تحديات توسيع نطاق تصميم الترسبات من المختبر إلى تطبيقات العالم الحقيقي

وأخيرا، تختلف اختبارات الموثوقية في إطار الإنتاج الجماعي عن اختبار القابلية للاستمرارية على نماذج أولية من نوع واحد، إذ أن مراقبة العمليات الإحصائية، واختبارات الحياة المعجلة، وتحليل نمط الفشل قد يحدث مرة في المختبر مرة واحدة في كل مائة وحدة على نطاق واسع - غير مقبولة بالنسبة للأجهزة الاستهلاكية أو الطبية، ويجب أن تمر النظم المتحركة، التي تنطوي على قطع متحركة، والاتصال بالجلد، والعناصر الكهربائية، بمعايير صارمة للسلامة والطول.

3 - تنوع المستخدمين وشخصيتهم

ولا توجد جثتان بشريتان متشابهتان، فالطول والوزن ونسب الأطراف وحجم اليدين والقوة الاستيعابية وطائفة من الحركة تختلف اختلافا كبيرا بين السكان، ولا بد أن تستبعد تصميمات الترسبات التي تفترض استخداما " متوسطا " العديد من الناس، وقد يتسبب التقلب الاصطناعي الذي يلائم أحد المبتدئين في ألم أو عدم استقرار آخر، وقد يفشل مساعد متحكم فيه الصوت ويفهم اللغة الانكليزية بلكنات أو أعراضي في استخدام الكواكبها.

:: الاختلافات الثقافية تضيف طبقة أخرى، وتشمل الإملاء إشارات مائلة: فمسافات المسافات والمسمار والآداب تختلف عبر الثقافات، ويمكن اعتبار الروبوت الذي يحافظ على قرب وثيق متطفلا في المجتمعات الفردية، ولكنه يرعى في المجتمعات التي تجمع، ويمكن أن يُستشف من أن يُظهر منبرة للتغذية أن يُزعج مستخدمي الارتجاف في أماكن العمل الهادئة.

ويمكن أن يكون التكوين آلياً (الطبقات القابلة للتعديل، والأجزاء النموذجية)، أو مادة خامسة (العمليات المعايرة، أو التعلم الآلي من سلوك المستعملين)، أو المشاركة (يمكن للمستعملين أن يتبادلوا الأغطية، أو أن يضبطوا التشعب، أو أن يغيروا الشاشات) ويكفي أن يقدموا الشخصية دون أن يفجروا عدد وحدات الاختراق الذاتي أو زيادة تعقيدات في التجمع.

كما أن تنوع المستعملين يمتد ليشمل القدرات المعرفية والحساسة والحركية، وقد يستبعد التجسد الذي يعتمد على الرقابة الدقيقة على السيارات المستخدمين الذين يرتدون الخنادق أو التهاب المفاصل، وقد تستبعد الواجهة البصرية فقط المستخدمين العمياء، ويستلزم التوسع الحقيقي تصميما شاملا، ويتوقع النطاق الكامل للتغيرات البشرية والبناء في إمكانية الوصول من البداية، وليس كإطار للتفاعل بين الآلية (21).

4 - السلامة والاعتماد في سكال

وفي المختبر، يمكن أن تلتقط تجربة واحدة لكل مشغل مدرب سلوكا غير مأمون وتصححه، وفي الميدان، يجب أن تعمل النظم بشكل مستقل أو تحت إشراف أدنى، وغالبا ما تكون حول الفئات الضعيفة مثل الأطفال والمسنين أو الأفراد الضعفاء طبيا، ويجب أن تكون تصميمات الترسبات الحيوية للأمان في جوهرها، وليس مجرد أمان عند رصدها.

ويتطلب ذلك الكشف عن الأخطاء الشديدة، والتدهور الحسن، وآليات السلامة الفشل، ويجب ألا يحشر القفاز المرتدة الارتدادية الجلد أو يحرقه إذا ما تعطلت المحركات، ويجب على الآلي المشي أن يكتشف سقوطاً ويحمي مستخدمه (أو نفسه) قبل وقوع الضرر، ويجب ألا يطبق القوة خارج الحدود المشتركة بين البشر، حتى إذا كانت أجهزة الاستشعار التابعة له قد تعطلت، ومعايير الامتثال، مثل المعيار رقم ISO 13482 بالنسبة لعمليات إدارة الرعاية الشخصية.

كما أن الموثوقية تعني سلوكا يمكن التنبؤ به وتكراره على مدى آلاف الدورات، فنظم الترسبات التي تتمتع بدرجات حرارة كثيرة - مثل الأيدي التي تضم عدة مفاصل - عرضة للارتداء والتشويش والاستشعارات، ويستلزم التوسع في كل واحدة منها، والفصل الربيعي، والأسلاك، مصممة لعمر محدد، وهي قابلة للتطبيق في الميدان، ويصبح التبادل بين التعقيد والاستمرارية واحدا من أصعب القرارات بالنسبة لفرق المنتجات.

5 - التكامل مع الهياكل الأساسية القائمة

ونادرا ما تعمل تصميمات التخريب في فراغ، فالروبوتات بحاجة إلى الاتصال بنظم إدارة المباني أو شبكات المستشفيات أو برامج مراقبة المستودعات، وتحتاج القابلات للزراعة إلى مزامنة الهواتف والخواديم السحابية ومنابر الصحة لأطراف ثالثة، وتحتاج الوصلات البينية الهباتية إلى عوامل محركة لنظم التشغيل التي قد لا تعطي الأولوية للراحة أو الدقة في الارتداد، ويستلزم التوسع في كل من المعدات والبرامجيات حلا.

ويزيد من تعقيدات الربط اللاسلكي وإدارة الطاقة وخصوصية البيانات، إذ يمكن أن يكون للمختبر الذي يربط بمحطة تشغيلية قدرة غير محدودة وزوارق سريعة، ويجب أن يدير نظام النشر حياة البطاريات، ويعالج الربط المتقطع، ويحمي بيانات المستخدمين بموجب لوائح مثل الناتج المحلي الإجمالي أو برنامج العمل الإنساني الدولي، وكثيرا ما تؤدي هذه القيود إلى تقويض نوعية الارتداد: انخفاض معدلات أخذ العينات أو تأخير إجراءات الاسترجاع.

إن جهود التوحيد، مثل نظام ROS 2 (نظام التشغيل الآلي) للآليات النموذجية أو معيار IEE 1872 الخاص بالتكنولوجيات في التشغيل الآلي، تساعد على الحد من الاحتكاك في الاندماج ولكنها لا تزال آخذة في التطور، ويمكن أن يؤدي الاعتماد المبكر لهذه المعايير إلى تخفيف التوسع، ولكنها أيضاً تحد من خيارات التصميم، ويجب على الأفرقة أن تقرر ما إذا كان ينبغي بناء عواصم التكامل الملكية أو الاعتماد على النظم الإيكولوجية المفتوحة - لكلاهما آثار على السرعة والتكاليف والقفل.

الاستراتيجيات الرامية إلى التغلب على التحديات

الاختبارات المتواترة والعبوات في البرية

وتتمثل الاستراتيجية الوحيدة الأكثر فعالية لتوسيع نطاق تصميم التخزين في مغادرة المختبر في أقرب وقت ممكن، ونشره في بيئات واقعية وغير خاضعة للمراقبة، والسماح للمستعملين الحقيقيين بكسر النظام، وهذا يعني الانتقال من التقييم الموجز (هل يعمل؟) إلى التقييم التكويني (كيف يمكننا أن نجعله يعمل؟).

ويوفر اختبار البيتا مع المستخدمين الرئيسيين - الذين يتبنىون في وقت مبكر من العيوب - بيانات قيمة وينبغي أن تُستَرَب تعليقاتهم بصورة منهجية: سجلات الاستخدام، وتسجيلات الفيديو، والمقابلات المنظمة، وتقارير الحوادث، ويجب على المصممين مقاومة الحث على " تهدئة " كل حشرة على الفور؛ بدلا من ذلك، إعطاء الأولوية للمسائل حسب التردد والدرجة، ويمكن أن يسترشد بها التحليل الثنائي لطريقة الفشل.

فعلى سبيل المثال، شمل تطوير الروبوت الجراحي فينشي سنوات من الاختبار المتكرر ليس فقط مع الجراحين بل أيضا مع فرق الجراحة، وموظفي الصيانة، وتكنولوجيا المعلومات في المستشفيات.() وقد كشف كل تركيب عن وجود قيود جديدة - أحجام الغرف، وطرق الكابلات، وإجراءات التعقيم - أعيد تشكيلها فيما بعد، ولا يتشابه نظام اليوم إلا قليلا مع نماذج مختبره، ولكن التعلم التراكمي من التجارب الميدانية.

التعاون بين مختلف التخصصات

ويقع تصميم الترسبات في تقاطع الهندسة الميكانيكية والهندسة الكهربائية وعلم الحاسوب وعلم النفس الافتراضي والتصميم الصناعي والعوامل الإنسانية، ولا يمكن لأي تخصص أن يتوقع جميع المسائل التي تنشأ على نطاق واسع، وبناء فريق متنوع من خلال الإنتاج أمر أساسي، ويجلب المصممون الصناعيون الوعي الصناعي، ويجلب علماء النفس فهما للحمولة المعرفية والتصورات، ويجلب المهندسون الكفاءة الحسابية، ويحضرون خبراء اختبارات.

وتشمل الهياكل التي تعزز التعاون أفرقة مشتركة في أماكن العمل، ومنابر مشتركة بين اللجنة المعنية بالتنمية والإدارة الشعبية لتحرير السودان، واستعراضات منتظمة للتصميم مع جميع أصحاب المصلحة، وحلقات عمل مشتركة بشأن الفشل، والهدف هو إنشاء عملية مشتركة لرسم الخرائط واتخاذ القرارات، مثلا، عندما يختار الفريق بين مادة أكثر صراحة وإن كانت أقل استدامة، يجب أن يثقل انتباه المستعملين من الموثوقية - وهي عملية مقايضة لا يمكن حلها دون مدخلات من المهندسين ومديري المنتجات.

ويمكن للتعاون الخارجي مع الجامعات ومعاهد البحوث ومجتمعات المستعملين أن تكمل الخبرات الداخلية، حيث أن دورات التصميم المشاركة تدعو المستعملين المستهدفين إلى المشاركة في تحديد السمات، بما يكفل أن يكون التجسد متوافقا مع الاحتياجات الحقيقية، وتتيح منابر المعدات المفتوحة المصدر (مثل مشروع اليد المفتوحة أو الفيزيائية المفتوحة) للمجتمع المساهمة في التحسينات وتصميمات اختبار الإجهاد التي لا يمكن لشركة واحدة أن تتحمل وحدها الاختبار.

السلف في المواد والصناعة التحويلية

وتعالج المواد والعمليات الجديدة مباشرة بعض اختناقات التوسع. والطباعة 4D، والخطوط المكوِّنة للتكافلات ذاتية التلقيم التي تتكيف مع الظروف البيئية أو تصليح الأضرار التي تلحقها بدرجة أقل من الدرجة الذاتية، بينما لا يزال الكثيرون يبرزون، فهي تشير إلى مستقبل يمكن فيه لتصميمات الترسبات أن تكون أكثر قوة وقابلية للعادة، ويسهل تصنيعها على نطاق واسع.

وتتيح الإلكترونيات المرنة والممتدة للمستشعرات والدوائر أن تدمج مباشرة في الهياكل اللينة، وأن تزيل اللوحات الصلبة والأسلاك التي تضغط على الوصلات البينية، وهي مفيدة بصفة خاصة بالنسبة للآليات السائلة والآليات اللينة التي يجب أن تتوافق مع الجسم، كما أن التصنيع المفاجئ للمركبات الثنائية الفينيل المتعددة الكلور هو بالفعل صناعة ناضجة، كما أن تقنيات الطباعة التحويلية تجعل من المعقد متعدد الطوابق ذات التكلفة.

ويتواصل تطور التصنيع الاصطناعي (3Dطباعة) إذ يتيح الطباعة المتعددة المواد التشنج - الصعب على الهيكل، والناعمة في الإمساك - في جزء واحد، ويصبح التكييف الجماهيري ممكنا من خلال قوائم الجرد الرقمية: إذ يمسح المستخدمون أنفسهم، ويتم تعديل الهندسة حسب الأصول قبل الطباعة في مرفق مركزي، ولا تزال تكلفة الوحدة الواحدة تهبط بالحجم، ولكن المرونة في إنتاج أجزاء شخصية دون إعادة تركيب.

الهيكلان النموذجي والمقعد

كما أن نظام الوحدات النموذجية يساعد على إمكانية الخدمة: فالوحدات التي يمكن استبدالها في الميدان تسمح بمسح الوحدات العيوب دون إعادة النظام بأكمله، وهذا أمر حاسم بالنسبة للانتشار في البيئات النائية أو المحدودة الموارد، والجانب السلبي هو أن الوصلات الشبكية النموذجية كثيرا ما تُحدث وزنا وتعقيدا وعقوبات على الأداء (الوصلات الخارجية، والوصلات العامة للاتصالات) ويجب أن يُفضي المصممون إلى مستوى التجانس الذي تفقدونه.

كما أن الهيكل القابل للتوسع يعني تصميم مظاريف عمليات التصنيع، وبدلا من تكرارها في جمعية واحدة، ينبغي أن تخطط الأفرقة لإجراء زيادات تدريجية في معدل الإنتاج، وقد يحتاج تصميم يعمل ل ١٠٠ وحدة إلى تغييرات ل ٠٠٠ ١ وحدة بل وأكثر ل ٠٠٠ ١٠ وحدة، ويتوقع حدوث هذه التغييرات - عن طريق التغاضي عن الصيغ المبكرة، وتصميم صومعات تعمل في كل من التجميع اليدي والروبولوجي، أو إجراء إصلاحات في الاختبارات اللاحقة.

الاستراتيجية التنظيمية والتوحيد القياسي

ويسهل إدماج معايير السلامة والتشغيل المتبادل بين الملاحة في عملية التنمية بدلا من تطبيقها كتحقق من الامتثال لما بعد العمليات، إذ أن البدء بمجموعة من الشهادات المستهدفة (مثلاً، وضع علامات على التصنيف المركزي للمنتجات، وإجازة الخدمة الميدانية، وقوائم الاستخدام غير المباشر) يُسترشد بها في الاختيارات المادية، وإلغاء أجهزة الاستشعار، وهيكل البرامجيات، ويمكن أن توضح المشاركة المبكرة مع هيئات التصديق أو الهيئات التي يتم إخطارها المتطلبات وتمنع إعادة العمل الرئيسية.

(ب) اعتماد معايير صناعية للاتصال (مثل الحافلات أو شبكة Ethernet/IP أو USB-C) وللسلامة (ISO 13849 لنظم المراقبة) التصميمات المستقبلية التي لا يمكن التحكم فيها، وحتى بالنسبة للتطبيقات غير الخاضعة للتنظيم، بعد أفضل الممارسات المتبعة، يبني الثقة مع العملاء والمؤمنين، كما أن توحيد المعايير يتيح الاستعانة بالمكونات من جهة ثانية، مما يقلل من مخاطر سلسلة الإمداد.

وأخيراً، ينبغي للشركات أن تستثمر في تحليل الفشل وجمع البيانات بعد البيع، فالتصعيد ليس حدثاً وحيداً، بل هو عملية مستمرة للتحسين، ورصد الأداء في العالم الحقيقي، وتحليل العائدات، وإرجاع النتائج إلى تصميمات تغلق حلقة المختبرات من الميدان والخلف، وهذه الثقافة من التعلم هي ما يجعل تصميمات الترسبات مرنة على نطاق واسع.

خاتمة

إن تصميم التدرج من النماذج الأولية المختبرية إلى تطبيقات العالم الحقيقي هو مسعى متعدد الجوانب يدفع إلى أبعد من تحقيق الاستخدام الأمثل التقني، ويطالب بمواجهة عدم القدرة على التنبؤ بالبيئات غير الخاضعة للمراقبة، وتضييق المواد والتصنيع، ودمج تنوع المستعملين، وضمان السلامة والموثوقية، والدمج مع النظم القائمة، ونادرا ما يكون النجاح مسارا خطيا - يتطلب الاستعداد للفشل في المستقبل، والتعلم من مختلف الآفاق.

فالاستراتيجيات المحددة - الاختبار المتكرر في الأفرقة البرية، والمتعددة التخصصات، والمواد المتقدمة، والهيكلات النموذجية، والتوحيد الاستباقي - تشكل مجموعة أدوات عملية للأفرقة التي تهدف إلى سد الفجوة في التجسد، وبما أن التكنولوجيات مثل الروبوتات اللينة، والتصنيع المتقدم، والتعلم الآلي، ستستمر الحواجز أمام التوسع في الانخفاض، ولكن المبادئ التي تركز على الإنسان والتي توجه تصميم الترسبات ستظل مركزية:

ومن خلال معالجة التحدي المتمثل في رفع مستوى الإنتاج ليس كاعتراف بعد ذلك، بل كقيد تصميمي من أول رسم، يمكن للمهندسين والمصممين أن يخلقوا نظما مجسدة تتحرك ببراعة من المختبر إلى العالم - وتبقوا هناك.