پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر با حمایت بنیاد ملی علم ایران، ویلچر برقی هوشمندی را توسعه دادهاند که میتواند در محیطهای موجود، نقشهبرداری و مسیریابی کند و با شناسایی افراد و موانع، مسیر خود را بدون نیاز به تغییر گسترده زیرساختها ادامه دهد؛ محصولی که پس از سه سال توسعه، اکنون برای ورود به مرحله آزمونهای عملیاتی و افزایش سطح آمادگی فناوری آماده میشود.
به گزارش سیناپرس، مهیار نراقی، مدیر اجرایی ساخت «ویلچر برقی خودران» امروز در مراسم رونمایی از «ویلچر برقی خودران» با اشاره به شرایط دشوار اجرای این پروژه فناورانه، گفت: این پروژه در شرایطی اجرا شد که انجام یک پروژه فناورانه و سختافزاری با چالشهای مختلف و حتی کمسابقهای همراه بود و محدودیت دسترسی به قطعات و تجهیزات، افزایش هزینهها و وقایع دشوار کشور، مسیر توسعه آن را با چالشهای کمسابقهای مواجه کرده بود، اما با تکیه بر توان داخلی و راهحلهای خلاقانه، این موانع پشت سر گذاشته شد.
وی با اشاره به وقایعی که در طول انجام این پروژه در کشور اتفاق افتاد، گفت: در طول اجرای پروژه، کشور و دانشگاه با شرایط دشواری از جمله سه دوره جنگ، محدودیت دسترسی به قطعات و تجهیزات و برخی منابع مورد نیاز، قطع اینترنت و افزایش قابل توجه هزینهها مواجه بودند. بنابراین، شاید بتوان گفت مهمترین ویژگی این پروژه، خود این مشکلات نبود، بلکه نحوه مواجهه با مشکلات و تلاش برای حل آنها بود.
وی ادامه داد: در شرایطی که بسیاری از قطعات و تجهیزات مورد نیاز در دسترس نبودند، تلاش کردیم با تکیه بر دانش و توان داخلی، خودباوری و ابتکار و خلاقیت، مسیر پروژه را ادامه دهیم. بسیاری از راهحلها و تصمیماتی که در طول اجرای پروژه شکل گرفت، حاصل همین محدودیتها و تلاش برای پیدا کردن راههای خلاقانه برای حل مسائل بود.
عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر یکی از ارزشمندترین دستاوردهای این پروژه را تجربه حاصل از مواجهه با محدودیتها دانست و گفت: این پروژه نشان داد که محدودیت منابع الزاماً به معنای محدودیت در نوآوری نیست و میتوان حتی در شرایط دشوار، با تکیه بر توان داخلی و خلاقیت، مسیر توسعه فناوری را ادامه داد.
وی تأکید کرد: واقعیت این است که این پروژه محصول کار یک فرد یا حتی یک گروه محدود نیست؛ جمعی از افراد، نهادها و پشتیبانها دست به دست هم دادند تا این کار محقق شود. بنابراین لازم میدانم از همه این عزیزان که در شکلگیری و به ثمر رسیدن پروژه نقش داشتند، تشکر کنم.
نراقی ابراز امیدواری کرد که دستاوردهای این پروژه، علاوه بر نتایج علمی و فنی بتواند در مسیر توسعه فناوری و افزایش توانمندی کشور در حوزه وسایل نقلیه هوشمند و سامانههای خودران مؤثر باشد.
سیدمحمدحسین طیبزاده، دانشجوی دکتری مهندسی برق و مجری طرح «ویلچر برقی خودران» نیز در مراسم رونمایی از این محصول، با تشریح روند اجرای پروژه گفت: این پروژه در دانشگاه صنعتی امیرکبیر اجرا شد و بنیاد ملی علم ایران از نخستین مراحل، حامی آن بود. شرکت کارفرما نیز در روند اجرای پروژه همراهی و همکاری داشت و از زمان آغاز کار، تعامل مناسبی میان دانشگاه، حامی پروژه و بهرهبردار شکل گرفت.
وی با قدردانی از بنیاد ملی علم ایران اظهار کرد: اگر چنین نهادی در کشور وجود نداشت، قطعاً امروز یک پروژه دانشگاهی نمیتوانست تا این مرحله پیش برود و به محصولی برای پاسخ به یک نیاز واقعی کشور تبدیل شود.
مجری طرح «ویلچر برقی خودران» در مورد تیم هسته اجرایی پروژه، گفت: دکتر مهیار نراقی از مدیران علمی پروژه بوده و هسته اصلی اجرایی پروژه نیز از اعضای تیم دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دانشجویان و کارشناسان تشکیل شده است. این تیم پیش از این نیز تجربه اجرای پروژههایی در حوزه رباتهای متحرک یا موبایلرباتها را داشت.
وی با اشاره به سابقه انجام پروژههای مشابه توسط این تیم، گفت: پیش از این، یک پروژه در حوزه رباتهای متحرک انجام داده بودیم که ربات موردنظر قابلیت حمل بار تا ۳۰۰ کیلوگرم را داشت. همچنین در حوزه رباتهای سورتینگ نیز با یک شرکت همکاری داشتیم که این سامانهها اکنون در چند مجموعه در کشور در حال استفاده هستند. این سوابق باعث شد تجربه قابلتوجهی در حوزه رباتهای متحرک داشته باشیم.
وی در خصوص آغاز این پروژه، توضیح داد: تیم ما با فراخوانی از سوی بنیاد ملی علم مواجه شد که به درخواست شرکت کارفرما، موضوع ویلچرهای خودران برای کمک به افراد کمتوان و توانیاب مطرح شده بود. کاربرد این محصول میتوانست در محیطهایی مانند بیمارستانها، مراکز نگهداری سالمندان، فرودگاهها و مراکز تجاری تعریف شود. با توجه به تجربهای که در حوزه رباتهای متحرک داشتیم، به این موضوع علاقهمند شدیم، پروپوزال خود را ارائه دادیم و کار ادامه پیدا کرد.
هدف؛ تبدیل ویلچرهای برقی موجود به ویلچر خودران با کمترین تغییر
مجری طرح درباره چشمانداز محصول، گفت: شرکت کارفرما تمایل داشت ویلچرهای برقی موجود در بازار، با کمترین مداخله و تغییر، قابلیت حرکت خودران در محیط را پیدا کنند؛ بدون اینکه لازم باشد تغییرات گستردهای در محیط ایجاد شود. چرا که بسیاری از محیطها تمایل ندارند برای مناسبسازی، تغییرات اساسی در ساختمان و زیرساخت خود ایجاد کنند. بنابراین سامانه باید بتواند در محیطهای موجود فعالیت کند. از سوی دیگر، حفظ ایمنی کاربر یک ضرورت قطعی بود و هزینه محصول نیز باید بهگونهای باشد که از نظر اقتصادی، دستکم در مقایسه با نمونههای خارجی، قابل رقابت باشد.
وی در خصوص اجرای طرح توضیح داد: یک محیط در ابعاد تقریبی زمین فوتسال بهعنوان سناریوی اولیه در نظر گرفته شد. ربات باید ابتدا بتواند محیط را نقشهبرداری کند، سپس روی نقشه، گیتهایی تعریف شود تا بتواند میان این گیتها مسیریابی کند. همچنین اگر انسانی در محیط در حال حرکت باشد، ربات باید بتواند بدون برخورد با او مسیر خود را ادامه دهد.
مسیر ۳ ساله طراحی پروژه ویلچر خودران
طیبزاده با اشاره به زمانبندی پروژه گفت: نخستین پروپوزال ما در بهمنماه ۱۴۰۲ و پس از مشاهده فراخوان بنیاد ارائه شد. این پروپوزال تا شهریورماه مورد بررسی و اصلاح قرار گرفت و در نهایت نهایی شد. این فرآیند نزدیک به یک سال طول کشید که خود یکی از چالشهای مسیر بود و امیدواریم در پروژههای بعدی، روند رسیدن از فراخوان و ارائه طرح تا آغاز عملیاتی پروژه، سریعتر شود. در بهمنماه ۱۴۰۳ قرارداد پروژه، منعقد و اجرای رسمی آن آغاز شد. پروژه در ۶ فاز طراحی شد و اجرای آن تا مردادماه ۱۴۰۵ ادامه پیدا کرد و اکنون به مرحله تحویل رسیده است.
اجرای پروژه در ۶ فاز
مجری طرح درباره فازبندی پروژه گفت: فاز اول و دوم به تهیه و انتخاب قطعات اختصاص داشت. در این بخش، چالشهایی برای انتخاب و تأمین قطعات وجود داشت و بخشی از تجهیزات و قطعات مورد نیاز از خارج کشور تهیه شد. آزمایش و ارزیابی این قطعات نیز در همین دو فاز انجام شد که تا اردیبهشتماه ۱۴۰۴ ادامه داشت.
وی افزود: در فاز سوم، توسعه سختافزار، شبیهسازی و توسعه الگوریتمهای پایه انجام شد که تا شهریورماه ۱۴۰۴ ادامه پیدا کرد. فاز چهارم نیز به بهینهسازی سامانه اختصاص داشت و تا دیماه ۱۴۰۴، یعنی حدود یک ماه پیش از جنگ اخیر به پایان رسید. در فاز پنجم، پس از بازدید و ارزیابی ناظر بنیاد، بخش عمده تعهدات پروژه تا بهمنماه ۱۴۰۴ انجام و تحویل شد. فاز ششم نیز با وجود برخی تأخیرها، اکنون به پایان رسیده است.
وی با بیان اینکه فازهای پنجم و ششم عمدتاً به توسعه نرمافزار اختصاص داشت، ادامه داد: آنچه در این پروژه توسعه یافت، تنها یک ربات یا چند الگوریتم نبود؛ بلکه یک اکوسیستم رباتیکی شامل زیرساختها و نرمافزارهایی ایجاد شد تا کاربر و اپراتور بتوانند به شکل مناسبتری از سامانه استفاده کنند.
آزمایش حسگرها؛ از تشخیص انسان تا شناسایی دیوار شیشهای
مجری طرح با اشاره به توسعه سختافزار، گفت: در جریان پروژه، حسگرها و قطعات مختلفی خریداری و آزمایش شدند. از جمله حسگرهای لیزری دوبعدی و سهبعدی و مدلهای مختلف دوربین مورد بررسی قرار گرفتند.
وی افزود: آزمایشهای مختلفی انجام دادیم تا مشخص شود آیا سامانه میتواند موانعی مانند شیشه را تشخیص دهد یا خیر و در شناسایی انواع موانع چه عملکردی دارد. بردهای الکترونیکی و پروتکلهای مورد نیاز نیز توسعه پیدا کرد و در نهایت، دیاگرام معماری سختافزاری ربات شکل گرفت.
طیبزاده گفت: بر اساس این معماری، ساختار ربات شامل مجموعهای از حسگرهای مختلف و بردهای پردازشی طراحی و توسعه داده شد تا سامانه بتواند اطلاعات محیط را دریافت، پردازش و بر اساس آن تصمیمگیری کند.
نقشهبرداری از محیطی در ابعاد ۱۵۰ در ۵۰ متر
وی درباره فاز بهینهسازی توضیح داد: در این مرحله روی بهینهسازی پارامترهای کنترل، ناوبری و مسیریابی کار کردیم و چندین سناریوی آزمایشی تعریف شد.
طیبزاده ادامه داد: در یک سناریو، فردی در کنار ویلچر حرکت میکرد. در سناریوی دیگر، فردی از مقابل ویلچر عبور میکرد. همچنین شرایطی را آزمایش کردیم که ویلچر باید میان چند نفر مسیر خود را پیدا میکرد.
وی افزود: برای ارزیابی قابلیت نقشهبرداری نیز نقشه ساختمان ابوریحان را تهیه کردیم که ابعادی در حدود ۱۵۰ متر در ۵۰ متر داشت. در عمل، محیطی بزرگتر از آنچه در تعهد اولیه پروژه پیشبینی شده بود، نقشهبرداری و آزمایش شد.
مجری طرح اظهار کرد: در جریان کار، برای برخی چالشهای علمی در محیطهایی که دارای ویژگیهای تکرارشونده هستند نیز راهکارهایی پیشنهاد شد تا کیفیت نقشهبرداری افزایش یابد.
توسعه سه نرمافزار برای استفاده عملیاتی از ویلچر
طیبزاده با اشاره به توسعه بخش نرمافزاری پروژه گفت: در فازهای پایانی، سه بخش نرمافزاری مهم توسعه پیدا کرد؛ نرمافزار پایش ناوگان، نرمافزار رابط کاربری و نرمافزار ویرایش نقشه.
وی درباره نرمافزار پایش ناوگان توضیح داد: در این سامانه، موقعیت ویلچرها یا رباتها روی نقشه نمایش داده میشود و اپراتوری که مسئول نظارت بر دستگاهها است، میتواند وضعیت هر یک از آنها را مشاهده کند. اگر یکی از دستگاهها با خرابی یا مشکل مواجه شود، اپراتور میتواند از وضعیت آن مطلع شده و برای رسیدگی اقدام کند.
طیبزاده افزود: نرمافزار رابط کاربری نیز بهگونهای طراحی شد که فرد بدون داشتن دانش تخصصی در حوزه رباتیک بتواند از ویلچر استفاده کند. کاربر میتواند گیت یا مقصد مورد نظر خود را انتخاب کند و پس از تأیید، ویلچر به سمت مقصد حرکت کند. اطلاعاتی مانند وضعیت و زمان حرکت نیز برای کاربر نمایش داده میشود.
وی درباره نرمافزار ویرایش نقشه گفت: پیش از ورود سامانه به یک محیط عملیاتی، باید نقشه محیط، تهیه و برخی ایرادهای احتمالی آن برطرف شود. ابزارهای موجود برای انجام این کار معمولاً تخصصی و پراکنده هستند و برای هر بخش باید از ابزار جداگانهای استفاده کرد.
مجری طرح ادامه داد: به همین دلیل، یک ابزار جدید را توسعه دادیم که امکانات مختلف مربوط به نقشهبرداری، ویرایش، علامتگذاری نقشه و برخی قابلیتهای میدانی را بهصورت یکپارچه در اختیار کاربر قرار میدهد.
تعریف مناطق ممنوعه برای مقابله با موانع غیرقابل رؤیت
وی با اشاره به چالشهای آینده این فناوری، گفت: برخی موانع ممکن است برای سامانه بهسادگی قابل مشاهده نباشند؛ برای مثال پلهها یا برخی دیوارهای شیشهای که امروزه در ساختمانها زیاد استفاده میشوند.
طیبزاده افزود: برای مدیریت این موضوع، امکان تعریف مناطق ممنوعه در نقشه پیشبینی شده است تا ویلچر اساساً وارد مناطقی که احتمال وجود خطر در آنها وجود دارد، نشود.
وی یکی دیگر از چالشهای علمی را حرکت پویای انسانها و اشیاء در محیط دانست و گفت: این موضوع بهویژه در محیطهایی مانند بیمارستان، فرودگاه و مراکز تجاری اهمیت پیدا میکند و نیازمند توسعه بیشتر سامانههای ادراک محیط و تصمیمگیری است.
«گم شدن ربات»؛ چالشی در مرز دانش
مجری طرح با اشاره به مسئله «گم شدن ربات» گفت: این موضوع یکی از چالشهای مهم و در مواردی از مسائل نزدیک به لبه دانش در حوزه رباتیک است و هنوز بهطور کامل حل نشده است.
وی توضیح داد: ممکن است ربات پس از مدتی فعالیت در محیط، به دلیل شرایط محیطی یا نبود ویژگیهای کافی برای شناسایی موقعیت خود، دچار اختلال در مکانیابی شود و به اصطلاح موقعیت خود را گم کند.
طیبزاده افزود: در این پروژه، راهکارهایی برای این مسئله پیشنهاد و بخشی از آنها نیز آزمایش شد، اما از آنجا که این موضوع جزو تعهدات اصلی پروژه نبود، آن را بهعنوان پیشنهادهایی برای گامهای بعدی مطرح کردهایم.
وی گفت: یکی از تعهدات پروژه این بود که ربات بتواند در صورت بروز مشکل، طی ۱۰ ثانیه موقعیت خود را بازیابی کند که این آزمایش نیز انجام شد و سامانه به این هدف دست یافت.
خروجی ملموس؛ دو ویلچر هوشمند و سه سامانه نرمافزاری
مجری طرح درباره دستاوردهای نهایی پروژه، گفت: خروجیهای ملموس پروژه شامل دو دستگاه ویلچر برقی هوشمندسازیشده، نرمافزار رابط کاربری، نرمافزار پایش ناوگان و نرمافزار ویرایش نقشه است.
وی افزود: روی این دو ویلچر، حسگرها و تجهیزات مورد نیاز نصب شد و تلاش کردیم تا حد امکان محصول از نظر اقتصادی مقرونبهصرفه باشد. در عین حال، الزامات ایمنی رعایت و امکان پوشش و دید ۳۶۰ درجه نسبت به محیط فراهم شود تا دقت عملکرد سامانه افزایش یابد.
طیبزاده ادامه داد: رابط کاربری نیز بهگونهای توسعه یافت که کاربر بدون نیاز به دانش فنی بتواند با سامانه کار کند و این نرمافزار روی نمایشگر ویلچر در دسترس قرار دارد.
وی درباره نرمافزار ویرایش نقشه نیز گفت: کاربر میتواند لایههای مختلفی روی نقشه ایجاد و مواردی مانند مناطق ممنوعه یا مناطق ترجیحی را تعریف کند.
آزمونهای سخت؛ از عبور از مقابل انسان تا حرکت در کنار کاربر
مجری طرح با اشاره به آزمایشهای انجامشده اظهار کرد: در جریان پروژه، سناریوهای مختلفی برای ارزیابی عملکرد ربات تعریف و اجرا شد.
وی گفت: یکی از آزمایشهای مهم، آزمون برخورد از روبهرو بود که میتوان آن را از آزمونهای نسبتاً سنگین در حوزه واکنش سریع ربات دانست. سامانه باید در زمان مناسب واکنش نشان دهد تا از برخورد جلوگیری شود و نتایج کیفی این آزمون رضایتبخش بود.
طیبزاده افزود: در آزمون دیگری، فردی در کنار ویلچر حرکت میکرد و سامانه باید تشخیص میداد که این حرکت لزوماً یک مانع برای مسیر آن نیست و واکنش نامناسب نشان ندهد.
وی ادامه داد: در آزمون طراحی مسیر نیز ویلچر باید از یک نقطه به نقطه دیگر حرکت میکرد. در سناریوی دیگری، فردی از مقابل ویلچر عبور میکرد و دستگاه باید فرد را شناسایی کرده، مسیر مناسب را انتخاب کند، از کنار او عبور کرده و سپس به ادامه مسیر خود بازگردد.
محصول به مرحله تست عملیاتی نیاز دارد
طیبزاده با اشاره به سطح آمادگی فناوری محصول گفت: اکنون محصول به مرحلهای رسیده است که باید در محیط واقعی مورد آزمایشهای مستمر قرار گیرد. برآورد ما این است که برای ورود به مرحله بعد، حداقل حدود ۶ ماه آزمایش مداوم لازم باشد.
وی افزود: با ادامه آزمایشهای عملیاتی و همکاری شرکت کارفرما، سطح آمادگی فناوری محصول میتواند افزایش پیدا کند و امیدواریم در یک مسیر مشخص و با تداوم توسعه، محصول به سطح بالاتری از آمادگی برسد.
ویلچرهای خودران باید با آسانسور و اینترنت اشیاء ارتباط برقرار کنند
مجری طرح در تشریح گامهای آینده توسعه محصول، گفت: یکی از پیشنهادهای اصلی، افزایش سطح ایمنی ربات از طریق افزودن لایههای سختافزاری بیشتر است تا در محصول صنعتی نیز با کمترین میزان خطا و مشکل مواجه باشیم.
وی افزایش سطح آمادگی فناوری از طریق آزمایشهای مداوم را یکی دیگر از نیازهای مرحله آینده دانست و افزود: یکپارچهسازی ویلچر با اینترنت اشیاء نیز اهمیت زیادی دارد؛ برای مثال، ویلچرهای خودران باید بتوانند با درها و آسانسورها ارتباط برقرار کنند.
طیبزاده ادامه داد: اگر بخواهیم از این سامانه در محیطهایی مانند فرودگاهها و ساختمانهای چندطبقه استفاده کنیم، ربات باید بتواند با آسانسور تعامل داشته باشد و این یکی از همکاریهای مهمی است که در مراحل بعدی باید شکل بگیرد.
درخواست مجری طرح؛ «پروژه اینجا تمام نشود»
وی با تأکید بر ضرورت ادامه مسیر تحقیق و توسعه، گفت: وقتی پروژه را اجرا کردیم، با چالشهایی آشنا شدیم که میتواند در مراحل بعدی رخ دهد و بر همین اساس، پیشنهادهایی برای ادامه کار ارائه کردهایم.
طیبزاده تصریح کرد: حقیقتاً خواهش من از بنیاد ملی علم ایران و مجموعههای مرتبط این است که پروژه در اینجا تمام نشود. ما در دانشگاه برای ادامه این مسیر برنامه داریم و استادان نیز تیمها را راهبری میکنند، اما واقعیت این است که بدون وجود یک نیاز واقعی و حمایتهای جانبی، ادامه این مسیر امکانپذیر نخواهد بود.
وی افزود: اگر چنین پروژههایی پس از دو سال رها شوند، بخش مهمی از دانش، تجربه و ظرفیت ایجادشده از بین میرود. امیدواریم این پروژه رها نشود و امکان ادامه توسعه آن فراهم شود.
پیشنهادهای دانشگاه برای ادامه تحقیقات
مجری طرح، توسعه روشهای موقعیتیابی بصری، ادراک محیط و تعامل با انسان با کمک هوش مصنوعی را از جمله محورهای پیشنهادی برای ادامه تحقیقات دانست.
به نقل از ایسنا، وی افزود: تحقیق و توسعه در زمینه روشهای هدایت و کنترل، یادگیری برخط و بررسی رفتار انسانها در محیطهای مختلف نیز از موضوعات مهم آینده است؛ زیرا رفتار انسانها در بیمارستان، پاساژ، فرودگاه و دیگر محیطها یکسان نیست و ربات باید بتواند این تفاوتها را درک کرده و رفتار خود را با محیط تطبیق دهد.
طیبزاده در پایان تأکید کرد: بخشی از این موضوعات میتواند در قالب پایاننامههای کارشناسی ارشد و دکتری در دانشگاه دنبال شود، اما برای رسیدن به یک محصول واقعی و قابل استفاده، باید ارتباط میان دانشگاه، صنعت، بهرهبردار و نهادهای حامی حفظ شود تا مسیر توسعه فناوری پس از پایان یک پروژه تحقیقاتی متوقف نشود.