רובוטיקה

  הגדרת המושג רובוטיקה.

רובוטיקה היא תחום בהנדסה הנוגע בבניית רובוטים, מכשירים היכולים לנוע ולהגיב לפי מידע מחיישנים. רובוטיקה היא גם ענף בחקר הבינה המלאכותית. רובוטיקה הוא נושא רב תחומי ונוגע בתחומי הנדסה רבים כמו הנדסת מכונות, הנדסת אלקטרוניקה והנדסת תוכנה.

המילה רובוטיקה - מלשון רבוטה (ROBOTA), מילה צ'כית לעבודה מאולצת - חודשה על ידי המחזאי קארל צ'אפק. המובן של הרובוטים כפי שאנו מכירים אותו היום הוצג על ידי הסופר אייזק אסימוב בספרו משנת 1950 "אני, רובוט". בספר זה הציג הסופר גם את שלושת חוקי הרובוטיקה המוטלים על הרובוטים כדי שלא יסכנו את בני האדם.

כיום כשמדברים על רובוטים מדברים לאו דווקא על מכונות מוחשיות, כי היום גם חלק מהתוכנות הממוחשבות נקראות רובוטים, וגם עוד מכונות המגיבות לנתונים שהן מקבלות מן הסביבה. רובוט בהקשר המסורתי הוא סוכן מכני. בדרך כלל המדובר במערכת אלקטרו-מכנית, אשר התבוננות באופן התנועה שלה יוצרת תחושה של כוונה או רצון עצמאיים. במילים אחרות, על רובוט להפגין מידה מסוימת של תבונה. באופן מפתיע, אין הגדרה מוסכמת על החוקרים למושג רובוט, עם זאת מוסכם על כולם שנוסף על יכולת תבונית על רובוט להיות מסוגל לאחת או יותר מהמשימות הבאות : תנועה עצמאית, הפעלת זרוע מכנית, חישה, ופעולה על סביבתו. במחקר ברובוטיקה נכללים תחומי המכניקה, הבקרה, האינטראקציה עם בני אדם והחישה.

תחומי המדע המשולבים בתחום הזה

 

רובוטיקה רפואית

בשנים האחרונות התפתח תחום הרובוטיקה גם לכיוון הרפואי. הרעיון שעמד בבסיס השילוב בין התחומים היה יכולת הדיוק והנגישות הגבוהה של הרובוט יחד עם הצורך בתכונות אלו בפרוצדורות רפואיות מגוונות. הרובוטים נמצאים כבר בשימוש ובשלבי פיתוח מתקדמים במספר תחומים ברפואה ובהם: ניתוחים בפולשנות מזערית, ניתוחי גב, ניתוחי מוח (ביופסיות), ניתוחים אורולוגייים וניתוחי לב. יישומים נוספים נבחנים כל העת. תחום הרובוטיקה הרפואית כמו תחום הרובוטיקה בכלל הוא רב תחומי ומשלב בתוכו בקרה, הנדסת מכונות, הנדסת תוכנה, אלקטרוניקה, חיישנים ואינטליגנציה מלאכותית. בישראל עוסקת המעבדה לרובוטיקה רפואית ע"ש קאן הממוקמת בפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, בפיתוח רובוטים רפואיים ומתוכה צמחו פרויקטים מסחריים ורובוטים המנתחים בפועל בבתי-חולים בעולם.

החברות המובילות בעולם בתחום הרובוטיקה הרפואית הן:

§         Intuitive Surgical  המייצרת את הרובוט Da-Vinci המשמש לניתוחים בהפעלה מרחוק (remote manipulation).

§         Mako Surgical  המייצרת את הרובוט Rio לניתוחי החלפת מפרקי ברך וירך.

§         Curexo  המייצרת את ה- RoboDoc לניתוחי החלפת מפרקי ירך.

§         Mazor Robotics  הישראלית, המייצרת את ה- SpineAssist לניתוחי גב.

§         Accuray  המייצרת את ה- CyberKnife להקרנת גידולים, בעיקר במוח.

§         Elekta AB  השוודית, המייצרת את ה- Gamma Knife להקרנת גידולים במוח.

Kismet  רובוט שפותח ב-MIT  מסוגל להביע טווח של הבעות אנושיות:

• בתעשייה משתמשים ברובוטים בקו יצור, על מנת להרכיב מוצרים שונים.
• רובוטים משמשים לצורך ניקוי פסולת רעילה
• רובוטים משמשים בחקר החלל. לדוגמה, לצורך חקר כוכב מאדים היה צורך לפתח רובוט בעל יכולת תנועה עצמאית, משום שהפעלת מכונה בשלט רחוק אינה פרקטית בשל הזמן שלוקח לאות לעבור מכדור הארץ למאדים.
• במשטרה ובצבא משתמשים ברובוטים לסילוק פצצות ובכדי לפוצץ מטענים החשודים כמטעני חבלה. מערכות צבאיות רבות הן אוטונומיות לחלוטין או למחצה. כך למשל מל"טים ומזל"טים הם למעשה רובוטים מעופפים, לחלקם יש דרגות חופש שבמסגרתן הם יכולים לפעול עצמאית. הדבר בולט עוד יותר במה שמכונה "פצצות חכמות". גם הניווט של פצצות אלה נעשה באמצעות ניתוח של המצב בשטח בעזרת מצלמות, והחלק של המפעיל לפעמים מתבטא ב"שגר ושכח".
• ישנם גם רובוטים העוזרים לשמירה על משק הבית, לצורך ביצוע עבודות כגון כיסוח דשא, שאיבת אבק וניקוי בריכות.
• רובוטים משמשים גם כצעצועים יקרים. רובוט בשם Aibo של חברת סוני, לדוגמה, הוא רובוט אוטונומי בעל יכולת לימוד המחקה התנהגות של כלב. רובוט צעצוע נוסף, המסוגל להתקשר עם הסובב אותו, הוא הפליאו.
• רובוטים אנושיים כדוגמת נאו משמשים חוקרים רבים ברחבי העולם בהבנת הנדרש מרובוט כאשר הוא יחיה בינינו. בין השאר במיפוי סביבה ביתית, עזרה לקשישים, הוראה, ניקוי הבית (מעבר לרצפה) וכו'.

הרובוט נאו

• בננו-רפואה רובוטים זעירים מיועדים לביצוע פעולות פנימיות ללא צורך בניתוח או בפעולות חודרניות אחרות. התחום נמצא בחזית המחקר הטכנולוגי והמחקר בישראל נחשב לאחד מהמובילים בתחום, בייחוד בטכניון באוניברסיטה העברית ובמרכז האוניברסיטאי באריאל.^]

מכונית רובוטית או מכונית ללא נהג היא תפיסה חדשה יחסית שבאה בעקבות הצלחת המטוס ללא טייס. הכוונה במכונית כזאת היא למכונית אוטונומית, המסוגלת לנווט בעצמה ולהתגבר על מכשולים, ללא צורך בעזרה של מפעיל אנושי. תפקידו של המפעיל האנושי הוא רק להגדיר לרכב את יעדיו.

עשרות חברות וקבוצות מחקר מנסות לפתח כיום מכוניות אוטונומיות כאלה, שיוכלו לנווט באמצעות מחשבים עצמאיים וציוד חישה, כמו גם מערכות ניווט GPS.
בארצות הברית פיתחה דארפ"א (DARPA), זרוע המחקר ופיתוח של משרד ההגנה האמריקאי, מרוץ שנתי של מכוניות רובוטיות. בישראל מפתחת חברת אלביט מערכות רכב בשם "אוונגרד" (AvantGuard) שיעשה שימוש במערכות מתקדמות שיאפשרו לו לבצע מגוון של פעילויות באופן אוטונומי לחלוטין. הרכב מכיל מצלמות קדמיות ואחוריות המאפשרות מערך ראייה היקפית של 360 מעלות, מטעד ושלט מרחוק להעברת תמונות ונתונים למפעיל תחנת הקרקע. הוא מצויד במערכת ניווט מתקדמת, אשר מאפשרת זיהוי מכשולים מרחוק ועקיפתם ויש לו יכולות מעקב וסיור ביום ובלילה במשימות מתוכנתות מראש בשטחים צפופים או עירוניים. בהיותו רכב צבאי יש בו גם עמדת נשק קל בקוטר 7.62 מ"מ המופעלת מרחוק.
בשנת 2008, הודיעה חברת ג'נרל מוטורס כי היא תבחן מכוניות אוטונומיות בשנת 2015 ושהן עשוייות להיות על הכבישים בשנת 2018.
בשנת 2010, VisLab השיקה מבחן אתגרי למכוניות אוטונומיות, שבו מכונותיה האוטונומיות יסעו 13 אלף ק"מ מאיטליה לסין.

דוגמאות לשימוש ברובוטיקה בארץ ובעולם

ריתוך באמצעות רובוט
בתעשיות רבות העוסקות ביצור המוני קיים צורך לחזור על פעולת הריתוך פעמים רבות ובדיוק רב ולכן מפעלים אלו בוחרים לבצע ריתוך בעזרת רובוט על פני רתך אנושי.
רובוט הריתוך מתוכנת באופן חד פעמי לבצע פעולה כלשהי ולאחר גמר התיכנות חוזר על פעולה זו פעמים רבות בצורה זהה. הדבר תורם לאחידות בין כל חלקי הסדרה וקצב העבודה של הרובוט לרוב גבוה מקצב עבודה של עובד אנושי. לשימוש ברובוט ריתוך יתרונות רבים אך חסרונו הראשי הוא חוסר הגמישות שלו. אם יש צורך לבצע שינוי כלשהו אשר אינו נכלל בתיכנות המקורי הדבר אורך זמן רב ומצריך תיכנות מחדש.
רובוט ריתוך הוא מוצר מדף וכדי להתאימו לחלק המיוצר יש צורך בבניית מתקן ריתוך עבור כל הרכבה אשר יש צורך לרתך בעזרת הרובוט.
שימוש ברובוטי ריתוך נפוץ במיוחד בתעשיית הרכב ובתעשייה הכבדה אך ניתן לראות שימוש הולך וגובר ברובוטי ריתוך גם בתעשיות אחרות הרוצות ליעל את הייצור בעזרת אוטומציה.
לרוב הרובוט בנוי מזרוע בעלת מספר מפרקים ממונעים ובקצה שלה מחוברת ידית הריתוך.הרובוט יכול לבצע ריתוך כמעט בכל שיטה מהשיטות המוזכרות למעלה וידית הריתוך מחוברת לקצה הזרוע בהתאם לשיטת הריתוך שנבחרה.
כמו כל מכונה גם רובוטי ריתוך דורשים ביצוע פעולות אחזקה לאורך זמן כגון שימון והחלפת רכיבים מתכלים.
מפא''ת הם ראשי התיבות של המינהל למחקר, פיתוח אמצעי לחימה ותשתית טכנולוגית, הפעול במסגרת משרד הביטחון ומרכז את כל תוכניות המו''פ הביטחוני במדינת ישראל, המבוצעות על-ידי צה''ל, המוסדות האקדמיים והחברות הציבוריות והפרטיות הפועלות בתחום זה. "התרחישים אותם אנחנו בונים לצורך פיתוח אמצעים רובוטיים מתרחשים בשטח פתוח ובשטח בנוי'', הסביר תא''ל אשל, שקודם שהתמנה לראש מו''פ במפא''ת היה ראש מחלקת מערכות אלקטרוניקה ולוחמה אלקטרונית במינהל המחקר הביטחוני. "בשטח הפתוח אנחנו מיעדים להתקנים רובוטיים בקרה של גדרות גבול, התקני פריצה וסילוק מכשולים ומטענים מסוכנים. לצורך בקרת הגדרות פותח כבר בשנים האחרונות בישראל כלי בעל יכולת תנועה אוטונומית - מערכת רובוטית בלתי מאוישת לסיור גבולות ולמשימות ביטחון שוטף. המערכת הזאת כבר מופעלת במספר זירות בהצלחה מבצעית רבה. למעשה, זוהי מערכת סמי-אוטונומית, שכן יש לנו גם יכולת לתת לה שליטה ידנית מרחוק''.

המערכת אותה הציג תא''ל אשל היא מערכת ה''גארדיום'', שפותחה על-ידי חברת "ג'יניוס'' הישראלית ונמצאת כבר בשימוש צה''ל ומשמר הגבול באיזור עוטף עזה וכן לאורך קטעים של גדר ההפרדה בגדה המערבית. זוהי המערכת הרובוטית הקרקעית הראשונה מסוגה בעולם שהוכנסה כבר לפעילות מבצעית. "זוהי גם מערכת אוטונומית למערך המתמרן המאפשרת גם גם כניסה לא מאוישת לאזור מאויים, ויש לה יכולת התמודדות עם ציר לא מוכר'', הסביר תא''ל אשל. "למעשה, היא מהווה מעין "משמר קדמי" לכוח לוחם שמתקדם בשטח אוייב. היא משמשת גם לפתיחת צירים, למארבים ותצפיות, לתספוקת ולפינוי רפואי. יש לה בהחלט יכולת לפתוח ציר או נתיב באופן עצמאי''.  עיניים בשטחים סגורים
"אנחנו מנסים כיום לעשות את מה שלמדנו מהפעלת מערכות המטוסים ללא טייסים (המל''טים) וליישם זאת גם לתחום היבשתי'', הוסיף, אשל ואמר. "אנחנו מפתחים כלים עם יכולת עבירות גדולה בשטח, שדי לסמן להם נקודה במפה והכלי כבר יודע איך להגיע אליו תוך התגברות על כל המכשולים''. בין הכלים אותם כבר פיתחה מערכת הביטחון והנמצאים כבר בשימוש מבצעי נמצא הדחפור הכבד מתוצרת חברת "קטרפילר'' D9, שהפך בחיל ההנדסה לדחפור אוטונומי, המשמש למשימות פריצה, גישור וחישוף בצורה עצמאית לחלוטין, ללא סיכון חיי נהג ומפעיל שיישב בתוכו. "משימותיו של הדחפור האוטונומי, המכונה "רעם השחר'', הן בעיקר פריצת צירים, טיהור זירות מטענים, פריצת מכשולים מורכבים וחישוף שטחים'', הסביר תא''ל אשל. "זהו למעשה כיום 'סוס העבודה' של צה''ל בפתיחת צירים. אנחנו מפתחים עבורו עכשיו מיפוי תלת מימדי ברמת דיוק גבוהה ביותר באמצעות קרני לייזר''.
בתמונה משמאל: "רעם השחר", דחפור רובוטי מדגם D9 המשמש לפילוס דרכים בשלט רחוק
כלים רובוטיים הנדסיים נוספים הנמצאים כבר בשימוש יחידת ההנדסה למשימות מיוחדות (יהל''ם) של חיל הנדסה הקרבית של צה''ל, אותם לא הזכיר תא''ל אשל בהרצאתו, אך שהוצגו כבר בפומבי בעבר, הם "כתר פז'' - טרקטור המופעל בשלט רחוק לפינוי מטענים ומוקשים; דחפור רובוטי מדגם קטרפילר D7 לסילוק מכשולים בשדה הקרב, ודחפור רובוטי קטן מדגם קטרפילר MTL257B, המשמש בעיקר לפינוי שדות מוקשים.
בתמונה מימין: דחפור רובוטי קטן מדגם קטרפילר MTL257B המשמש בעיקר לפינוי שדות מוקשיםבהמשך הרצאתו הציג תא''ל אשל את מה שכינה "אלמנטים המסייעים לחיל הרגלים בלחימה בשטח אורבאני''. הראשון שבהם הוא ה-Eyedrive, שהופעל מבצעית לראשונה במבצע "עופרת יצוקה'' ברצועת עזה. "זהו רובוט נישא חייל ללחימה על היעד'', הסביר אשל. "הוא מכניס למעשה 'עיניים' לתוך שטח סגור, כדי שהלוחם ידע מה קורה בפנים. יש לו יכולת להטלת חיישני Eyeball לשטחים סגורים, כמו מבנים, מנהרות או תעלות.








בתמונה: ה-eyeball - הכדור ה"רואה" וה"שומע", הנזרק לשטחים מסוכנים לשם קבלת מידע בזמן אמת לפני כניסת הלוחמים לשטח מסוכן
ה-Eyeball  מאפשר ללוחמים תצפית וההאזנה בהיקף של 360 מעלות, ומאפשר להם לקבל תמונה בזמן אמת של מה שקורה בשטח סגור לפני שהם נכנסים אליו. ל-Eyedrive יש גם יכולת אש והוא יכול להשמיד, בפקודה מרחוק, מטענים וחפצים חשודים לפני שהחיילים נכנסים למתחם הסגור. "ה-Eyedrive נישא על גבו של לוחם והוא נשלח על-ידו בשטחים אורבאניים לסריקה מוקדמת וזיהוי של אנשים וגופים חשודים בסימטאות ובבניינים לפני שהחיילים מגיעים אליהם. בעזרתו יודע הכוח הלוחם מה מצפה לו בתוך שכונה, סימטא או מבנה. ההתקן הרובוטי הזה עושה עבודה באופן עצמאי לחלוטין ושולח את התמונות בזמן אמת לכוח שמאחוריו''.

ה-Eyeball הוא כדור בגודל רימון-יד המכיל בתוכו מצלמה המאפשרת לסרוק שטח מרחוק, בעיקר בלחימה בשטח בנוי. הוא משדר תמונות וידיאו עם קול למוניטור הנמצא מחוץ לאתר אותו הוא סורק. ההתקן הרובוטי הקטן הזה פותח על-ידי חברת ODF optronics הישראלית כבר בשנת 2004, נכנס לפעילות מבצעית ביחידות מיוחדות בשנת 2005, וכיום הוא נמצא בשימוש נרחב יותר ביחידות החי''ר. הוא נמכר לחברת "רמינגטון טכנולוג'יס'' האמריקאית המשווקת אותו גם לחילות אחרים.  בתמונה מימין: ה-eyeball עם ציפוי הסוואה מוחזק בידו של לוחם

"הרובוט המתאבד''
"אנחנו מפתחים עכשיו גם 'רובוט מתאבד' - רובוט נושא מטען נפץ, אבל הוא נמצא עדיין בשלב הניסויים משום שהוא עדיין לא מושלם מבחינה בטיחותית'', אמר תא''ל אשל. "מטרתו של 'הרובוט המתאבד' היא ניטרול אוייב בשטח סגור הממתין ואורב לכוחותינו.

במקביל מפתחים בארץ גם מערכת נשק זעירה שיורה חיצים למטענים כדי לנטרלם לפני שכוח נכנס למבנה סגור. זוהי מערכת אוטונומית המסוגלת לזהות מטען ולירות אליו חץ שינטרל אותו ברמה מדויקת ביותר''.

פלטפורמה רובוטית נישאת חייל נוספת, שפותחה בארץ עבור צה''ל היא ה''ויפר''. הפלטפורמה פותחה בשיתוף פעולה בין חברת אלביט מערכות לחברת גליליאו מכשירי תנועה. המיוחד ב''ויפר'' היא יכולת העבירות המרשימה שלו, כולל יכולת של טיפוס על מדרגות. מדובר ברובוט הנע על גבי זחלים, קל משקל, קומפקטי, ניתן לנשיאה, ידידותי למשתמש המאפשר הגנה על חיילים בשטחים עויינים. הוא מסוגל לבצע מגוון רחב של משימות. הוא נועד לסייע לחיילי היבשה בביצוע משימות קרביות ביעילות ובהצלת חיי אדם. ניתן להוסיף ל''ויפר'' מערכות נשק שונות, כמו תת-מקלע 'עוזי' עם כוונת ומציין מטרה, משגר רימונים, תופסן, תוכנת מיפוי ועוד. "התפעול של ה'ויפר' הוא פשוט יחסית'', הסביר תא''ל אשל. "מכוונים אותו דרך עינית המתקנת על המשקפת או המשקפיים ומשקלו כ-12 ק''ג.











בתמונה: ה"ויפר"-מערכת רובוטית נישאת חייל המסוגלת לשאת כלי נשק שונים
פיתוח נוסף שעובדים עליו הוא מערכת בקרה אוטונומית לרובוט נישא חייל המאפשרת מיפוי דו-מימדי בזמן אמת עם יכולת איכון עצמית ללא GPS עם סורקי לייזר למיפוי וניווט ומערכת צילום. כתוצאה מהמידע שהמערכת בנתה ניתן לקבל תמונה תלת-מימדית של שטח לא מוכר. "לרובוטים הצבאיים מוענקות תצורות מתקדמות. כך, למשל, הוענקה לרובוט שפותח בטכניון בחיפה לתנועה בין הריסות ובחללים צרים תצורת נחש. זוהו רובוט בעל יכולת תנועה בחתימה נמוכה, המבוסס על חיקוי תנועת הנחש''.










     בתמונה: ה"נחש הרובוטי" המתפתל למשימות תצפית בשטחים פתוחים
"בסך הכל'', סיכם תא''ל אשל את הרצאתו, "אנחנו פועלים בפיתוח רובוטים לשדה הקרב בשלושה תחומים: כלי ציוד מיכאני כבד; מערכות נישאות חיילים, ומערכות לחימה גנריות לפתיחת צירים והגנה על הגדרות. המטרה בפיתוח מערכות רובוטיות אלה היא בניית אבני בניין טכנולוגיות שניתן לפתח באמצעותם מערכות מתוחכמות שונות''.