τον Προγραμματιζόμενο Universal Manipulation Arm (Πούμα) που χρησιμοποιήθηκε ευρέως σε βιομηχανικές εργασίες.

Το 1978 ο Shigeo Hirose δημιούργησε το ρομπότ ACMVI (Oblix) που έγινε τελικά ο βραχίονας του ρομπότ MOGURA που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία. 

Το 1979 το καρότσι που φτιάχτηκε στο Στάνφορντ διέσχισε ένα δωμάτιο γεμάτο καρέκλες χωρίς ανθρώπινη βοήθεια, με μια τηλεοπτική κάμερα τοποθετημένη σε μια ράγα που έβγαζε φωτογραφίες από πολλές γωνίες και τις μετέδιδε σε υπολογιστή. Ο υπολογιστής ανέλυε την απόσταση ανάμεσα στο καρότσι και στα εμπόδια ώστε να μην υπάρξει πρόσκρουση.

Την ίδια χρονιά, ο Hiroshi Makino του Πανεπιστημίου Yamanashi σχεδίασε το Selective Compliant, έναν αρθρωτό βραχίονας ρομπότ (SCARA) για εργασίες συναρμολόγησης σε εργοστάσια.

Το 1985 δημιουργήθηκε από την General Robotics Corp. το RB5X ήταν ένα προγραμματιζόμενο ρομπότ εξοπλισμένο με αισθητήρες υπερύθρων, απομακρυσμένη μετάδοση ήχου/βίντεο, αισθητήρες προσκρουσης και μια συσκευή σύνθεσης φωνής. Είχε λογισμικό που του επέτρεπε να μάθει για το περιβάλλον του. Ακόμα, την ίδια χρονιά, τελειοποιήθηκε μια τετράποδη μηχανή περπατήματος, το Collie1, από τον H. Miura στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο με 3 βαθμούς ελευθερίας ανά πόδι.

Ήταν επίσης και η χρονιά που έγινε η πρώτη καταγεγραμμένη ρομποτικά υποβοηθούμενη επέμβαση, όταν ο ρομποτικός βραχίονας του συστήματος PUMA 560 χρησιμοποιήθηκε για μία πολύπλοκη νευροχειρουργική βιοψία σε μία μη-λαπαροσκοπική εγχείρηση.

Tο 1987 το πρώτο ρομπότ εξυπηρέτησης HelpMate πήγε για δουλειά στο Νοσοκομείο Danbury στο Κονέκτικατ, ενώ την επόμενη χρονιά το Aquarobot, ένα ρομπότ που περπατά για υποθαλάσσια χρήση, δημιουργήθηκε στο Εργαστήριο Ρομποτικής του Υπουργείου Μεταφορών στην Ιαπωνία. 

 

Η ρομποτική πέρασε τότε στην δημιουργία ρομπότ ειδικού σκοπού, αναγνωρίζοντας τους φυσικούς περιορισμούς του ανθρώπου. 

Έτσι, το 1992 κατασκευάστηκε ο DANTE I με σκοπό να μελετηθεί από πολύ κοντά ο κρατήρας ενεργού ηφαιστείου. Δημιουργήθηκε από την επιστημονική ομάδα του Πανεπιστημίου Carnegie-Mellon στις ΗΠΑ. Διαμορφωμένος σε σχήμα αράχνης, ώστε να μπορεί να σκαρφαλώνει στις δύσβατες επιφάνειες ενός κρατήρα, ο Dante ήταν εξοπλισμένος με αισθητήρες και κάμερες. Με αυτό τον τρόπο συλλέχθηκαν αέρια και μάγμα από τον κρατήρα του ηφαιστείου του βουνού Σπουρ στην Αλάσκα το 2004, το οποίο αποτέλεσε την πρώτη επιτυχημένη αποστολή του.

Το 1996 η Honda δημιούργησε το P2, το οποίο ήταν το πρώτο σημαντικό βήμα στη δημιουργία του ASIMO. Το P2 ήταν το πρώτο αυτορυθμιζόμενο, δίποδο ανθρωποειδές ρομπότ. Είχε ύψος 1.80 μέτρα και οι κινήσεις του ήταν πολύ κοντά στις ανθρώπινες!

Ένα χρόνο αργότερα, το PathFinder της NASA προσγειώθηκε στον Άρη. Το τροχοφόρο ρομποτικό ρόβερ έστειλε εικόνες και δεδομένα για τον Άρη πίσω στη Γη. Την ίδια χρονιά, το σκακιστικό πρόγραμμα Deep Blue της εταιρείας λογισμικού ΙΒΜ κέρδισε τον πρωταθλητή Gary Kasparov σε έναν αγώνα σκάκι. Αυτό αντιπροσωπεύει την πρώτη φορά που μια μηχανή κέρδισε έναν μεγάλο πρωταθλητή σκάκι. Το Deep Blue είχε την ικανότητα να επεξεργάζεται 200000000 κινήσεις το δευτερόλεπτο! Το παιχνίδι μεταδόθηκε ζωντανά μέσω Διαδικτύου  και το παρακολούθησαν πάνω από 74 εκατομμύρια άτομα.

Επίσης, η Honda δημιούργησε το P3, το δεύτερο σημαντικό βήμα στη δημιουργία του ASIMO της που ήταν το πρώτο εντελώς αυτόνομο ανθρωποειδές ρομπότ της εταιρίας.

Το 1998 η Δρ Cynthia δημιούργησε το Kismet, ένα ρομποτικό πλάσμα που αλληλεπιδρούσε συναισθηματικά με ανθρώπους και η LEGO κυκλοφόρησε τη σειρά προϊόντων ρομποτικής ανάπτυξης MINDSTORMS, που είναι ένα σύστημα για την επινόηση ρομπότ με χρήση αρθρωτού σχεδιασμού και LEGO πλαστικά τούβλα.

Την επόμενη χρονιά, η Sony κυκλοφόρησε τον πρώτο ρομποτικό σκύλο Aibo ικανό να αλληλεπιδρά με τον άνθρωπο σαν κανονικό κατοικίδιο και η Mitsubishi δημιούργησε ένα ψάρι ρομπότ. Η πρόθεση ήταν να δημιουργηθεί μια ρομποτική έκδοση ενός εξαφανισμένου είδους ψαριού.Παράλληλα, η Personal Robots κυκλοφόρησε το ρομπότ Cye που εκτελούσε μια ποικιλία οικιακών δουλειών, όπως η παράδοση αλληλογραφίας, η μεταφορά πιάτων και η ηλεκτρική σκούπα. 

Το σημαδιακό έτος 2000 η Sony παρουσίασε τα Sony Dream Robots (SDR) στο Robodex. Το SDR μπόρεσε να αναγνωρίσει 10 διαφορετικά πρόσωπα, να εκφράσει συναισθήματα μέσω του λόγου και του σώματος και να περπατήσει σε επίπεδες αλλά και ακανόνιστες επιφάνειες.

Το 2001 η MD Robotics του Καναδά κατασκεύασε το Σύστημα Απομακρυσμένου Χειριστή Διαστημικού Σταθμού (SSRMS) που συνέβαλε στη συναρμολόγηση του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού. 

Το 2002 η Honda δημιούργησε το Advanced Step in Innovative Mobility (ASIMO) που προορίζεται για προσωπικός βοηθός. Αναγνωρίζει το πρόσωπο, τη φωνή του ιδιοκτήτη του και όνομα. Μπορεί να διαβάσει email και έχει τη δυνατότητα ροής βίντεο από την κάμερά του σε υπολογιστή. 

Το 2003 ως μέρος της αποστολής της να εξερευνήσουν τον Άρη, η NASA εκτόξευσε δίδυμα ρομποτικά ρόβερ στις 10 Ιουνίου και στις 7 Ιουλίου 2003 με τίτλο Spirit and Sojourner.

Το 2005 στο Πανεπιστήμιο Cornell δημιουργήθηκαν αυτοαναπαραγόμενα ρομπότ!!

Από το 2005 και έπειτα υπάρχει ακόμα μεγαλύτερη λίστα επιτευγμάτων της ρομποτικής και σαφώς αυτά που αναφέρονται και έως τότε στο παρόν άρθρο, δεν είναι δυνατόν να συμπεριλάβουν κάθε σημείο σταθμό. 

Σκοπός είναι να δοθεί μια γενική εικόνα της ιστορίας της ρομποτικής επιστήμης και της ανθρώπινης εξερεύνησης σε αυτό τον τομέα, στην πορεία της ιστορίας.

Τα τελευταία κοντά 20 χρόνια έχουν γίνει ακόμα μεγαλύτερα βήματα στον τομέα της ρομποτικής και σίγουρα στο παρόν άρθρο δεν αναφέρονται όλα όσα έγιναν ως το 2005. Είναι άξιο αναφοράς καθώς και σκοπός του, να τονίσει το πόσο νωρίς στην ιστορία του ανθρώπου έγιναν οι πρώτες αναφορές σε αυτοματισμούς και οι πρώτες προσπάθειες εφαρμογής των θεωρητικών σκέψεων γύρω από αυτούς. Επίσης, φαίνεται ότι από τη δεκαετία του 1960 και έπειτα, η πρόοδος της ρομποτικής είναι αλματώδης και ο ρυθμός ανάπτυξης αυξάνεται εκθετικά! Μέσα σε τόσο λίγες δεκαετίες, ο άνθρωπος κατάφερε να δημιουργήσει ένα μηχανικό ομοίωμά του και τεχνολογία που εξυπηρετεί κάθε του ανάγκη ακόμα και σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες μέσα σε κρατήρα ηφαιστείου, σε πολύ μεγάλες πιέσεις υποθαλάσσια αλλά και εκτός του πλανήτη!!

 

[ Αναστασία Γιαμαλή ]

 

Πηγές 

https://projectrobotics.wordpress.com/

http://3ogelptolrobot.weebly.com

https://sites.google.com/site/2lykpolrobot/

https://www.robotshop.com/

Read More
Εφαρμογές Ρομποτικής σε επίπεδο σπιτιού

Η Ρομποτική Τεχνολογία γίνεται ολοένα και ευρύτερα προσβάσιμη στο μέσο κοινό με διάφορες εφαρμογές στην καθημερινή ζωή στο σπίτι. Η καθημερινότητα μας είναι ήδη γεμάτη από εφαρμογές ρομποτικής, υπό την μορφή αυτοματισμών. Εκτιμάται ότι σύντομα, ως το 2030, τα ρομπότ, με την έννοια των αυτοματισμών, θα εφαρμοστούν σε όλα τα αντικείμενα που χρησιμοποιούμε κάνοντάς τα πιο ασφαλή. Αυτό υποστηρίζεται από το γεγονός ότι, εφόσον τα ρομπότ μετράνε τα πάντα με τη χρήση κατάλληλων αισθητήρων, εξάγουν πιο ακριβή συμπεράσματα, τα οποία μπορούμε να αξιοποιήσουμε για να βελτιώσουμε τη ζωή μας. Μπορεί να μην είναι ακόμα ο κανόνας, αλλά σε μερικά χρόνια σύμφωνα με έρευνες του Stanford, η χρήση ρομπότ θα είναι αρκετά συνηθισμένη.

Υπάρχουν δύο κατηγορίες εφαρμογών της ρομποτικής στην καθημερινότητά μας, τα ρομπότ υπό τη μορφή ανδροειδούς ή μηχανήματος και η τεχνολογία ελέγχου κάποιων λειτουργιών του σπιτιού. 

Στην πρώτη κατηγορία, εντάσσονται τα ρομποτ που βοηθούν σε δουλειές του σπιτιού και εκτελούν εργασίες. Η λογική ανάπτυξης και της απήχησής τους είναι ότι οι καθημερινές αγγαρείες, δεν μπορούν να αποφευχθούν και απαιτούν αρκετό χρόνο, ο οποίος μπορεί να αξιοποιηθεί πιο παραγωγικά. Γι’ αυτό και όταν αναφερόμαστε σε «ρομπότ για το σπίτι», αυτό που σκέφτονται οι περισσότεροι είναι τα ρομποτ που βοηθούν στην καθαριότητα, μικρά ρομποτάκια που αναλαμβάνουν σκούπισμα και σφουγγάρισμα όπως η ρομποτική σκούπα. Σκανάρουν το χώρο με τις ενσωματωμένες κάμερες, εντοπίζουν τα εμπόδια και αφού δημιουργήσουν ένα ψηφιακό χάρτη του σπιτιού, καθαρίζουν. Σε μεγαλύτερη κλίμακα, η Moley Robotics, παρουσίασε μία διασυνδεδεμένη κουζίνα με δύο ρομποτικά χέρια τα οποία φτάνουν μέχρι το ψυγείο για να πιάσουν τα υλικά που χρειάζονται για τη συνταγή που θα ζητήσει ο χρήστης, ετοιμάζουν το γεύμα και καθαρίζουν το τραπέζι. 

Σε παρόμοιο μήκος κύματος κινούνται και ρομποτάκια όπως το Zendo, που μπορεί να κινείται μόνο του μέσα στο σπίτι καθώς έχει κάμερες που ανιχνεύουν τα εμπόδια. Ελέγχει τις συσκευές του σπιτιού, προσέχει τους ηλικιωμένους και εκπέμπει σήμα σε περίπτωση ατυχήματος. Μάλιστα, το touch-screen πρόσωπό του επιτρέπει να πάρει διάφορες εκφράσεις ενώ έχει και μικρόφωνο για να μπορεί να μιλάει. Το Guardian αναφέρει ότι επιπλέον μπορεί να διασκεδάζει τα παιδιά με ένα χορευτικό νούμερο. 

Υπάρχουν όμως και αυτοματισμοί μέσα στο σπίτι, που έχουν εισβάλει τόσο έντονα στην καθημερινότητά μας, σε σημείο να μην αντιλαμβανόμαστε το πόσο καινούργια τεχνολογία είναι. Για παράδειγμα, το πλυντήριο που έχει ρυθμισμένα τα προγράμματα και ο χρήστης απλά επιλέγει το αντίστοιχο νούμερο για το πρόγραμμα που επιθυμεί ή η λειτουργία ύπνου στην τηλεόραση. Σίγουρα είναι πολύ πιο μικρές λεπτομέρειες στην καθημερινότητά μας αλλά υπάρχουν εδώ και λίγα μόλις χρόνια!

Ένα μεγάλο πρότζεκτ, είναι το ρομποτικό διαμέρισμα που δημιουργήθηκε το 2015 στο Σαν Φρανσισκο. Ένα μικρό διαμέρισμα, περιοριζει πολύ τον ένοικο ως προς τη διαρρύθμιση. Αυτό το πρόβλημα έλυσε η εταιρία που σχεδίασε το συγκεκριμένο διαμέρισμα, όπου τα έπιπλα μεταφέρονται από μόνα τους σύμφωνα με την επιλογή του χρήστη, ώστε να στήσουν κάθε φορά το δωμάτιο που ζητάει. Βγαίνει το κρεβάτι που είχε αναδιπλωθεί, ή αντίθετα μετακινείται πιο πίσω η βιβλιοθήκη ώστε να κάνει χώρο για ένα μεγαλύτερο σαλόνι. Ο έλεγχος αυτής της σειράς «έξυπνων επίπλων» γίνεται μέσω εφαρμογής στο κινητό και έχει επιτευχθεί με τη χρήση ρομποτικής τεχνολογίας ώστε να εξυπηρετήσει τις ανάγκες του μέσου ανθρώπου στις μεγάλες πόλεις που κατά βάση επιλέγει μικρότερα και πιο οικονομικά διαμερίσματα.

Σε συνέχεια αυτού, η πιο διαδεδομένη εφαρμογή ρομποτικής τεχνολογίας είναι η τεχνολογία που αξιοποίησε η Google και η Amazon για να δημιουργήσουν τις Google Assistant και Alexa αντίστοιχα. Τα AI που συνδέονται με πληθώρα συσκευών από το σπίτι και επιτρέπουν τον έλεγχό τους με φωνητικές εντολές ή μέσω εφαρμογής στο κινητό. Η τεχνολογία του Smart Home, κερδίζει όλο και μεγαλύτερη απήχηση, καθώς οι αυτοματισμοί επιτρέπουν άμεσο και γρήγορο έλεγχο και την προεπιλογή ρυθμίσεων που εξυπηρετεί στο χρονικό προγραμματισμό. Από τα πιο απλά, που έχουν να κάνουν με τον φωτισμό, τη θερμοκρασία του σπιτιού, το να παίξει ένα τραγούδι ή το να αυξομειώσει την ένταση της μουσικής, μέχρι το να ενεργοποιήσει την καφετιέρα ή να ρυθμίσει ξυπνητήρι. Οι αυτοματισμοί αυτοί, κάνουν τη ζωή μας πιο εύκολη καθώς μειώνουν τις ενέργειες που έχουμε να λάβουμε καθημερινά, αφήνοντας έτσι ενέργεια να αφιερωθεί σε πιο σημαντικές δουλειές. Δεν χρειάζεται για παράδειγμα να κάνεις καμία κίνηση για να βεβαιωθείς ότι έχεις ρυθμίσει το θερμοστάτη του σπιτιού στους 22 βαθμούς, απλά ρωτάς την έξυπνη βοηθό σου που είναι συνδεδεμένη με κάθε αισθητήρα στο σπίτι. Μάλιστα μπορείς να ζητήσεις να είναι ένα συγκεκριμένο δωμάτιο σε μια θερμοκρασία! 

Μεγάλη σημασία έχει αυτή η τεχνολογία στην ασφάλεια του σπιτιού, καθώς οι αισθητήρες μπορούν να εντοπίσουν κινήσεις και να στείλουν μήνυμα ότι κάποιος προσπαθεί να διαρρήξει το σπίτι. Με τέτοιους αισθητήρες κίνησης, είμαστε ως κοινωνία, εδώ και χρόνια εξοικειωμένοι, απλά ίσως δεν είχαμε ακόμα κάνει τη σύνδεση με τη ρομποτική τεχνολογία. Οι κάμερες ασφαλείας που στρέφονται εκεί που οι αισθητήρες τους ανιχνεύουν κίνηση είναι άλλο ένα παράδειγμα που καθιστά εμφανές το πόσο σημαντική βοήθεια παρέχει η εφαρμογή της ρομποτικής στην καθημερινότητά μας.

Εξελικτικά, όλο και περισσότερο αυτή η λογική του αυτοματισμού και του “απομακρυσμένου ελέγχου” συσκευών εντάσσεται στην νοοτροπία μας. Εμπιστευόμαστε περισσότερο την μηχανή να φτιάξει μόνη της αυτό που ζητάμε καθώς, μειώνοντας τον ανθρώπινο παράγοντα, μειώνονται και τα λάθη. Η ένσταση είναι ότι αν μπορούμε να φτιάξουμε ένα ρομπότ να κάνει κάθε δουλειά για εμάς, που σταματάμε; Πως σταματάμε; Ποια είναι τα όρια; Αυτές είναι ερωτήσεις που οι εκάστοτε μηχανικοί τεχνητής νοημοσύνης και ρομποτικής θα κληθούν να ρυθμίσουν και να αποφασίσουν, όπως ως τώρα καλούνται να τα ελέγχουν ως προς την ακτινοβολία που εκπέμπουν αθροιστικά και ως προς την τιμή διάθεσής τους στην αγορά, ώστε να είναι διαθέσιμα για το κοινό στο οποίο στοχεύει αυτή η τεχνολογία.

Πηγές

Robotic Furniture Revolutionize Tiny Apartments Ori (refinery29.com)

What is Alexa and what can Amazon Echo do? (pocket-lint.com)

10 ρομπότ κάνουν διασκεδαστικές τις δουλειές του σπιτιού (pencilonthemoon.gr)

Τα 5 ρομπότ που κάνουν δουλειές στο σπίτι – CNN.gr

Artificial Intelligence in Home Robots – Current and Future Use-Cases | Emerj Artificial Intelligence Research

 

Αναστασία Γιαμαλή

Read More
Robotic Arm

Το robotic arm, ή αλλιώς ο ρομποτικός βραχίονας, αποτελεί προσομοίωση του ανθρώπινου χεριού, δηλαδή διαθέτει μια σειρά συνήθως μεταξύ 4 έως 6 αρθρώσεων, που εξασφαλίζουν ακόμα μεγαλύτερη ευελιξία και ακρίβεια στις κινήσεις, όπως ακριβώς συμβαίνει και στο ανθρώπινο σώμα με τον αγκώνα, τον καρπό και τον ώμο. Πρόκειται για ένα μηχανικό κατασκεύασμα που βρίσκει εφαρμογή σε αρκετούς τομείς, διευκολύνοντας πολλούς επαγγελματίες, χάρη στην ακρίβεια, την ταχύτητα, την επαναληψιμότητα, την ευελιξία, την ασφάλεια, την αξιοπιστία και την αποτελεσματικότητα που εξασφαλίζει. Ένας ρομποτικός βραχίονας, μπορεί είτε να λειτουργεί ως μεμονωμένο ρομπότ που έχει προγραμματιστεί για να επιτελεί συγκεκριμένες εργασίες, είτε να αποτελεί υποτμήμα κάποιου άλλου πιο σύνθετου μηχανήματος. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιείται στην ιατρική, στη γεωργία, στη βιομηχανική παραγωγή, σε μεγάλες αλλά και μικρές επιχειρήσεις logistics ακόμα και σε διαστημικές αποστολές. Επιπλέον, μπορεί να αποτελεί τμήμα ενός ανθρωπόμορφου βοηθού- ρομπότ για οικιακή χρήση. Τέλος, η ευρεία χρήση τους, τους καθιστά καθώς περνούν τα χρόνια ακόμα πιο προσιτούς και πλέον μπορεί κανείς να προμηθευτεί αξιόλογους και ποιοτικούς βραχίονες με σχετικά χαμηλό κόστος. 

Η ιστορία τους δεν είναι ιδιαίτερα παλιά, μιας και ο πρώτος ρομποτικός βραχίονας κατασκευάστηκε πριν λίγα χρόνια, το 1954 από τον George Charles Devol Jr. και το όνομά του ήταν Unimate. Μόλις 6 χρόνια αργότερα αγοράστηκε από την General Motors και 1 χρόνο μετά την αγορά, το 1961 εισήχθη στη βιομηχανία θέτοντας στέρεες βάσεις για την ανάπτυξη της βιομηχανικής ρομποτικής.

Η αναγνώριση της σπουδαιότητας μιας τέτοιας μηχανής έχει οδηγήσει πολλούς επιστήμονες να εξελίξουν αυτόν τον κλάδο και να δημιουργήσουν αρκετούς αλγορίθμους αλλά και βραχίονες, οι οποίοι μπορούν να προσαρμόζονται και να ανταποκρίνονται σε δραστηριότητες οι οποίες μπορεί είτε να απαιτούν λεπτομερείς κινήσεις, όπως λόγου χάρη τη συναρμολόγηση μιας πλακέτας κυκλωμάτων, είτε πρόκειται για εργασίες και εφαρμογές pick and place, ακόμα και σε βιομηχανίες αυτοκινήτων. Για την επιλογή του καταλληλότερου βραχίονα είναι καλό να λαμβάνουμε υπόψιν τους εξής παράγοντες: το φορτίο, τον προσανατολισμό, την ταχύτητα, τις αποστάσεις, την ακρίβεια, το περιβάλλον καθώς και οι εργασίες που θα ανατεθούν.

Τα είδη των βραχιόνων διακρίνονται βάσει των δυνατοτήτων που έχουν εξαιτίας της κατασκευής τους καθώς επίσης και τις λειτουργίες που μπορούν να επιτελέσουν. Αναλυτικότερα, υπάρχουν τέσσερα είδη βραχίονα, οι καρτεσιανοί, οι κυλινδρικοί, οι πολικοί ή σφαιρικοί και οι SCARA. 

Οι βραχίονες SCARA ( Selective Compliance Articulated Robot Arm) χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον στη βιομηχανία και δύνανται να συναρμολογήσουν και να τοποθετήσουν αντικείμενα, ενώ παράλληλα αποτελούν και τους βραχίονες με το μεγαλύτερο βαθμό ευελιξίας κινήσεων. Σε αυτήν την κατηγορία, ανήκει και ο βραχίονας που βρίσκεται στη ρομποτική πλατφόρμα της DIR προκειμένου να εκτελεί την pick and place λειτουργία, όπως τον έχουμε προγραμματίσει. Ειδικότερα, το arm της ομάδας, έχει 5 βαθμούς ελευθερίας κινήσεων και μπορεί να καλύπτει απόσταση 41 εκατοστών οριζοντίως και 55 εκατοστών καθέτως, ενώ μπορεί να περιστρέφεται σε κύκλο 360ο και να βρεθεί σε 4096 διαφορετικές θέσεις. Παράλληλα, όταν βρίσκεται σε έκταση 10 εκατοστών μπορεί να ανυψώσει αντικείμενα έως 800 γραμμάρια, αλλά καθώς συνεχίζει την ανάταση, η ανυψούμενη μάζα, δηλαδή το ωφέλιμο φορτίο, μειώνεται σταδιακά, όπως έχει οριστεί από την εταιρία κατασκευής. 

Επίσης, πέρα από τις κατηγορίες των βραχιόνων μπορούμε να διακρίνουμε και τις αρθρώσεις, οι οποίες ομαδοποιούνται στα εξής είδη: τις περιστροφικές, τις πρισματικές και τις σύνθετες.  Οι διαφορές μεταξύ τους συνοψίζονται στο ότι η πρώτη επιτρέπει μια σχετική περιστροφική κίνηση ανάμεσα σε δύο γειτονικούς συνδέσμους, ενώ η δεύτερη, που αλλιώς καλείται και τηλεσκοπική, προσφέρει τη δυνατότητα σχετικής μετατόπισης, σε ευθεία γραμμή, μεταξύ δύο κοντινών γειτονικών συνδέσμων. Οι σύνθετες αρθρώσεις, διακρίνονται εξίσου σε ορισμένες κατηγορίες. Η πρώτη είναι η κυλινδρική, που δίνει δύο βαθμούς ελευθερίας και επιτρέπει μία μεταφορική και μια περιστροφική κίνηση γύρω από τον άξονα. Έπειτα, έχουμε την άρθρωση κύλισης, που προσφέρει επίσης δύο βαθμούς ελευθερίας, όμοια με την κυλινδρική, ωστόσο ο άξονας περιστροφικής κίνησης είναι κάθετος στη διεύθυνση του άξονα που πραγματοποιεί τη μεταφορική κίνηση. Η ελεύθερη άρθρωση επιτρέπει δύο περιστροφικές κινήσεις και παρεμποδίζει όλες τις άλλες, ενώ τέλος η σφαιρική, παρέχει τρεις βαθμούς ελευθερίας δίνοντας τη δυνατότητα αποκλειστικά περιστροφικών κινήσεων. 

Παράλληλα όμως με τις παραπάνω κατηγορίες, μπορεί κανείς να διακρίνει και τους grippers, την αρπάγη του βραχίονα. Αυτοί παρουσιάζουν αντίστοιχα ποικιλομορφία και ομαδοποιούνται σε τέσσερις τύπους: τη vacuum, την πνευματική, την υδραυλική και τη σερβο-ηλεκτρική λαβή. Η πρώτη, χρησιμοποιεί την ατμοσφαιρική πίεση για τη συγκράτηση και τη μετακίνηση αντικειμένων. Η δεύτερη, λειτουργεί με πεπιεσμένο αέρα που κινεί τις «δαγκάνες», που μπορούν να παρομοιαστούν και με δάχτυλα. Η υδραυλική λαβή παρουσιάζει αρκετές ομοιότητες με την πνευματική, η διαφορά τους έγκειται στο ότι η πρώτη μπορεί να ανυψώσει μεγαλύτερα βάρη. Τέλος, η σερβο-ηλεκτρική ή απλώς ηλεκτρική, αποτελεί τη δημοφιλέστερη επιλογή λαβής που χρησιμοποιεί ηλεκτροκινητήρα για τον έλεγχο των δαγκανών. Όλοι οι βραχίονες ανεξαρτήτως του είδους, μπορούν να ανταποκριθούν σε δύο συνθήκες. Την αυτόματη και τη χειροκίνητη λειτουργία. Στην πρώτη περίπτωση, ο βραχίονας είναι ρυθμισμένος, προγραμματισμένος, να εκτελεί μία κίνηση, χωρίς να απαιτείται η παρουσία του ανθρώπινου παράγοντα. Στη δεύτερη αντίθετα, κρίνεται απαραίτητη η ανθρώπινη παρουσία, καθώς η λειτουργία του συνδυάζεται με τον έλεγχο από χρήστη, όπως λόγου χάρη με το πάτημα κάποιων κουμπιών. 

Ας περάσουμε όμως τώρα στον τρόπο με τον οποίο προγραμματίζεται και λειτουργεί ένας ρομποτικός βραχίονας. Όλα ξεκινούν από το URDF (Unified Robot Description Format) του, το «σχέδιο» του βραχίονα. Εκεί, ο προγραμματιστής ορίζει τα σημαντικά στοιχεία για τη λειτουργία και την κίνηση του βραχίονα, όπως τις αρθρώσεις (joints) που συνδέονται μεταξύ τους μέσω των συνδέσμων (links), τις συντεταγμένες, το μήκος, το πλάτος, το είδος και το εύρος της κίνησης που θα κάνει η κάθε άρθρωση. Την αδράνεια και τη μάζα. Αφού έχει ολοκληρωθεί αυτή η διαδικασία, περνάμε τα δεδομένα μας στο πακέτο ‘’MoveIt!’’, το οποίο μετουσιώνει τον αλγόριθμο στα απαιτούμενα αρχεία για τη λειτουργία του βραχίονα. Ωστόσο, η κίνηση επιτυγχάνεται με τη βοήθεια των KDL (που επεξεργάζεται όλες τις εξισώσεις κινηματικής) και RRT (motion planning) για την εύρεση του βέλτιστου τρόπου πραγματοποίησης της κίνησης.  

Τι κρύβεται πίσω από τις έννοιες KDL και RRT; Ξεκινώντας από το KDL( Kinematics and Dynamics Library), οι υπολογισμοί και οι εξισώσεις που χρησιμοποιούνται στηρίζονται στην αντίστροφη κινηματική και η περιγραφή τους είναι γεωμετρική. Η κινηματική διακρίνεται σε δύο κατηγορίες: την αντίστροφη και την ευθεία. Η ευθεία λύνει το πρόβλημα καθορισμού της θέσης και του προσανατολισμού για να καταλήξουμε στο τελικό σημείο δράσης, ενώ αντίθετα στην αντίστροφη, όπου είναι δεδομένα η θέση και ο προσανατολισμός του τελικού στοιχείου δράσης, επιλύονται εξισώσεις για την εύρεση του αντίστοιχου συνόλου μεταβλητών των αρθρώσεων. Προτού συνεχίσουμε όμως και εμβαθύνουμε ακόμα περισσότερο, ας ορίσουμε πρώτα κάποια βασικά στοιχεία και έννοιες. Κάθε ρομποτικός βραχίονας με ν αρθρώσεις έχει ν+1 συνδέσμους. Επίσης, ως DOF (Degrees Of Freedom) ορίζουμε τους βαθμούς ελευθερίας. Λαμβάνοντας επομένως αυτά τα δεδομένα υπόψιν, μπορούμε εν συντομία να παραθέσουμε τη μεθοδολογία, πάνω στην οποία στηρίζονται τα παραπάνω. Αρχικά ορίζουμε τα k1, k2, k3, τέτοια ώστε το κέντρο του καρπού Ο να έχει τις συντεταγμένες που περιγράφονται από: 

O=ο-d6R0 0 1 ,          όπου

 

q={i,   αν η άρθρωση είναι περιστρεφώμενη di,   αν η άρθρωση είναι πρισματική

Έπειτα, χρησιμοποιώντας τα παραπάνω δεδομένα, αξιοποιείται ο R30 ,δηλαδή ο μετασχηματισμένος προσανατολισμός που εξαρτάται από τις μεταβλητές x, y, z. Τέλος, αν τα στοιχεία της θέσης Ο του τελικού στοιχείου δράσης συμβολίζονται με Οx, Oy, Oz και τα στοιχεία του κέντρου με xκ, yκ, zκ αντίστοιχα, τότε προκύπτει η σχέση:

x y z =ox–d6r13 oy–d6r23 oz–d6r33  .

Έτσι, προσδιορίζουμε και καθορίζουμε τον προσανατολισμό του τελικού στοιχείου δράσης σε σχέση με το πλαίσιο x, y, z, από τη σχέση R=R30R60, ως R63=(R30)-1R και τέλος βρίσκουμε τις τελικές τρεις γωνίες σαν σύνολο γωνιών Euler.  Σύντομα μπορούμε να αναφέρουμε ότι ο Euler θεώρησε ότι ο προσανατολισμός οποιουδήποτε συστήματος αναφοράς στο χώρο, μπορεί να εκφραστεί ως σύνθεση τριών περιστροφών γύρω από τους άξονες ενός σταθερού συστήματος αναφοράς. Αν μεταφράσουμε τα παραπάνω σε μαθηματική γλώσσα προκύπτουν για την κάθε στροφή ανά άξονα τα εξής:

R1(1)=1 0 0 0 cos1 -sin1 0 sin1 cos1

R2(2)=cos2 0 -sin2 0 1 0 sin2 0 cos2

R1(1)=cos3 sin3 0 -sin3 cos3 0 0 0 1

Συνεχίζοντας με το RRT ( rapidly exploring random tree), στην ουσία περιγράφουμε έναν αλγόριθμο που έχει σχεδιαστεί για να κάνει το path ή αλλιώς motion planning, δηλαδή την εύρεση μιας ακολουθίας κινήσεων για την επίτευξη του στόχου, την άφιξη στον τελικό προορισμό, αποφεύγοντας όλα τα εμπόδια. Υπάρχουν αρκετοί αντίστοιχοι αλγόριθμοι που εξυπηρετούν αυτόν το σκοπό, ωστόσο ο RRT φαίνεται να είναι ο προτιμότερος καθώς όχι μόνο καταφέρνει να βρει την κατάλληλη διαδρομή αλλά και την απεικονίζει μέσω γραφικής παράστασης, ένας συνδυασμός που δε δύναται να προσφέρει η πλειονότητα των αντίστοιχων αλγορίθμων. Παράλληλα, η λειτουργία του συνοψίζεται πέρα από τις υψηλές ταχύτητες στα εξής: δημιουργούνται τυχαία σημεία στο χώρο και συνδέονται με τον πλησιέστερο διαθέσιμο κόμβο. Κάθε φορά πρέπει να ελέγχεται ότι το σημείο αποφεύγει τα εμπόδια. Βέβαια η επιλογή των σημείων δεν είναι τόσο τυχαία, όσο αρχικά αφέθηκε να εννοηθεί, αλλά στηρίζεται σε μια θεωρία που καλείται Sampling Theory.

Ακόμα, είναι σημαντικό ο επιστήμονας να λάβει υπόψιν του και αναλύσεις σχετικά με τη ροπή του βραχίονα, για να αποφευχθούν τυχούσες αστοχίες ακόμα και ρήξη των αρθρώσεων. Αρχικά, στηριζόμενοι στους απλούς νόμους της φυσικής, μπορούμε να ορίσουμε την έννοια της ροπής ως τη δύναμη περιστροφής, που περιγράφεται ως το γινόμενο της δύναμης που επιδρά με την απόσταση, δηλαδή   Τ= F*L= m*g*L, όπου: F= m*g, και 

           F: δύναμη

           m: μάζα

           g: επιτάχυνση της βαρύτητας

           L: μήκος από το σημείο περιστροφής

Έτσι, είναι εύκολο να παρατηρήσει κανείς ότι η μέγιστη ροπή ασκείται όταν ο βραχίονας βρίσκεται σε οριζόντια θέση, 90ο. 

Επίσης είναι καλό να οριστεί και ο χώρος εργασίας του ρομπότ. Με αυτόν τον όρο περιγράφουμε τον τρισδιάστατο χώρο στον οποίο μπορεί να δραστηριοποιηθεί ο βραχίονας. Η έκταση και το σχήμα του οποίου εξαρτώνται από την κατασκευή του. Σε ένα βραχίονα SCARA λόγου χάρη ο χώρος εργασίας αποτελεί τμήμα ενός κυλίνδρου, και ο υπολογισμός αυτού γίνεται μέσω προγραμμάτων, όπως το MATLAB.

Όπως τονίστηκε και στην αρχή οι ρομποτικοί βραχίονες χρησιμοποιούνται ευρέως και εκτενώς για πολλές δραστηριότητες και σε ποικίλα περιβάλλοντα. Εξαιρετικής σημασίας για την επιλογή τους πέρα από την ικανότητά τους να ανταποκριθούν στις ζητούμενες λειτουργίες, είναι και η ανθεκτικότητα, η αντοχή τους με άλλα λόγια, στις συνθήκες που πρόκειται να δουλέψουν. 

Για παράδειγμα αναφέραμε ότι χρησιμοποιούνται στην ιατρική επιστήμη. Η συνηθέστερη εφαρμογή σε αυτόν τον κλάδο αποτελεί η τηλεχειρουργική. Η πιο σύγχρονη πρακτική καλείται DaVinci Xi. Σε αυτήν,  ο ειδικά εκπαιδευμένος χειρουργός  χειρίζεται μια κονσόλα και εκτελεί την εγχείρηση με τη βοήθεια υπολογιστή, κινώντας μοχλούς προσαρμοσμένους στα χέρια του και έτσι η κίνηση πραγματοποιείται με εξαιρετική ακρίβεια και σταθερότητα, σε πραγματικό χρόνο, από τους συνήθως τρεις ή τέσσερις βραχίονες (ο ένας λειτουργεί ως ενδοσκόπιο και οι άλλοι δύο ή τρεις ως ενδοσκοπικά εργαλεία). Οι συνθήκες όμως που επικρατούν σε ένα χειρουργικό περιβάλλον είναι αρκετά ιδιαίτερες, επομένως και το υλικό του βραχίονα πρέπει να είναι εξίσου προσεκτικά επιλεγμένο και να ακολουθεί τις προδιαγραφές που ορίζονται για τα χειρουργικά εργαλεία. Η πλειονότητά τους έχει κατασκευαστεί από ένα κράμα ανοξείδωτου χάλυβα, σιδήρου, χρωμίου και άνθρακα σε συγκεντρώσεις που διαφέρουν ανάλογα με το εργαλείο αλλά και την κατασκευαστική εταιρεία. Ακόμα, για μικρότερα και περισσότερο ευαίσθητα εργαλεία χρησιμοποιείται τιτάνιο, αλλά και βιτάλιο το οποίο έχει την ιδιότητα να μη σκουριάζει εύκολα. Βέβαια τα τμήματα εκείνα του βραχίονα που έρχονται σε άμεση επαφή με τον ασθενή έχουν συγκεκριμένο κύκλο ζωής ο οποίος καθορίζεται από τις χρήσεις του και ορίζεται από τον κατασκευαστή. Τα παραπάνω είναι ιδιαίτερα φιλικά προς το περιβάλλον καθώς, ο ανοξείδωτος χάλυβας, ένα κράμα σιδήρου- άνθρακα και χρωμίου, είναι αρκετά οικονομικός, έχει μεγάλη διάρκεια ζωής και ανακυκλώνεται εύκολα και αρκετές φορές.  

Παράλληλα, οι ρομποτικοί βραχίονες έχουν χρησιμοποιηθεί και χρησιμοποιούνται ακόμα και σε διαστημικές αποστολές, με μια από τις κυριότερες λειτουργίες του να είναι η συλλογή δειγμάτων και πετρωμάτων για τη μελέτη του εδάφους. Ακόμα, κάποιοι μπορούν να προσδεθούν πάνω στο διαστημικό λεωφορείο για την επίλυση εξωτερικών προβλημάτων. Και για τις δύο χρήσεις, ο βραχίονας ομοιάζει με αυτόν που χρησιμοποιεί η ομάδα, απλώς όπως γίνεται αντιληπτό δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί αυτούσιος, διότι στη μία περίπτωση απαιτείται η κατάλληλη θωράκιση για να προστατευτεί από εξωγενείς και απρόβλεπτους διαστημικούς παράγοντες, ενώ στη δεύτερη πέρα από τα παραπάνω κρίνεται αναγκαία η χρήση ενός σαφώς μεγαλύτερου. 

Όσον αφορά τώρα τα «ρομπότ βοηθούς» ή τα ρομπότ για οικιακή χρήση, οι δραστηριότητες και οι εφαρμογές ενός ρομποτικού βραχίονα ποικίλουν. Χωρίς να είναι απαραίτητο το ρομπότ μας να έχει μια τέτοια μορφή, ας θεωρήσουμε για να χτίσουμε μια περισσότερο οικεία εικόνα, ότι είναι ανθρωποειδές και ότι έχει δύο βραχίονες ως χέρια. Τότε αυτό μπορεί να μεταφέρει ίσως κάποιο πιάτο με φαγητό ή ένα δίσκο. Να μαγειρέψει, να καθαρίσει, να βάλει ρούχα στο πλυντήριο, να εκτελέσει με άλλα λόγια πολλές οικιακές δουλειές. Επίσης, αντίστοιχα με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται για τις χειρουργικές επεμβάσεις, μπορεί να βοηθήσει έναν αρχιτέκτονα να σχεδιάσει στο χαρτί με εξαιρετική ακρίβεια ένα σχέδιο. Μπορεί να αποτελέσει συντροφιά για μεγάλους και παιδιά και να εκτελέσει δραστηριότητες μαζί τους, όπως είναι η ζωγραφική. Για την πραγματοποίηση όλων αυτών επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο τύπος βραχίονα της ομάδας μας και θέτοντας ορισμένους περιορισμούς ως προς το βάρος μπορεί ακόμα να χρησιμοποιηθεί και ακριβώς το ίδιο μοντέλο βραχίονα.  

Τέλος, έχουμε τους ρομποτικούς βραχίονες των οποίων η χρήση εξυπηρετεί βιομηχανικούς, συνήθως pick and place, σκοπούς, όπως ακριβώς και αυτός της DIR. Ο βραχίονας, όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, επιλέγεται ανάλογα με τις ανάγκες που πρόκειται να κληθεί να καλύψει. Ο δικός μας, εξαιτίας κυρίως της φύσης της κατηγορίας στην οποία διαγωνιζόμαστε, δεν απαιτεί την ανύψωση βαρειών αντικειμένων ή την ικανότητα επέκτασης σε μεγάλο μήκος. Παίρνοντας ως παράδειγμα αυτόν, μπορεί να σχολιαστεί ότι ένα τμήμα του είναι μεταλλικό και ένα άλλο είναι 3D printed με PLA. Γενικότερα, η κατασκευή του είναι αρκετά στιβαρή και μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί ακόμα και αν απορριφθεί στο μέλλον εμάς. Περνώντας τώρα στο περιβαλλοντικό του αποτύπωμα, αυτό δεν είναι ούτε μεγάλο, ούτε ιδιαίτερα επιβαρυντικό για το περιβάλλον, καθώς αρχικά μπορεί να απορριφθεί σε ειδικά σημεία ανακύκλωσης και επιπλέον το PLA (θερμοπλαστικός αλειφατικός πολυεστέρας) προέρχεται από ανακυκλώσιμες πηγές ενέργειας, όπως το ζαχαροκάλαμο και το άμυλο καλαμποκιού. Συνεπώς για την κατασκευή αυτού του τμήματος δεν δαπανώνται σημαντικοί πόροι.  

 

ΖΩΗ ΒΟΛΤΣΗ

 

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΚΑΙ ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ:

https://www.trossenrobotics.com/widowxrobotarm

https://pme.duth.gr/dir/

https://ie.rs-online.com/web/generalDisplay.html?id=ideas-and-advice/robotic-arms-guide

https://www.researchgate.net/publication/261351064_Where_do_you_want_to_use_a_robotic_arm_And_what_do_you_want_from_the_robot

https://www.robotshop.com/community/tutorials/show/robot-arm-torque-tutorial

https://eclass.teiwm.gr/modules/document/file.php/BSMM121/%CE%9A%CE%95%CE%A6%CE%91%CE%9B%CE%91%CE%99%CE%9F%203.pdf

http://www.eln.teilam.gr/sites/default/files/lesson08_1.pdf

https://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/bitstream/10889/13677/1/Thesis_Perantonis_Ioannis_228275.pdf

http://users.ntua.gr/ddeli/satgeodesy/Notes/Sat_Geodesy_2b_RefSystems_orbity.pdf

https://hellanicus.lib.aegean.gr/bitstream/handle/11610/12745/file0.pdf?sequence=2

https://theclassytim.medium.com/robotic-path-planning-rrt-and-rrt-212319121378

http://okeanis.lib.puas.gr/xmlui/bitstream/handle/123456789/3759/auto_41896.pdf?sequence=2&isAllowed=y

https://tameson.com/pneumatic-gripper.html

https://www.mobilehydraulictips.com/hydraulic-grippers/

https://www.metropolitan-general.gr/el/%CF%85%CF%80%CE%B7%CF%81%CE%B5%CF%83%CE%AF%CE%B5%CF%82/%CE%B3%CE%B5%CE%BD%CE%B9%CE%BA%CE%AD%CF%82-%CF%85%CF%80%CE%B7%CF%81%CE%B5%CF%83%CE%AF%CE%B5%CF%82/%CF%81%CE%BF%CE%BC%CF%80%CE%BF%CF%84%CE%B9%CE%BA%CE%AE-%CF%87%CE%B5%CE%B9%CF%81%CE%BF%CF%85%CF%81%CE%B3%CE%B9%CE%BA%CE%AE-da-vinci

https://mirs.gr/%CF%84%CE%B1-5-%CE%B2%CE%B1%CF%83%CE%B9%CE%BA%CE%AC-%CE%B5%CE%BE%CE%B1%CF%81%CF%84%CE%AE%CE%BC%CE%B1%CF%84%CE%B1-%CF%84%CE%BF%CF%85-%CF%83%CF%85%CF%83%CF%84%CE%AE%CE%BC%CE%B1%CF%84%CE%BF%CF%82-da-vinc/

http://geomaran.blogspot.com/2010/01/blog-post_18.html

http://ieronimakisinox.com/blog/viosimotita-anokseidotou-xaliba

https://el.wikipedia.org/

https://slideplayer.gr/slide/12556231/

https://apothesis.lib.hmu.gr/bitstream/handle/20.500.12688/4483/KontokalosAntonis2013.pdf?sequence=1&isAllowed=y

https://eclass.teiwm.gr/modules/document/file.php/BSMM121/%CE%9A%CE%95%CE%A6%CE%91%CE%9B%CE%91%CE%99%CE%9F%201.pdf

Read More
ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ: ΤΟ Ο2 ΤΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ

Μέρα με τη μέρα όλο και περισσότερες διαδικασίες αυτοματοποιούνται, με στόχο τη διευκόλυνση των πολιτών και τη διασφάλιση μιας πιο εύρυθμης λειτουργίας, ανεπηρέαστης από τον ανθρώπινο παράγοντα. Όπως είναι φυσικό, μία τέτοια εξέλιξη δε θα μπορούσε να μην κάνει την εμφάνισή της σε ένα από τα πιο δύσκολα και απαιτητικά για τον άνθρωπο περιβάλλοντα, τις βιομηχανίες. Η αρχή έγινε στη Μεγάλη Βρετανία, με τη βιομηχανική επανάσταση, το 1760, και την εισαγωγή των πρώτων κλωστοϋφαντουργικών μηχανών, προκειμένου να μεγιστοποιηθεί το κέρδος και η απόδοση καθώς και να ελαχιστοποιηθεί ο απαιτούμενος χρόνος. Με την πάροδο του χρόνου και παρά τις αρχικές ενστάσεις από τη μεγαλύτερη μερίδα της εργατικής τάξης, αναγνωρίστηκε ότι αυτή ήταν μια κάθε άλλο παρά προσωρινή αλλαγή. Αποτελούσε τη νέα πραγματικότητα. Πολλοί μηχανικοί αλλά και ερευνητές από τον επιστημονικό κόσμο, εργάστηκαν και προσανατολίστηκαν στο να εξελίξουν τις υπάρχουσες μηχανές αλλά και να δημιουργήσουν νέες πρωτοπόρες, εντάσσοντας σε αυτές και την τεχνητή νοημοσύνη. Έτσι γεννήθηκε η βιομηχανική ρομποτική.

Παρά το γεγονός ότι οι βιομηχανίες όλων των κρατών έχουν εντάξει δυναμικά τη ρομποτική στην παραγωγική διαδικασία, κάποιες κρατούν τα ηνία των ισχυρών κρατών. Ενδεικτικά οι κορυφαίες χώρες που καταλαμβάνουν και τις πρώτες θέσεις στο βάθρο είναι οι Νότια Κορέα, Ιαπωνία και στην τρίτη θέση η Γερμανία, σύμφωνα με μελέτες του 2019 από το International Federation of Robotics. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα βιομηχανικά ρομπότ, δεν ανταποκρίνονται απαραίτητα στις ανθρωπόμορφες φιγούρες που έχουμε στο μυαλό μας. Η πλειονότητα αυτών, είναι μεγάλες πλατφόρμες είτε κινούμενες στο χώρο είτε στερεωμένες σε κάποιες επιφάνειες, με κοινό χαρακτηριστικό τους τους βραχίονες που εκτελούν διάφορες εργασίες. Επιπλέον, η εισαγωγή της τεχνητής νοημοσύνης στο λογισμικό τους κατατάσσει τα ρομπότ σε κατηγορίες βάσει της πολυπλοκότητας των εργασιών που θα εκτελέσουν. Παράλληλα, σε ορισμένες περιπτώσεις, απαιτείται ο χειρισμός τους από κάποιον υπεύθυνο, ενώ σε άλλες αυτό δεν κρίνεται απαραίτητο.

Όλη αυτή η ραγδαία ανάπτυξη όμως προβληματίζει ιδιαίτερα τόσο τους πολίτες όσο και τους επιστήμονες. Τίθενται τα ερωτήματα: Προς ποια κατεύθυνση βαδίζουμε; Θα κατακλύσουν εντελώς τη ζωή μας; Εγκυμονούν κίνδυνοι από την τόσο διευρυμένη χρήση τους; Ευθύνονται για τα υψηλά ποσοστά ανεργίας; Και άλλα πολλά αντίστοιχα. Με άλλα λόγια τίθενται ηθικά διλήμματα που δύσκολα μπορεί κανείς να απαντήσει. Σε καμία περίπτωση δεν μπορεί να αμφισβητηθεί η βελτιστοποίηση που έχει επέλθει στην καθημερινότητα πολλών συμπολιτών μας. Η χρήση των ρομπότ έχει απαλλάξει πολλούς εργαζομένους, τόσο από πολλές βαριές και σκληρές δουλειές όσο και από επικίνδυνες. Ταυτόχρονα, όλο και περισσότεροι νέοι άνθρωποι προσανατολίζουν τις σπουδές τους προς αυτήν την κατεύθυνση συνδράμοντας στην πρόοδο της επιστήμης. Συνεπώς, αυτή η εξέλιξη μπορεί να έχει τόσο θετική όσο και αρνητική ανάγνωση.

Συνοψίζοντας, η εξέλιξη της ρομποτικής και η ένταξή της στη βιομηχανική και παραγωγική διαδικασία, δεν πρέπει να μας τρομάζει. Το βλέμμα κάθε σύγχρονης κοινωνίας οφείλει να είναι στραμμένο στην πρόοδο. Παρομοιάζοντας την κοινωνία με ένα δέντρο λοιπόν, θα μπορούσαμε να πούμε ότι τα κλαδιά που μεγαλώνουν και δυναμώνουν κάθε μέρα είναι η εξέλιξη, οι ρίζες είναι η ηθική και το κοινό συμφέρον, αλλά ο κορμός, που τα συνδέει, είναι όλοι οι πολίτες, όλοι εμείς!

https://emea.gr/epilogi-syntakton/611950/se-poia-chora-kyriarchoyn-ta-viomichanika-rompot-

Read More
Ρομποτική και Διάστημα

Εδώ και αρκετές δεκαετίες, η επιστήμη της ρομποτικής έχει υπάρξει βασικός πυλώνας της εξερεύνησης και μελέτης του διαστήματος. Οι εφαρμογές της σε αυτόν τον τομέα είναι ποικίλες και πολύ σημαντικές καθώς έχει συμβάλλει έμπρακτα στην έρευνα άγνωστων περιοχών του ηλιακού μας, και όχι μόνο, συστήματος. Αρχικά, με τη λέξη ρομπότ αναφερόμαστε σε μια μηχανική συσκευή που σκοπό έχει, είτε την διευκόλυνση, είτε την αντικατάσταση του ανθρώπου σε διάφορες εργασίες. Οι κινήσεις της εν λόγω συσκευής συνήθως ελέγχονται από έναν ειδικά προγραμματισμένο ηλεκτρονικό υπολογιστή. Η ιδιαιτερότητα των ρομπότ, έναντι των άλλων μηχανών, βρίσκεται στο ότι επεξεργάζονται επιτόπου τις πληροφορίες που συλλέγουν, γεγονός που βοηθάει στην υλοποίηση πολυπλοκότερων εργασιών.

Ωστόσο, ως προς τη μελέτη του διαστήματος οι απαιτήσεις αυξάνονται αρκετά καθώς οι επιστήμονες έρχονται αντιμέτωποι με το σχεδιασμό ρομπότ που χρειάζεται να είναι λειτουργικά υπό αντίξοες, ή πολύ συχνά άγνωστες, συνθήκες. Η ανθεκτικότητα των ρομπότ έναντι των ανθρώπων βέβαια, καθώς και η ευκολία για απομακρυσμένο έλεγχο τους από τη Γη, έφερε τις βάσεις στη δημιουργία ολόκληρων αποστολών με σκοπό την εξερεύνηση και επιτόπια έρευνα ουράνιων σωμάτων. Πιο γνωστές και αντιπροσωπευτικές σε αυτόν τον τομέα μπορούν να θεωρηθούν εκείνες με αντικείμενο μελέτης τον πλανήτη Άρη.

Συγκεκριμένα από το 1960 έχουν σχεδιαστεί και εκτοξευθεί σχεδόν 50 αποστολές με στόχο τον «κόκκινο» πλανήτη. Η πρώτη επιτυχημένη ήταν από την Εθνική Υπηρεσία Αεροναυτικής και Διαστήματος της Αμερικής (NASA), με το διαστημικό σκάφος Mariner 4. Το τέταρτο διαστημικό σκάφος της σειράς Mariner, αφού εκτοξεύτηκε επιτυχώς στις 28 Νοεμβρίου του 1964, έστειλε στη Γη τις πρώτες κοντινές φωτογραφίες της επιφάνειας του Άρη αλλάζοντας ριζικά την άποψη της επιστημονικής κοινότητας για τη ζωή στο διάστημα. Δεν αναμενόταν να επιβιώσει παραπάνω από την οκτάμηνη διαδρομή του προς τον Άρη, όμως κατάφερε να παραμείνει σχεδόν τρία χρόνια σε ηλιακή τροχιά, συνεχίζοντας μακροχρόνιες μελέτες για το ηλιακό αιολικό περιβάλλον. Τον Δεκέμβριο του 1967 οι επικοινωνίες με το Mariner 4 διακόπηκαν. Από τότε έχουν υλοποιηθεί και τελεσφορήσει πλήθος αποστολών προς τον συγκεκριμένο πλανήτη. Αυτή τη στιγμή, μόνο η διαστημική υπηρεσία της NASA έχει εν ενεργεία οκτώ αποστολές με αντικείμενο έρευνας τον Άρη, ενώ έχει ήδη σχεδιασμένες σε μεγάλο ποσοστό τις επόμενες δύο.

Χαρακτηριστικά μπορούμε να αναφερθούμε στην “2001 Mars Odyssey”, που ενώ εκτοξεύτηκε τον Απρίλιο του 2001 βρίσκεται ακόμα σε τροχιά γύρω από αυτόν. Πρόκειται για το μακροβιότερο διαστημικό σκάφος της NASA στον Άρη το οποίο συνετέλεσε στη χαρτογράφηση της ποσότητας και της κατανομής πολλών χημικών στοιχείων και μετάλλων που αποτελούν την επιφάνεια του. Οι μετρήσεις που πραγματοποίησε το “Odyssey” επέτρεψαν στους επιστήμονες την καταγραφή ορυκτών και χημικών στοιχείων, καθώς και τον προσδιορισμό περιοχών με υπόγειο παγωμένο νερό. Επίσης, εικόνες που μετρούν τη θερμοκρασία της επιφάνειας έδωσαν εκπληκτική προοπτική ως προς την τοπογραφία του πλανήτη. Το “Odyssey” Orbiter (όχημα σε τροχιά) αποτέλεσε ένα σημαντικό μέσο επικοινωνίας για αποστολές που ακολούθησαν όπως τα Mars Exploration Rovers “Spirit” και “Opportunity”, καθώς και των Lander “Mars Phoenix” και Rover “Curiosity”. Έτσι, εικόνες και άλλες μετρήσεις από την αποστολή “2001 Mars Odyssey” βοηθούν στον εντοπισμό πιθανών τόπων προσγείωσης για Rovers και Landers.

Αυτή τη στιγμή η αποστολή με τίτλο “Mars 2020 Perseverance Rover”, που εκτοξεύτηκε τον Ιούλιο του 2020, βρίσκεται επιτυχώς προσεδαφισμένη στον πλανήτη Άρη από τον Φεβρουάριο του 2021. Η εν λόγω αποστολή αποτελεί την μεγαλύτερη και πιο σημαντική εξέλιξη στον τομέα της αστροβιολογίας μέχρι σήμερα και υπάγεται στο μακροπρόθεσμο πρόγραμμα της NASA για μια προσπάθεια ρομποτικής εξερεύνησης του πλανήτη Άρη. Το Rover “Perseverance” σχεδιάστηκε λεπτομερώς από το NASA Mars Science Laboratory ώστε να διαθέτει το πιο εξελιγμένο εργαστήριο αστροβιολογίας που έχει ποτέ σταλεί σε άλλο ουράνιο σώμα. Βασικός του στόχος είναι η συλλογή αρειανών δειγμάτων από τα πετρώματα του, που θα επιστραφούν στη Γη με κάποια μελλοντική αποστολή.

Πιο αναλυτικά, διαθέτει συνολικά 19 κάμερες και 2 μικρόφωνα τόσο για την καταγραφή πληροφοριών όσο και για την βέλτιστη πλοήγηση του στην επιφάνεια του Άρη. Επίσης, ένας ρομποτικός βραχίονας με ενσωματωμένο τρυπάνι εξάγει τους πυρήνες των πετρωμάτων, τους οποίους στη συνέχεια αποθηκεύει σε ένα ειδικά διαμορφωμένο χώρο στο κύριο «σώμα» του rover. Η μεγάλη ιδιαιτερότητα αυτής της αποστολής έναντι του προκάτοχου της Rover “Curiosity”, που ήδη πραγματοποιεί έρευνες στο πλανήτη από το 2012, είναι η προσθήκη του Mars Helicopter “Ingenuity”. Το “Ingenuity” είναι ένα μικρό, ομοαξονικό ελικόπτερο, τύπου drone, το οποίο επέβαινε στο κάτω μέρος του βασικού κορμού του Rover κατά τη διαδρομή του προς τον πλανήτη Άρη. Κύριος στόχος της συσκευής είναι οι πειραματικές απόπειρες πτήσης σε άλλο ουράνιο σώμα. Τα αποτελέσματα αυτών των δοκιμών στοχεύουν στη μελλοντική δημιουργία ανιχνευτών με δυνατότητα αιώρησης, για την εύρεση σημείων ενδιαφέροντος και πιθανών διαδρομών των Rover. Στις 19 Απριλίου 2021, το ιπτάμενο ρομποτάκι υλοποίησε την πρώτη κινούμενη, ελεγχόμενη πτήση στην εξαιρετικά λεπτή ατμόσφαιρα του Άρη, γράφοντας ιστορία ως η πρώτη του είδους της σε οποιονδήποτε κόσμο πέρα από τη Γη.

Εν κατακλείδι, είναι εμφανές ότι η επιστήμη της ρομποτικής έχει συμβάλει έμπρακτα στο κομμάτι της διαστημικής έρευνας. Οι αφιλόξενες συνθήκες του διαστήματος ανέκαθεν θεωρούνταν από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για την ασφαλή εξερεύνηση του από τους ανθρώπους. Παρ’ όλ’ αυτά, μέσω της ρομποτικής και των πολυάριθμων δυνατοτήτων που μας προσφέρει, η ανθρωπότητα κατάφερε να αγγίξει κάποια διαπλανητικά όρια που μέχρι πρότινος φάνταζαν αδιανόητα.

Ναταλία Χόρτη

Πηγές:

Missions | Mars Exploration Section – NASA’s Mars Exploration Program

Mars 2020 Perseverance Rover – NASA Mars

Learn About the Rover – NASA Mars

Mars Helicopter – NASA Mars

Read More
LiDAR τεχνολογία στη ρομποτική

Η ρομποτική πλατφόρμα της DIR, αφορά ένα αυτόνομο σύστημα με βιομηχανική εφαρμογή. Ωστόσο, τα εξαρτήματα από τα οποία συντίθεται μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σε άλλες εφαρμογές, που φυσικά έχοντας στραμμένο το βλέμμα πάντα προς την περιβαλλοντική υπευθυνότητα, όταν παρέλθει ο κύκλος ζωής τους και πάψουν να είναι λειτουργικά και αποδοτικά μπορούν να ανακυκλωθούν. Σε αυτό το κείμενο θα μελετήσουμε τους LiDAR αισθητήρες. Αφού κάνουμε μία σύντομη αναδρομή στη λειτουργία τους, θα αναλύσουμε κάποιες από τις εφαρμογές στις οποίες μπορούν να αξιοποιηθούν πέρα από τη χρήση και τους σκοπούς που η ομάδα τους προορίζει.  

Οι LiDAR ( Light Detection and Ranging) αισθητήρες, είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί ακτίνες laser προκειμένου να χαρτογραφήσει και να αναπαραστήσει με αρκετά μεγάλη ακρίβεια ένα 3D χάρτη του περιβάλλοντος το οποίο ερευνούμε και τα χαρακτηριστικά της επιφάνειάς του. Η τεχνολογία αυτή παρουσιάστηκε, επίσημα πρώτη φορά από τους Middleton και Spilhaus, το 1953. Η εφαρμογή της διευρύνεται σε υπηρεσίες στρατού, στις βιομηχανίες αλλά και σε πολλές επιστήμες που σχετίζονται με το περιβάλλον, όπως την ψηφιοποίηση γεωγραφικών πληροφοριών για τη μελέτη, τη διαχείριση και το σχεδιασμό γης, την ανίχνευση σωματιδίων στην ατμόσφαιρα, στη μετεωρολογία, στην τηλεπισκόπηση, στην αστρονομία, στην ωκεανογραφία και στη ρομποτική. Το χαρακτηριστικό που τους καθιστά διαφορετικούς από τα RADAR (Radio Detection And Ranging), είναι ότι τα τελευταία χρησιμοποιούν ραδιοκύματα και όχι φωτεινές δέσμες υπέρυθρου φωτός. 

Οι LiDAR αισθητήρες προτιμώνται από την επιστημονική κοινότητα έναντι άλλων μεθόδων, παρά το σχετικά υψηλό τους κόστος. Αυτό που τους καθιστά σπουδαίους είναι κατά κύριο λόγο η υψηλή ταχύτητα και η ακρίβεια λήψης δεδομένων από τον περιβάλλοντα μονοδιάστατο ή πολυδιάστατο χώρο, είτε εσωτερικό είτε εξωτερικό,  που μειώνει σε σημαντικό βαθμό τα σφάλματα που θα μπορούσαν να προκληθούν από ανθρώπινους υπολογισμούς. Βέβαια, σε αυτό το σημείο αξίζει να σημειωθεί ότι, παρότι παρουσιάζoυν αναλλοίωτη από γεωγραφικές παραμορφώσεις εικόνα, σε κατάσταση τύρβης του νερού ή σε υψηλά υψόμετρα, μπορούν να χαρακτηριστούν αναποτελεσματικοί. Επιπλέον, παρότι επηρεάζεται η απόδοσή τους σε κάποιο βαθμό από συνθήκες έντονου υετού και ομίχλης, λόγω της σκέδασης που δίνει λανθασμένα σήματα, παραμένουν άψογα λειτουργικοί ανεξαρτήτως έντασης φωτός καθ’ όλη τη διάρκεια της ημέρας. 

Ο εργονομικός σχεδιασμός τους σε συνδυασμό με το μικρό τους μέγεθος και βάρος τους, μας έχουν επιτρέψει να τοποθετήσουμε δύο αισθητήρες 2D LiDAR TiM5xx στους δύο μπροστινούς τροχούς, γεγονός που μας εξασφαλίζει σάρωση σε όλο το φάσμα των 360 μοιρών στον δισδιάστατο χώρο. Ο καθένας ξεχωριστά, έχει τη δυνατότητα όρασης σε ένα οριζόντιο εύρος ακτινών που φτάνει τις 270 μοίρες, με γωνιακή ανάλυση 0.33 μοιρών. Η εκπεμπόμενη συχνότητα ανέρχεται στα 15Ηz και μπορεί να ανιχνεύει αντικείμενα σε απόσταση από 5cm έως και τα 10m, σε πραγματικό χρόνο. Τα μήκη κύματος στα οποία εκπέμπει κυμαίνονται από 780nm-1mm. Οι δικοί μας λειτουργούν στα 850 nm, ένα μήκος κύματος μεγαλύτερο από αυτό που το ανθρώπινο μάτι μπορεί να αντιληφθεί, ωστόσο μπορεί να θεωρηθεί επιβλαβές για την όρασή μας, μόνο στην περίπτωση όπου κοιτάξουμε άμεσα τις ακτίνες. Παράλληλα, μπορεί να λειτουργήσει και σε μεγάλο θερμοκρασιακό εύρος, από τους -25oC έως τους +50οC και όλες οι μετρήσεις γίνονται με τη χρήση HDDM+. Τέλος, έχει πιστοποίηση IP67, δηλαδή η συσκευή και τα ηλεκτρονικά στοιχεία της είναι ανθεκτικά στη σκόνη και το νερό.

Αναλυτικότερα, το σύστημα εκπέμπει, εκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο, παλμούς με τη μορφή φωτεινής δέσμης φωτός, σε καθορισμένη συχνότητα και ταχύτητα,  και υπολογίζει το χρόνο που απαιτείται για την ανάκλαση των παλμών πίσω στο σαρωτή, που καλείται αλλιώς χρόνος πτήσης, για τον προσδιορισμό της απόστασης στην οποία βρίσκονται τα αντικείμενα, ανεξάρτητα από τις ιδιότητες της επιφάνειας του περιβάλλοντος. Με άλλα λόγια, η απόσταση μεταξύ του αισθητήρα και του υπό εξέταση αντικειμένου, καθορίζεται από τη μετατόπιση της φάσης ανάμεσα στην εκπεμπόμενη και λαμβανόμενη δέσμη φωτός. Αυτή η διαδικασία, είναι ευκολότερο να περιγραφεί μέσω της εξίσωσης:

Distance= Nλ+R2= speed of light*time of flight2

Όπου Ν: ο αριθμός των κύκλων ενός μήκους κύματος

           λ = co/f : μήκος κύματος (όπου f: συχνότητα, cο: ταχύτητα φωτός)

           R= Δφ/ 2π: κλάσμα ενός μήκους κύματος (Δφ: αλλαγή φάσης)

 

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η ανάλυση αυτών των πληροφοριών γίνεται μέσω ντετερμινιστικών και στατιστικών διαδικασιών. Κατά την πρώτη, ο αισθητήρας εκπέμπει έναν μεμονωμένο παλμό, προσεγγίζοντας με αυτόν τον τρόπο την απόσταση από τη στιγμή πτήσης κάθε παλμού. Τελείως αντιδιαμετρικά, τα στατιστικά συστήματα εκπέμπουν μία σειρά παλμών σε εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα. Βασιζόμενα σε στατιστικές αναλύσεις, υπολογίζουν τις ληφθείσες ηχούς μιας σειράς εκπομπής. Η εκπεμπόμενη ακτινοβολία κατευθύνεται στον ανιχνευτή και το οπτικό σήμα μετατρέπεται σε ηλεκτρικό, η ένταση του οποίου εξαρτάται από το χρόνο που απαιτήθηκε μετά τη μετάδοση του κάθε παλμού. Αυτή η μέθοδος μας επιτρέπει, ακόμα και αν χαθούν κάποια από τα σήματα, να εξάγουμε ασφαλή και έγκυρα συμπεράσματα σχετικά με την απόσταση που προσπαθούμε να προσδιορίσουμε.

Ας μελετήσουμε όμως, λίγο εκτενέστερα, τη διαδικασία μέτρησης του χρόνου πτήσης. Για τη μέτρησή του λαμβάνει χώρα η HDDM+(High Definition Distance Measurement Plus), μια διαδικασία που χρησιμοποιείται στην πλειονότητα των αισθητήρων 2D και 3D LiDAR, κατάλληλη για μετρήσεις τόσο σε εξωτερικούς, όσο και σε εσωτερικούς χώρους και στηρίζεται σε στατιστικές αναλύσεις μέσω της διαδικασίας που προαναφέρθηκε. Τα προστατευτικά παράθυρα, η ομίχλη, η βροχή, η σκόνη, το χιόνι, τα φύλλα μπορούν να προκαλέσουν ψευδή σήματα στον αισθητήρα εξαιτίας των πολλαπλών ανακλάσεων. Ωστόσο, η τεχνολογία HDDM+ μπορεί να αναγνωρίζει ποια είναι η εκπεμπόμενη ηχώ και να αξιολογεί ορθά τα δεδομένα. 

Επιπρόσθετα, αξίζει να γίνει και μια σύντομη αναφορά στον τρόπο με τον οποίο ανιχνεύεται το σήμα του LiDAR. Η εξίσωση που το περιγράφει είναι η: 

P(D) = α* G(D)* R(D)* T(D)

Όπου: α= η απόδοση του LiDAR

            G= περιγράφει το εύρος μετρήσεων γεωμετρίας

            R= συντελεστής οπίσθιας διασποράς σε απόσταση D, δηλαδή η ικανότητα να διασκορπιστεί το φως προς την κατεύθυνση από την οποία αυτό προέρχεται

            T= όρος μετάδοσης, που περιγράφει, συναρτήσει της απόστασης, την απώλεια φωτός κατά τη διαδρομή όπου εκπέμπεται η δέσμη φωτός προς το μελετούμενο αντικείμενο και η επιστροφή της.

Συγκεκριμένα οι όροι α και G καθορίζονται από την εταιρεία, είναι μέρος των εργοστασιακών ρυθμίσεων, ωστόσο μπορούν να ελεγχθούν από τον χειριστή της συσκευής. Οι όροι R και T αποτελούν τα αντικείμενα μελέτης και οι τιμές τους είναι αρχικά άγνωστες για τον χειριστή.

Οι LiDAR αισθητήρες που χρησιμοποιεί η ομάδα είναι 2D, γιατί προσομοιώνουμε μια ρομποτική πλατφόρμα ικανή να ανταποκριθεί σε ένα βιομηχανικό περιβάλλον. Με άλλα λόγια, μπορούν να υπολογίζουν και να αναλύουν δεδομένα από το δισδιάστατο, και όχι τον τρισδιάστατο, χώρο. Για την πλειονότητα των εφαρμογών που αναφέραμε παραπάνω, στις οποίες επιλέγεται και χρησιμοποιείται η τεχνολογία των LiDAR αισθητήρων, είναι απαραίτητη και η τρίτη διάσταση, δηλαδή το ύψος. Για τη μέτρηση και τη λήψη δεδομένων και αυτής της παραμέτρου χρειάζονται 3D αισθητήρες, τους οποίους η ομάδα φιλοδοξεί να αποκτήσει σύντομα. Τέλος, το χαρακτηριστικό που αποτελεί και την ειδοποιό διαφορά ανάμεσα στα δύο είδη αισθητήρων είναι ότι, στους 3D υπάρχει ενσωματωμένο σύστημα GPS. Κάτι εξίσου αξιοσημείωτο, αναφορικά με τους LiDAR αισθητήρες, είναι ότι έχουν τη δυνατότητα να αφαιρούν επιλεκτικά ορισμένα αντικείμενα κατόπιν εντολής. Παραδείγματος χάριν, σε περίπτωση που θέλουμε να μελετήσουμε τη βλάστηση μιας περιοχής μπορούν να αφαιρεθούν όλες οι κτιριακές υποδομές.

Προτού περάσουμε στις εφαρμογές και των δύο τύπων αισθητήρων, ας κάνουμε μια σύντομη αναφορά στη λειτουργία των 3D LiDAR. Οι αισθητήρες τοποθετούνται σε κάποιο ύψος, το οποίο διαφέρει σε κάθε περίπτωση, ωστόσο είναι μεγαλύτερο της μετρούμενης επιφάνειας. Η διαδικασία υπολογισμού και ανάλυσης δεδομένων είναι παραπλήσια με τους 2D αισθητήρες, μόνο που σε αυτήν την περίπτωση, καταγράφεται ο χρόνος που απαιτείται για να ταξιδέψει η δέσμη φωτός από τον αισθητήρα στο έδαφος και αντιστρόφως. Με άλλα λόγια η διανυθείσα απόσταση μετατρέπεται σε υψόμετρο. Η θέση των x, y, z προσδιορίζεται με τη βοήθεια, του ενσωματωμένου στον αισθητήρα, GPS και μια εσωτερική μονάδα μέτρησης (ΙΜU) που παρέχει τον προσανατολισμό του αισθητήρα στον ουρανό.  Τέλος, το σύστημα επεξεργασίας του LiDAR εντοπίζει τις κορυφές και καταγράφει ένα σημείο σε κάθε θέση κορυφής στην καμπύλη κυματομορφής, που καλείται επιστροφή. Συνήθως καταγράφονται περίπου 1- 4 επιστροφές από κάθε παλμό. 

Αξίζει να σημειωθεί ότι υπάρχουν δύο είδη 3D LiDAR αισθητήρων, ο τοπογραφικός και ο βυθομετρικός. Ο τοπογραφικός χρησιμοποιεί υπέρυθρο laser για τη χαρτογράφηση και αναπαράσταση του εδάφους. Ο βυθομετρικός, χρησιμοποιεί πράσινο φως που διαπερνά το νερό και φτάνει μέχρι τον πυθμένα θαλασσών, λιμνών και ποταμών. Για το βυθομετρικό, η εξίσωση που περιγράφει την ελαστική οπισθοσκέδαση είναι:

 

Sz=EAOZTOTs2ην2nnH+z2π,zexp⁡[-20zz‘dz’]+SB

 

Όπου  S: το ρεύμα φωτοκαθόδου του ανιχνευτή

           Ε: η ενέργεια του παλμού που μεταδίδεται

           Α: η περιοχή του δέκτη

           Ο: λειτουργία γεωμετρικής μορφής

           Το: η μετάδοση των οπτικών δεκτών

           Τs: η μετάδοση μέσω της επιφάνειας της θάλασσας

           η: η απόκριση του φωτοανιχνευτή (Αmpere/Watt)

           n: ο δείκτης διάθλασης θαλάσσιου νερού

           ν: η ταχύτητα του φωτός στο κενό

           Η: η απόσταση από τον αισθητήρα έως την επιφάνεια

           z: το μήκος της διαδρομής στο νερό

           β: ο συντελεστής σκέδασης κοντά σε γωνία σκέδασης π ακτινών

           α: συντελεστής εξασθένισης του LiDAR  

          SB: φωτοκύτταρο λόγω του φωτός στο φόντο

 

Όπως αναφέρθηκε και στην αρχή, οι LiDAR αισθητήρες χρησιμοποιούνται για τη χαρτογράφηση εκτάσεων γης. Οι σκοποί αυτής της ενέργειας ποικίλουν. Ας θεωρήσουμε ότι έχει ξεσπάσει μια μεγάλη πυρκαγιά σε ένα δάσος με μεγάλη έκταση. Είναι δύσκολο και αρκετά χρονοβόρο να κατευθυνθούν κλιμάκια των αρμόδιων αρχών για να καταγράψουν τις καταστροφές που έχουν συμβεί. Συνεπώς, η πτήση ενός drone πάνω στο οποίο θα έχει τοποθετηθεί ένας 3D LiDAR αισθητήρας μπορεί να διευκολύνει τους μελετητές καθώς θα γίνει πλήρης και λεπτομερής αναπαράσταση της περιοχής με μεγάλη αποτελεσματικότητα και κυρίως ακρίβεια. 

Επίσης, η κλιματική αλλαγή τείνει να επιφέρει πολλές αλλαγές στην εικόνα που έχουμε σήμερα για τον πλανήτη μας. Με το λιώσιμο των πάγων και τη σημαντική αύξηση της θαλάσσιας στάθμης αρκετές παραθαλάσσιες εκτάσεις κινδυνεύουν να εξαφανιστούν, καθώς επίσης και η αποψίλωση των εδαφών, συνδράμει στην αύξηση των πλημμυρών. Η καταγραφή της περιοχής μέσω αυτής της τεχνολογίας, μπορεί τόσο να συμβάλλει στην προσομοίωση πλημμυρών, αλλά και να αποτελέσει υλικό μελέτης για πολλούς ιστορικούς, αρχαιολόγους και άλλους επιστήμονες στο μακρινό μέλλον. Ενώ επίσης μπορεί να γίνει και μελέτη για τη διάβρωση των παράκτιων περιοχών.       

Παράλληλα, εταιρείες τηλεπικοινωνιών, γεωλόγοι, μηχανικοί όπως και οι υπηρεσίες στρατού, μπορούν να αξιοποιήσουν τις εφαρμογές των LiDAR αισθητήρων για την παραγωγή ψηφιακών μοντέλων πόλεων και εδάφους. Δηλαδή, μπορεί να γίνει κατασκευαστικός έλεγχος και αναπαράσταση κτιριακών εγκαταστάσεων, αγροτεμαχίων, δήμων, νομών, τηλεπικοινωνιακών, σιδηροδρομικών και οδικών δικτύων, αποτύπωση επιφανειακών ορυχείων και χαρτογράφηση ηλεκτρικών γραμμών υψηλής τάσης. Όλοι χρήσιμοι χάρτες που προσφέρουν πληροφορίες τόσο για τη διενέργεια μελετών, όσο και για τη λήψη αποφάσεων. 

Το ΝΟΑΑ (National Oceanic and Atmospheric Administration) εκμεταλλεύεται στο έπακρο τη χρήση αυτής της τεχνολογίας, για τη δημιουργία μοντέλων αντιρρύπανσης, τη διαχείριση ακτών, τη μέτρηση της συγκέντρωσης φυτοπλαγκτόν και πολλές άλλες μελέτες.  Πιο συγκεκριμένα, οι LiDAR αισθητήρες μπορούν να χρησιμεύσουν στην ταξινόμηση και τη διάκριση των τύπων των νεφών στη μετεωρολογία. Επιπλέον, μέσω αυτών μπορεί να γίνει και σκιαγράφηση των προφίλ των συγκεντρώσεων διάφορων ατμοσφαιρικών ρύπων, να γίνει παρακολούθηση των ρευμάτων του αέρα, καθώς και να γίνει μέτρηση της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας και υγρασίας. Μάλιστα η NASA, έχει αναθέσει σε ειδική ομάδα επιστημόνων να μελετήσουν και να κάνουν αναλύσεις πάνω στην ατμόσφαιρα, χρησιμοποιώντας ως βασική τεχνολογία τους LiDAR. Παράλληλα, μπορεί να προσδιοριστεί η θέση, η κατανομή και η φύση ατμοσφαιρικών σωματιδίων με μία προηγμένη μέθοδο που καλείται DIAL (Differential Absorption LiDAR). Αυτά τα δεδομένα μπορεί να φαντάζουν εύκολο να αντληθούν, είναι καλό όμως να μη μας διαφεύγει ότι οι LiDAR έχουν τη δυνατότητα να πραγματοποιούν μετρήσεις για αρκετά χιλιόμετρα μακριά από την επιφάνεια της Γης και να επεξεργάζονται πολύπλοκα δεδομένα. 

Κάποια στιγμή ωστόσο, ο αισθητήρας παύει να είναι λειτουργικός ή κρίνεται καλό να απορριφθεί. Τότε περνάμε και στην αποσύνθεσή του. Ανεξαρτήτως του μοντέλου, στην πλειονότητα των LiDAR συναντώνται τα εξής στοιχεία: το laser, ο επεξεργαστής, το scanner και τα ηλεκτρονικά ακριβούς χρονισμού. Όπως είναι φυσικό, οι αισθητήρες δεν μπορούν να απορριφθούν μαζί με τα οικιακά μας απόβλητα, πρέπει να ανακυκλωθούν στους ειδικούς κάδους ανακύκλωσης για ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές. Το περίβλημα του αισθητήρα είναι κατασκευασμένο από πλαστικό. Ο χρόνος αποσύνθεσης του πλαστικού στο περιβάλλον διαφέρει ανάλογα με το είδος του αλλά απαιτούνται από 30 έως 450 χρόνια. Επίσης, το scanner είναι κατασκευασμένο από γυαλί, του οποίου η αποσύνθεση απαιτεί περισσότερα από 500 χρόνια. Για την κατασκευή των ηλεκτρολογικών κομματιών του αισθητήρα, έχουν χρησιμοποιηθεί στοιχεία και χημικές ενώσεις, που αν εκτεθούν σε μη ελεγχόμενες συνθήκες μπορούν να επιφέρουν καταστροφικά αποτελέσματα τόσο στο οικοσύστημα, όσο και στον ίδιο τον άνθρωπο. Για αυτό, κρίνεται εξαιρετικά σημαντικό, να συμμορφωνόμαστε με τις αναγραφόμενες οδηγίες και να μην καταφεύγουμε σε άσκοπες αγορές οι οποίες όχι μόνο επιβαρύνουν εμάς οικονομικά, αλλά αποτελούν και επιβαρυντικό παράγοντα για τον ίδιο τον πλανήτη μας.

 

Ζωή Βόλτση

 

Βιβλιογραφία και σχετικές πηγές:

https://velodynelidar.com/what-is-lidar/

https://www.sick.com/

https://www.americangeosciences.org/critical-issues/faq/what-lidar-and-what-it-used

https://circuitdigest.com/article/what-is-lidar-and-how-does-lidar-works

http://home.ustc.edu.cn/~522hyl/%B2%CE%BF%BC%CE%C4%CF%D7/lidar/intrduction%20to%20lidar1.pdf

https://pme.duth.gr/dir/

https://geoslam.com/what-is-lidar/

https://www.naftemporiki.gr/story/1524312/earth-archive-trisdiastati-xartografisi-tis-gis-gia-tis-epomenes-genies

http://www.geomatics.gr/el/%CF%85%CF%80%CE%B7%CF%81%CE%B5%CF%83%CE%AF%CE%B5%CF%82/%CE%B5%CF%86%CE%B1%CF%81%CE%BC%CE%BF%CE%B3%CE%AD%CF%82_lidar

www.dasodata.gr/index.php/el/kainotomes-efarmoges/528-texnologia-lidar/507-texnologia-lidar

https://oceanservice.noaa.gov/facts/lidar.html

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2019.00251/full

https://en.wikipedia.org/

https://www.nasa.gov/centers/langley/news/factsheets/LASE.html

http://eclass.teiion.gr/modules/document/file.php/ECO146/%CE%92%CE%B1%CF%83%CE%B9%CE%BA%CE%AD%CF%82%20%CE%91%CF%81%CF%87%CE%AD%CF%82%20%CE%A4%CE%B7%CF%82%20%CE%A4%CE%B7%CE%BB%CE%B5%CF%80%CE%B9%CF%83%CE%BA%CF%8C%CF%80%CE%B9%CF%83%CE%B7%CF%82%201%2C2%2C3%2C4_June%202013.pdf

http://cretaeco.gr/anakyklwsh-ylikwn/

https://www.9volto.gr/blog/%CF%84%CE%B9-%CE%B5%CE%AF%CE%BD%CE%B1%CE%B9-%CF%84%CE%BF-ip67-%CE%BA%CE%B1%CE%B9-ip68-%CF%80%CE%BF%CE%B9%CE%AD%CF%82-%CE%BF%CE%B9-%CE%B4%CE%B9%CE%B1%CF%86%CE%BF%CF%81%CE%AD%CF%82-%CF%84%CE%BF%CF%85/

Read More

Categories

  • Applications
  • Scientific

Recent Posts

  • Εκπαιδευτική Ρομποτική στα Σχολεία
  • Dr Robot
  • Η ιστορία των ρομπότ έως το 2005
  • Εφαρμογές Ρομποτικής σε επίπεδο σπιτιού
  • Robotic Arm
Copyright © 2022 DIR
Business Consulting & Digital Marketing by kovald
GSYS Ltd