گزارشي از قطب رباتيک ايران

نویسنده: مهندس عليرضا افتخاري

رباتيک حوزه اي ميان رشته اي و ترکيبي از تخصص هاي گوناگون همچون مهندسي مکانيک،مهندسي الکترونيک، مهندسي کامپيوتر و … است و در سال هاي اخير  با پيشرفت هاي روز افزون در اين حوزه، متخصصان علوم ديگري  مانند فيزيک، شيمي و بيولوژي جهت بهبود عملکرد حسگرها نظير حسگر بويايي و لامسه وارد اين حوزه شده اند. پيشرفت هاي اخير در حوزه رباتيک، زمينه را براي حضور اين دانش در حوزه مهندسي پزشکي و به خصوص در بخش مراقبت از بيماران، خصوصاً سالمندان و بيماراني که داراي نارسايي هاي شناختي هستند فراهم آورده و متخصصان علوم مهندسي و علوم شناختي و رفتاري را در زير چتر عنوان ربات هاي اجتماعي گرد آورده است. در اين راستا گروهي تحقيقاتي با عنوان قطب علمي طراحي رباتيک و اتوماسيون، متشکل از استادان متخصص در حوزه هاي گوناگون در دانشگاه صنعتي شريف به همراهي جمعي از دانشجويان مدتي است پژوهش هايي در بخش ربات هاي اجتماعي به انجام رسانده اند که رابطه ي تنگاتنگي با مهندسي پزشکي دارد.

دکتر علي مقداري استاد تمام دانشگاه صنعتي شريف در رشته ي مهندسي مکانيک و رباتيک، خانم دکتر مينو عالمي در رشته ي زبان شناسي کاربردي و پژوهشگر پسا دکتري در حوزه ربات هاي اجتماعي و کمک آموزشي، دکتر بهرام وزير نژاد عضو هيئت علمي دانشگاه صنعتي شريف در رشته ي مهندسي پزشکي، دکتر حميدرضا پور اعتماد از دانشگاه شهيد بهشتي در رشته ي روانشناسي عصبي و علوم شناختي، دکتر جمزاد در رشته  ي مهندسي کامپيوتر و در هوش مصنوعي و عليرضا طاهري دانشجوي دکتراي رشته ي مهندسي مکانيک ، بخشي از اعضاي اين تيم تحقيقاتي را تشکيل مي دهند که در اين ميز گرد تنها توفيق گفتگو با آقايان مقداري،وزير نژاد، طاهري و همچنين خانم عالمي را داشتيم. آنچه مي خوانيد ماحصل اين گفتگو است:

پروژه هاي قطب رباتيک

در خصوص پروژه ها و فعاليت هاي اين گروه تحقيقاتي پرسيديم که دکتر علي مقداري توضيح داد:در ابتدا تحقيقات در حوزه ي ربات هاي اجتماعي در سال 1383 با طراحي اولين ربات انسان نما در دانشگاه صنعتي شريف آغاز شد و اين ربات با حمايت شرکت تام ايران خودرو و قطب رباتيک براي شرکت در مسابقات ربوکاپ آماده گرديد. بعد از آن پروژه هاي ديگري در بخش ربات هاي سوارم (Swarm) يا توده ي ربات ها به انجام رسيد و اين فعاليت ها ادامه يافت تا ايده ي استفاده از ربات ها در آموزش زبان انگليسي در زمستان 1391 مطرح شد که در نهايت، اين پروژه با کمک پژوهشگران و دانشجويان در چند مدرسه انجام و نتايج آن به صورت چند مقاله استخراج شد.
خانم دکتر عالمي نيز در مورد اين پروژه به ما گفت: علاقه ي فراوان به خلاقيت و استفاده از تکنولوژي در آموزش زبان باعث خلق ايده ي استفاده از ربات هاي اجتماعي جهت آموزش زبان شد. در نتيجه با ارائه پروپوزالي به بنياد ملي نخبگان به منظورر استفاده از ربات هاي انسان نما جهت آموزش زبان انگليسي در مدارس، فعاليت ها آغاز شد و در نهايت با نتايج بسيار رضايت بخشي در راستاي پايين آوردن استرس، بالا بردن انگيزه، فراهم آوردن محيط شاد و افزايش ماندگاري يادگيري همراه بود.
دکتر مقداري در خصوص ادامه ي فعاليت ها بيان داشت: در اواسط پروژه ي آموزش زبان، ايده ي درمان بيماران اتيستيک با استفاده از اين ربات ها شکل گرفت.؛ در نتيجه پروژه اي در اين راستا تعريف شد و به عنوان پروپوزال دکتراي مهندس طاهري که در پروژه ي زبان نيز با تيم همکاري داشتند مشخص شد که در حال حاضر بخش هايي از آن انجام شده و مابقي در حال اجراست.

اسباب بازي هوشمند، رباتي براي بيمار اتيستيک
دکتر عالمي افزود: بيمار اتيستيک دچار عدم توانايي در برقراري ارتباط اجتماعي، شروع و پاسخ به توجه اشتراکي و برقراري تماس چشمي است. در نتيجه قادر به ايجاد ارتباط با دنياي بيرون و دريافت آموزش هاي مناسب براي برخورد با بيماري نيست. در پروژه ي مربوط به کودکان اتيستيک براي برقراري ارتباط با کودک بيمار هم به واسطه ي کلام و هم به واسطه  ي حرکت، ربات به عنوان يک اسباب  بازي هوشمند ظاهر مي شود.در اين پروژه ربات با استفاده از نرم افزارکروگرافه  و يا زبان هاي برنامه نويسي C# ، Python و … برنامه ريزي شده و سناريوهايي بسته به شرايط بيمار براي آن تعريف مي شود. اين فرآيند و ارتباط بيمار با ربات زمينه را براي برقراري ارتباط اين بيماران با انسان ها فراهم مي  آورد.
مهندس طاهري در ادامه اضافه کرد: اين پروژه را مي توان به دو فاز کلي تقسيم کرد؛ .فاز اول شامل بخش هاي فني و آماده سازي ربات ها جهت شرکت در مداخلات باليني است که در آزمايشگاه رباتيک دانشگاه صنعتي شريف انجام مي شود و فاز دوم انجام مداخلات باليني و تست  هاي کلينيکي است که در مرکز ساماندهي درمان و توانبخشي اختلالات اتيستيک انجام مي گيرد. در فاز فني ربات  ها برنامه  ريزي مي شوند و مجموعه اي از سناريو هاي درماني که در آموزش و درمان بيمار مؤثر باشد در آزمايشگاه طراحي مي شود که اين فاز در حال حاضر در حال انجام بوده و تا حد قابل قبولي نيز پيشرفت داشته است. فاز دوم که مربوط به انجام تست هاي باليني و ارزيابي تاثير اين ربات ها در درمان کودکان اتيستيک است، به زودي انجام مي شود.

ربات هاي مينا و نيما

ربات هاي استفاده شده در اين پروژه و همچنين پروژه ي استفاده از ربات ها در کاهش ديسترس کودکان مبتلا به سرطان، عبارتند از: يک ربات انسان نما با نام تجاري نائو  که نيما نام گذاري شده و از شرکت فرانسوي آلده باران خريداري گشته و يک ربات با نام تجاري آليس که به نام ايراني مينا شناخته مي  شود و از شرکت آمريکايي روبوکايند  تهيه شده است. هر دو ربات قابليت سنتز صدا و پخش صداهاي از پيش ضبط شده را دارند و مجهز به ميکروفون، دوربين، ،سنسورهاي فاصله سنج، شتاب سنج جهت گزارش وضعيت ربات اند. البته ربات مينا به واسطه ي ماده اي که صورتش از آن ساخته شده است، مي تواند مانند انسان حالت هاي چهره ي متفاوتي را به خود بگيرد؛ بخندد يا غمگين شود. البته ربات نيما نيز به وسيله ي تغيير رنگ چراغ  هاي LED تعبيه شده بر روي صورتش، حالات خود را بروز مي دهد. براي کارکردن اوليه با ربات ها، از نرم افزارهاي واسط گرافيکي که توسط شرکت سازنده ارائه شده است، استفاده مي کنيم که سرعت عمل فعاليت ها را افزايش مي دهد؛ اما به دليل پيچيده شدن پروژه ها در سطح هوش مصنوعي، بعضا ًناچاريم خودمان ربات ها را با استفاده از زبان هاي برنامه نويسي، برنامه ريزي کنيم.

دکتر وزير نژاد در خصوص اين زمينه تخصصي رباتيک و ماهيت ميانرشتهاي آن گفت: ربات از اجزاي مختلفي از جمله قطعات مکانيکي نظير موتورها و مفاصل و همچنين قطعات الکترونيکي نظير حسگرها و پردازشگرها تشکيل شده است. به علاوه  هوش مصنوعي و الگوريتمهاي تعاملي با محيط بخش بسيار پر اهميت رباتهايي را تشکيل مي دهند که قرار است در کاربردهاي ارتباطي با انسان مورد استفاده قرار گيرند. در اين آزمايشگاه روي الگوريتم‎هاي پردازش گفتار و زبان روي بستر رباتهاي مورد استفاده پروژههايي در دست انجام است و به زودي سعي داريم قابليت هاي گفتاري و مکالمه با انسان را  به زبان فارسي روي اين رباتها ايجاد کنيم.براي اينکه ربات بتواند با محيط اطراف خود ارتباط برقرار کند، به عنوان اولين کار بايد دانش دنياي بيرون براي ربات مدل سازي شود.اين دانش مي بايست در قالب پايگاههاي داده که شامل حقايق ساده دنياي بيرون است، در ربات پياده سازي شود تا اطلاعات دريافتي از حسگرها بتواند توسط ربات تحليل شده و با دانشي که در ربات مدل سازي شده، تطبيق پيدا کند و موجبات تصميم گيري و واکنش صحيح در ربات را فراهم آورد.

رباتي براي بيماران سرطاني

دکتر مقداري در ادامه با اشاره به پروژه ي سرطان گفت: در اواسط انجام پروژه اتيسم، با کمک آقاي اشکان قنبرزاده از دانشجويان مکانيک دانشگاه شريف که به صورت داوطلبانه در بيمارستان محک فعال بود، ايده ي کمک به بيماران سرطاني با استفاده از ربات ها شکل گرفت و پس از طراحي سناريوهاي مناسب درماني با ربات، در بيمارستان محک انجام شد. عدم توضيح پزشکان در مورد بيماري به بيمار که تاثير آن در کودکان بسيار بالاست، يکي از ضعف هاي بزرگ جامعه ي پزشکي ما است و باعث شده کودکان پزشک را متقابل با درد ببينند. ربات به واسطه ي حوصله ي بالا، مباحث را به خوبي به کودک بيمار توضيح مي دهد که به شادابي، کاهش استرس، دانايي از آنچه در انتظار بيمار است و همچنين افزايش همکاري بيمار در دوران درمان، مي انجامد و در نهايت موجبات بهبودي را فراهم مي آورد. به ويژه در بخش سرطان، از دست دادن زيبايي ظاهري منجر به گوشه گيري بيشتراين کودکان مي شود و کاهش هم بازي ها و ايزوله شدن اين کودکان را نيز در پي دارد که اين مشکلات باعث تاثيرات روحي عميقي بر کودک مي شود که در کيفيت درمان بسيار موثر است. بنابراين اين ربات مي تواند در نقش هم بازي و دوست کودک ظاهر شود و در بهبود اين شرايط کمک شاياني نمايد. نتايج اوليه اين تحقيق نشان از رضايت والدين، روانشناس و بيمار را داشته است.
دکتر عالمي در رابطه با اين پروژه اظهار داشت: کودکان سرطاني نيز به هنگام شيمي درماني از مشکلات فراوان روحي مانند نااميدي، خشم، استرس بالا و کاهش اشتها رنج مي برند و به دليل عدم آموزش مناسب در مورد نوع بيماري و نحوه ي مبارزه با آن در وضعيت نابساماني قرار مي گيرند که مرگ و مير را در آنان به شدت بالا مي برد.اين در شرايطي است که تلاش هاي روانشناسان در بهبود اين وضعيت نيز چندان کارآمد نبوده است. در اين پروژه نيز ربات ها تحت سناريوهاي مختلف در نقش دستيار روانشناس ظاهر شده و با ايجاد حس مشابهت با کودک، همچون يک بيمار سرطاني کودک را درمورد بيماري و نحوه ي برخورد با آن، هم از لحاظ رفتاري و هم به لحاظ پزشکي راهنمايي مي کند. نتيجه اين پروژه، پس از حدود 5 هفته از انجام آن در مرکز محک و مرکز طبي کودکان، ارتباط و انس کودکان با اين ربات ها و بهبود وضعيت آن ها بوده است.

ربات هاي در دست طراحي

دکتر مقداري در خصوص برنامه هاي آينده ي اين تيم تحقيقاتي گفت: آموزش مفاهيم ديني توسط ربات ها در مدارس ابتدايي بر مبناي تجربيات پروژه ي موفق آموزش زبان از ديگر پروژه هايي است که در برنامه ها ديده شده و درحال حاضر گروهي بر روي آن مشغول به فعاليت هستند. پروژه هايي نيز در جهت کاهش هزينه ي استفاده از اين ربات ها در حوزه ي طراحي و ساخت تعريف شده است. در اين پروژه ها قصد بر اين است که ربات هاي بومي با قيمت پايين تر طراحي و ساخته شده و براي پيش برد مطالعات و همچنين مصارف داخلي مورد استفاده قرار گيرند. زيرا در حال حاضر بزرگترين چالش استفاده از اين ربات ها، هزينه بالاي آن ها است. همچنين بحث تقليد با استفاده از  سنسور کينکت، شناسايي صدا و فرمان و … از ديگر پروژه هاي درحال اجراست.

ربات اجتماعي
دکتر وزير نژاد در خصوص يکي از پروژه هاي در جريان خود بيان داشت: در حوزه ي رباتهاي اجتماعي  پروژه اي جهت ايجاد قابليت جهت يابي صدادر ربات نيما توسط دانشجويان مکاترونيک زير نظر بنده و همکاران ديگر درحال انجام است که زمينه ي لازم را  براي پيش برد  پروژههاي تکميلي از جمله  بازشناسي و توليد گفتار فارسي وهمچنين توانايي درک و تحليل زبان را در ربات ايجاد مي نمايد که تمامي اينها منجر به توانايي ربات براي شرکت در يک سناريوي پرسش و پاسخ و مکالمه با انسان را فراهم مي آورد.

مراکز تحقيقاتي و آزمايشگاه هاي تخصصي رباتيک

دکتر مقداري در اين رابطه گفت: قطب علمي طراحي، رباتيک و اتوماسيون به عنوان يکي از مهم ترين مراکز دانشگاه شريف و کشور از جمله ي اين مراکز تحقيقاتي است. دانشجويان علاقه مند تحصيلات تکميلي يا فرهيختگاني که مي بايست نيازي را در کشور برطرف نمايند در اين مرکز با انجام پروژه هايي که در ديگر مراکز تحقيقاتي به ندرت قابل اجراست آماده و آزموده مي شوند.
دکتر وزير نژاد در ادامه با معرفي دو آزمايشگاه ربات هاي اجتماعي و آزمايشگاه پردازش گفتار و زبان بيان کرد: پروژه هاي متنوعي در حوزه هاي مهندسي پزشکي در اين دو مرکز در حال اجراست. استفاده از ربات در آموزش و درمان بيماران داراي نارسايي هاي شناختي در آزمايشگاه رباتهاي اجتماعي و همچنين شناسايي و درمان نارسايي هاي شنيداري در آزمايشگاه پردازش زبان و گفتاراز جمله ي اين فعاليتهاست که اينجانب در بخشي از آنها مشارکت دارم.
دکتر مقداري سؤال بعدي ما را در مورد انتشار نتايج اين تحقيقات اينگونه پاسخ گفت: نتيجه ي کار علمي انجام شده، در مجلات و کنفرانس هاي متعددي در دنيا ارائه شده است. اولين مقاله حوزه ي ربات هاي اجتماعي در کنفرانس استفاده از تکنولوژي هاي مدرن در آموزش در کشور ايتاليا ارائه شد. در ادامه چندين مقاله در کنفرانس علوم اعصاب و سمپوزيوم روانشناسي ارائه  شده و مقاله اي ديگر نيز در حوزه ي کاربرد کلينيکي ربات ها در اتيسم به زودي در کنفرانس شيکاگوي آمريکا ارائه خواهد شد. در داخل کشور نيز مقالاتي در چند کنفرانس از جمله کنفرانس رباتيک دانشگاه خواجه نصير و همچنين دانشگاه صنعتي اميرکبير ارائه شده است.

حاميان پژوهش هاي رباتيک
دکتر وزير نژاد افزود: رباتيک به دليل کاربردهاي فراواني که در صنعت، پزشکي، مصارف خانگي،، نظامي و … دارد از قابليت جذب حمايت بسياري از سازمان ها و نهادهاي مرتبط برخوردار است. از جمله سازمان هايي که به رشته هاي رباتيک، علوم مهندسي کامپيوتر و فناوري اطلاعات و هوش مصنوعي علاقه مند هستند ميتوان صاايران(صنايع الکترونيک ايران) و صنايع مخابرات ايران را نام برد که در برخي پروژه ها ما را حمايت نمودند.
در ادامه ي اين موضوع دکتر مقداري اضافه کرد: صندوق حمايت از پژوهشگران کشور، ستاد توسعه ي علوم شناختي و ستاد علوم و فناوري نانو، وزارت علوم و فناوري و بنياد ملي نخبگان از ديگر حاميان ما بوده اند. همچنين در گذشته قراردادهايي با صنعت از جمله مرکز تحقيقات ايران خودرو داشته ايم.
دکتر عالمي نيز در اين خصوص گفت: مهم ترين حاميان اين پروژه در درجه ي اول، بنياد ملي نخبگان و همچنين ستاد توسعه علوم شناختي بوده اند. همچنين مراکز درماني نظير بيمارستان محک و همچنين مرکز طبي کودکان در بخش سرطان امکان انجام آزمايش ها و تست هاي مد نظر را در اختيار ما قرار مي دهند.

وسخن پاياني
در نهايت گزارش به کلام دکتر وزيرنژاد چنين پايان يافت: رباتيک به سرعت درآينده نزديک با زندگي روزمره ي مردم گره خواهد خورد کما اينکه هم اکنون هم از ربات ها در حوزه هاي مختلف استفاده مي شود؛. حوزه هايي نظير تله مديسين، پهباد هاي نظامي، مهندسي بيونيک و افزودن اجزاي مصنوعي به بدن انسان جهت افزايش قابليت هاي آن به خصوص در مورد ذهن و مغز، نشانگر اين پيشرفت روز افزون است.در نتيجه نياز به تلاش و تحقيق در اين زمينه بسيار روشن است و اميدواريم اين مطالعات بين رشته اي مدل مناسبي براي توسعه ي اين گونه فعاليت ها باشد.