The Convergence of AI and Mechatronics

وقد كانت هندسة الميكترونيك دائماً عن الدمج اللامع للدقة الميكانيكية، والتحكم الإلكتروني، والاستخبارات البرمجية، واليوم، يتم تفريغ هذا الدمج بواسطة الاستخبارات الاصطناعية، مما يتيح الآلات التي لا تتبع فقط المسارات المبرمجة مسبقاً، بل يمكن أن تتصور، وتتكيف في الوقت الحقيقي، وهذه الآلات المستقلة ذات التوجهات تتحرك إلى أبعد من الحدود القصوى للمصانع الخاضعة للمراقبة الصارمة إلى المستشفيات والمزارع والمخازن والمستودعات، بل وحتى إلى جانب الآلات العامة.

وفي قلب هذا التحول القدرة على معالجة عدم اليقين، إذ أن الروبوتات الصناعية التقليدية تزدهر في بيئات منظمة حيث يصل كل جزء إلى موقع وتوجه معروفين، وعلى الآليين المستقلين، على النقيض من ذلك، أن يتعاملوا مع الأماكن المتناثرة والسلوك البشري غير القابل للتنبؤ، والتحولات الخفيفة أو الظروف المناخية، كما أن هذه المادة توفر طبقة مرئية وقائمة على اتخاذ القرارات تسمح لنظام متنوع ببناء نموذج لمرونة من عالمه.

الدولة الحالية للروبوتين المستقلين

ويغطي مصطلح " الروبوت المستقل " طائفة واسعة من النظم، ولكن الاختيط المشترك هو القدرة على العمل دون توجيه إنساني مستمر، وفي البيئات الصناعية، يستخدم الآليون التعاونيون نظم الرؤية، ويجبرون على العمل إلى جانب الناس على خطوط التجميع، ويؤدون مهاما تتطلب الدقة والقدرة على التكيف، ولا يبث الآليون الآليون المستقلون حواجز في مجال التجهيزات الآلية ومراكز التوزيع باستخدام الالتقاء بالأماكن المتزامنة ورسمية، ويضعيف في وضع نماذج العلاجية.

وتعتمد هذه النظم على تكامل دقيق للمعدات المترونية وأجهزة التخدير التابعة للأجهزة الآيترونية، وتجمع بين البيانات المستمدة من الكاميرات والليدار والرادار والمجسات غير الصوتية لخلق صورة قوية للبيئة حتى في ظروف صعبة، وتسمح التعاضدات العميقة باستحداث استراتيجيات للتلاعب من خلال إجراء اختبارات محاكاة وخطأ قبل نشر المعدات المادية.

الاتجاهات الرئيسية التي تقود الجيل القادم

وهناك عدة اتجاهات متماثلة تمثل الجيل القادم من الروبوتات المستقلة، وتنقل القدرات من مختبرات البحوث إلى منتجات تجارية، وتمتد هذه الاتجاهات بين التصور والحساب والتعاون ومنهجية التنمية، ويستفيد كل منها من الآخر في إنشاء نظم أكثر قدرة وأكثر موثوقية ويسهل نشرها على نطاق واسع.

نظم التصورات المتقدمة

إن الرادار الذي يُجرى اليوم يعمل جيدا داخل الأماكن الخاضعة للمراقبة، ولكن الآلات القابلة للتكيف حقا يجب أن تعمل بشكل موثوق في الأمطار والثلوج والغبار والضوء المتغير بسرعة، كما أن الكاميرات ذات القاعدة المتوسطة التي تكشف عن حدوث تغيرات في السطو على كل فتيل، بدلا من أن تهزم الأطر الكاملة في فترات ثابتة، تقلل بشكل كبير من الرطوبة والحركة بينما تُعالج مواقع عالية التنوع.

Edge AI and On-Board Computing

ويدخل نظام المعلومات الإدارية المتكامل المعتمد على السحابة الحسنة والقابلية للتأثر بإخفاقات الشبكة، وهو أمر غير مقبول في التطبيقات المتطورة في مجال السلامة، ويضع المهندسون الآن وحدات قوية من وحدات التجهيز الآلي ذاتياً، ويضعون في مواقعهم الآلية ذاتية الارتداد، ويسمحون بفهم مواقع التصوير الفعلي، وبكشف الأجسام، وبتخطيط الحركة دون ربط خارجي، ويتوقف هذا التحول عن فترات الرد على السحابة على الفور.

جهاز الاستخبارات السويدية والتنسيق الموزع

فالأعمال التي تؤديها أفرقة من الروبوتات البسيطة أفضل من آلية واحدة معقدة، ويستمد الروبوتات السلامية الإلهام من الحشرات الاجتماعية، ويستخدم وسائل الاتصال المحلية والحراك لتنسيق الإجراءات دون رقابة مركزية، وفي مجال اللوجستيات، يمكن أن تؤدي أحواض الأجهزة الآلية المستقلة إلى إعادة التوازن الدينامي في تدفقات المخزون، مع التكيف مع أنماط الطلب المتغيرة دون وجود مرسل.

التعاون مع البشر والزوارق المعرفية

وتتوقع المصانع والمخازن وغرف التشغيل في المستقبل أن تكون أفرقة متنقلة من البشر، وأن تستخدم الروبوتات التعاونية الحالية القوة والقوة التي تحد من سرعة رصد العمل، وأجهزة الاستشعار التي تصلح في مكان آمن، تتيح وجود قرب مادي وثيق دون أقفاص وقاية، وتتوفر الحدود التالية تعاونا مع علم: الآليات التي تفهم النية البشرية عن طريق مراقبة الاتجاه، ولفتات اليد، وحتى نشاط العضلات من خلال أجهزة الاستشعار التي يمكن ارتداؤها(جها).

التعلم مدى الحياة والتكييف المستمر

فبدلا من تجميدها بعد النشر الأولي، فإن الروبوتات المستقلة في المستقبل ستصقل مهاراتها باستمرار من خلال التجربة، ويتيح التعلم الآلي مدى الحياة إمكانية اكتساب قدرات جديدة دون نسيان أساليب النقل من نوع إلى آخر، بينما تُدرب أساليب الارتداد من الناحية العملية سياسات في بيئات افتراضية شديدة الواقعية يمكن نشرها تلقائيا على المعدات، ويقلل هذا النهج بشدة من الحاجة إلى إعادة برمجة يدوية.

التوائم الرقمية والتنمية المحاكاة

إن اختبار السلوك المستقل على المعدات المادية بطيء جداً ومكلف، إذ يخلق المهندسون الآن توأم رقمي عالي الشكل ينسخ الروبوتات والبيئات والفيزياء ويحفز ملايين ساعات العمل في جزء من الوقت، ويضعون نماذج قياسية من قبيل نظام NVIDIA Isaac Sim, Gazebo, وWeots تسمح للمطورين باختبار الأنابيب، ويتحكمون في التوائم.

العقبات التي تعترض سبيل التبني على نطاق واسع

والوعد التقني الذي قطعته على نفسها الآلية المستقلة ذاتياً بقيادة منظمة العفو الدولية هائل، ولكن يجب التغلب على عدة حواجز هامة قبل أن تصبح متقاربة، وهذه التحديات تشمل السلامة والأمن والأخلاقيات والاقتصاد والتنظيم، وتتطلب معالجتها بذل جهود منسقة عبر التخصصات الهندسية، ووضع السياسات، والمشاركة العامة.

السلامة والأمن السيبرى

ويجب أن يكون جهاز آلي مستقل يعمل بالقرب من الناس مؤمناً في ظل جميع الظروف المنظورة، فبعد المخاطر المادية مثل الاصطدام والتشابك، يواجه الإنسان الآلي المرتبط به تهديداً متزايداً من جراء الهجمات الإلكترونية، ويمكن اختطاف آلي، أو حساساته، أو تغيير منطق القرار الذي يُعرف به لإحداث ضرر أو تقويض في الخصوصية.

Ethical Decision-Making and Bias

وفي سيناريو يجب أن يقرر فيه الإنسان الآلي بين الالتقاء بعقبة أو إلحاق ضرر بشخص يتمتع بأولوية الأمان؟ إن المشكلة التقليدية التي تتحول إلى قيد هندسي، بالإضافة إلى القرارات الحادة، يمكن أن تؤدي التحيزات في البيانات التدريبية إلى أداء ضعيف لبعض المبادئ الديمغرافية، مما يؤدي إلى نتائج غير عادلة أو غير مأمونة في الاعتراف الاجتماعي، أو تفسير المقطورات أو تنفيذ المهام.

الانتقال والتأثير الاقتصادي

ويظهر التاريخ أن التشغيل الآلي يغير طبيعة العمل بدلا من القضاء عليه، ولكن الانتقال يمكن أن يكون مسببا للاضطرابات، ويتوقع المنتدى الاقتصادي العالمي أنه في حين أن بعض الأدوار ستنخفض، ستنشأ مواقع جديدة كثيرة في مجال الإشراف الآلي، والصيانة، وتصميم نظام التعليم الآلي، والتحدي الحاسم هو إعادة تدريب العمال وارتقاءهم لأداء هذه الأدوار، كما أن التعليم في مجال الاختراق يتطور بالفعل لتوحيد التصميم الميكانيكي مع نماذج العلوم والتعلم الآلي، ولكن يجب أن تتسارع وتيرة التغيير

الأطر التنظيمية والمسؤولية

(أ) عندما يتسبب الإنسان الآلي المستقل في الإصابة أو الضرر، فإن تحديد المسؤولية معقد، ولا تُصمم قوانين المسؤولية عن المنتجات الحالية للآلات التي تتعلم وتغيّر سلوكها بعد نشره، ولا بد من وجود أطر تنظيمية واضحة تحدد متطلبات الاختبار، وعمليات التصديق، ومستويات المخاطر المقبولة، ويتخذ قانون الاتحاد الأوروبي المقترح بشأن الأنشطة الآلية خطوات في هذا الاتجاه بتصنيف نظم المعلومات المسبقة عن مخاطر عالية، ولكن التنفيذ والمواءمة الدولية لا تزال تعمل على وضع معايير متوافقة.

الرؤية الطويلة الأجل والتطبيقات المستقبلية

ومع معالجة هذه الحواجز، فإن الروبوتات المستقلة ذاتياً التي يقودها المعهد الدولي للتوحيد سوف تتجاوز التطبيقات المتخصصة لتصبح عوامل عامة الغرض تعمل في العديد من المجالات، وهناك العديد من المسارات الطويلة الأجل التي أصبحت مرئية بالفعل، وكل مبنى على أساس المؤسسات التقنية التي يجري وضعها اليوم.

وسيؤدي دور الروبوتات في الخدمات العامة الغرض بشكل متزايد إلى أدوار في رعاية المسنين والتعليم والمساعدة المنزلية، إذ أن الروبوت الذي يمكن أن يحمل غسالة غسيل الملابس، ويطوي الغسيل، ويساعد على التنقل، يتطلب إحراز تقدم كبير في التلاعب المفجع وفهم الوضع، حيث أن برامج نموذجية من مختبرات البحوث مثل مختبر العلوم الحاسوبية والاستخبارات الأثرية التي تضطلع بها الهيئة الدولية للمخابرات، ستؤدي إلى زيادة تعقيد نماذج اللغات الكبيرة التي تنطوي على سياسات تتعلق بصياغة أوامر.

وفي البيئة المبنية، ستحافظ أحواض التفتيش الذاتي والتصليح على الجسور، وخطوط الأنابيب، وأجهزة التوربين الريحية، حيث تصل إلى أماكن خطرة جدا أو محصورة بالنسبة للعمال البشريين، وستؤدي الطائرات المجهزة برؤية متطورة إلى صيانة متوقعة للموجودات التي يصعب الوصول إليها، وتحلل السلامة الهيكلية من خلال التوقيعات الحرارية والثباتية، وتُبلغ عن وجود شذوذين يدويين قبل حدوث الفشل في الصيانة.

وسيشهد الرعاية الصحية انتشاراً للأوعية المتناهية الصغر والنوهات من أجل إيصال العقاقير المستهدفة، وإجراء جراحة غزاة ضئيلة، يسترشد بها معهد العلوم الإنسانية التي تدمج التصوير الطبي بالاستشعار الفيزيائي الحقيقي، وستنشر الاستجابة السريعة النطاق لغازات آلية متجانسة تشكل شبكات مخصصة للبحث عن الناجين وتسلم الإمدادات عبر الهياكل الأساسية المهددة، وستحتاج هذه الأجهزة إلى العمل في ظروف متطرفة.

وعلى المستوى الحضري، ستصبح الروبوتات المستقلة جزءا لا يتجزأ من المدن الذكية، والتفاعل مع شبكات إيوت لإدارة جمع النفايات، والزراعة الحضرية، وتدفق حركة المرور، وقدرت دراسة أجريت في عام 2024 في مجال الروبوتات العلمية على أن الاستخدام المنسق للآليات ذاتيا من الرصيف ومعالجات الرزمات من الطوابق الأخيرة يمكن أن يقلل من انبعاثات مركبات الإيصال بنسبة 30 في المائة في السوقيات الحضرية، وستتطلب هذه النظم تصميمات المترونية تعطي الأولوية لكفاءة في مجال الطاقة، والتشغيلة، والتشغيلة، والتفاعل العام الآمن،

وسيعتمد استكشاف الفضاء والبعثات في أعماق البحار، التي يمكن أن تجري تحقيقات علمية مستقلة، وأن تبني هياكل قبل وصول البشر، وأن تهيئ نفسها في عزلة، وتشمل خطط الوكالة الوطنية للاستكشاف الذاتي للمركبات الآلية ذاتيا في المستقبل، أجهزة مستقلة للاستكشاف، وآليات مؤسسية، تقوم بعملية إعادة التدخيل إلى مواد البناء، وهذا تحد من الحشود الكلاسيكية التي تتطلب توافرا كبيرا، وإدارة الضغط الحراري، والاتصال القوي بمنطقة البحيرات الكبرى.

خاتمة

إن المسار الذي يتجه نحو الإنسان إلى الإنسان، والآليات المستقلة ذاتيا في الهندسة المتنافرة، هو أمر مثير ومطلوب على حد سواء، ويتطلب التفكير عبر التخصصات، وإدماج الفيزياء المستشعرة في التعلم المعزز، والأطر الأخلاقية التي تنطوي على نظرية تحكم، والسياسات الاقتصادية التي تنطوي على تصميم آلي متحرك، والتي لا يمكن تطويرها حاليا أن تمضي قدما في إطار حوائط المصنع؛ وسوف تتخلل في نهاية المطاف كل زاوية من أركان الحياة العامة والخاصة.