یه دانشجو ربات‌ دوست، سگ‌ رباتیکی ساخت که با طناب کار می‌کنه و کلی داستان داره!

خب رفیق! امروز میخوام یه داستان جالب برات بگم از یه دانشجوی مهندسی مکانیکِ خلاق به اسم “عائد موسی” از دانشگاه Purdue که خودش کلی معتقده به ربات‌ها و تو یوتیوب کلی کار باحال داره. جدیدترین پروژه‌ش یه سگ‌رباتیه به اسم CARA که یجورایی با بقیه سگ‌رباتی که تو اینترنت دیدی، خیلی فرق داره! خب چرا؟ چون به جای اینکه با چرخ‌دنده و پولی (پولی همون چرخیه که روش تسمه بند میشه) راه بره، با طناب کار می‌کنه! دقیقاً چیزی که تو سیستم Capstan Drive می‌بینیم. Capstan Drive یه جوره انتقال نیرو هست که توش طنابی رو می‌کشن دور استوانه صاف، بدون هیچ چرخ‌دنده‌ای و این طناب با کشش خودش نیرو رو منتقل می‌کنه؛ انگار یه گیربکس بدون چرخ‌دندست!

جالبیش اینه که اسم CARA هم مخفف Capstans Are Really Awesome ـه؛ یعنی «کپستن‌ها واقعاً باحالن!». این سگ رباتی چهارمیشونه و به گفته خودش از همه سگ‌های قبلیش — مثل ZEUS، ARES و TOPS — پیشرفته‌تر و پرجزئیات‌تره.

حالا چرا این Capstan Drive انقد باحاله؟ ببین، مزیت هاش اینه: کلی توان منتقل می‌کنه بدون اینکه لق بزنه (backlash یعنی اون وقتی که دندونه های چرخ دنده برای لحظه‌ای بدون حرکت نهایی می‌چرخن)؛ بعد سبک‌تر و کم‌هزینه‌تره، سروصدای کمتری هم داره و دقیقاً همون سرعت و قدرتی که می‌بری، خروجیش همونه! واسه همین تو رباتیک حرف نداره.

ولی خب فکر نکن با هر طنابی راه میفته! عائد موزا اومده از طناب خیلی محکم و غیرقابل کشش Dyneema DM20 استفاده کرده؛ این طنابا تو طول زمان شل یا خراب نمی‌شن. کلی قطعه هم برای CARA با پرینتر سه‌بعدی ساخته، اونم نه با هر موادی؛ از PET (که جنسش مث بطری نوشابه‌ست ولی محکم‌تره) و فیبرکربن استفاده کرده. تازه یه سری لوله از جنس فیبرکربن هم گذاشته تا هم قوی باشه و هم سبک.

موتورهایی هم که تو این رباتن، از نوع براش‌لس pancake ـان! یعنی موتورهایی پهن و تخت که بیشتر تو پهپادها می‌بینی و سرعتشون کمه ولی گشتاور بالایی دارن (گشتاور هم یعنی قدرت چرخوندن). تو هر پا سه تا موتور هست، یعنی مجموعاً دوازده تا برای چهار تا پا.

حالا سر کنترل این موتورها، از ODrive S1 استفاده کرده؛ این یه جور درایور هوشمنده که هر موتور رو مثل یه عضله واقعی می‌تونه از نظر سرعت و موقعیت کنترل کنه. کل کارگردانی این اجزا هم دست یه میکروکنترلر قوی به اسم Teensy 4.1 ـه؛ میکروکنترلر هم اون مغز کوچیکیه که همه چی رو دستور میده.

از سنسور هم که نگم! یه IMU به اسم BNO086 گزاشته که می‌تونه بفهمه ربات تو فضا چه جوری چرخیده (حتی زاویه شیب، انحراف یا چرخش — به اینا میگن tilt و pitch و roll). همه این سیستم هم با یه باتری ابزار شارژی ۲۴ ولتی کار می‌کنه که هم راحته و هم میشه سریع جاشو پر کرد.

از بحث حرکت که بگم، اینجا موسی یه تکنیک عجیب به کار برده به اسم “Inverse Kinematics” یا به اختصار IK؛ این یه الگوریتم ریاضی پیچیده‌ست که مثلاً تو بازی‌های کامپیوتری هم استفاده میشه، و باعث میشه ربات دقیقاً بفهمه هر بند پاهاش باید کجا قرار بگیره تا مثلا پنجه‌ هاش درست رو زمین باشه یا حرکت کنه. در واقع، هر حرکتِ سگ با این کدنویسی ریز به ریز مدیریت میشه.

وقتی CARA راه میره استایلش شبیه دویدن سگ‌های واقعی‌ئه: دو تا پای مورب همزمان حرکت می‌کنن (بهش می‌گن trotting gait، یعنی راه رفتن با جفت‌های مورب)، که ثبات بیشتری داره. موسی حتی انواع مدل قدم برداشتن (مانند مثلثی، مستطیلی و سیکلوئیدی — سیکلوئید یعنی همون حرکتی که قوس نرم داره، مثل حرکت پای سگ واقعی) رو تست کرد و فهمید سیکلوئید طبیعیه و رباتش روون‌تر حرکت می‌کنه.

تو پروسه ساخت، بعضی قطعه‌ها شکست و خراب شد مثل بخش‌های عقب پا. پس مجدد قطعه‌های ضعیف رو کلفت و مقاوم‌تر طراحی کرد و حتی سرعت و اندازه قدم‌ها رو هم کم کرد تا استهلاک کمتر بشه. علاوه بر این، داده‌های سنسور IMU رو هم استفاده کرد تا اگر تو شیب یا لیز خوردگی سر خورد، وزنش رو جابجا کنه و نیفته؛ حتی معادلات IK شو هم بهتر کرد تا شکل راه رفتنش طبیعی‌تر به نظر بیاد.

جالب بدونی که این تازه شروع ماجراست! موسی برنامه‌های بزرگتری داره، مثلاً قراره رو پشت سگ رباتیه انواع گجت ها سوار کنه: از دوربین GoPro، اسباب‌بازی Nerf، سنسور LiDAR (که مثل چشم لیزری محیط رو اسکن می‌کنه) گرفته تا حتی یه دست رباتیک. حتی نسخه بعدی رباتش هم تو راهه: یه مدل کوچیک‌تر و ارزون‌تر که هرکسی بتونه خودش بسازه، قرارم هست تا سال ۲۰۲۶ یه راهنمای ساخت مرحله‌به‌مرحله براش بزاره تو سایتش.

خلاصه اینکه این ربات واقعا خلاقانه‌ست؛ ظاهر باحال، ذهن مهندسی و تکنولوژی‌های آینده‌دار! چیزی که از یه عاشق ربات میشه انتظار داشت.

منبع: +