رکورد ماراتن ربات چهارپا با یک بار شارژ و رمز موفقیت آن

مقدمه

ربات‌های چهارپا یا «سگ‌های رباتیک» در سال‌های اخیر توجه بسیاری را به خود جلب کرده‌اند، زیرا می‌توانند از موانعی مانند پله‌ها و مسیرهای ناهموار عبور کنند که ربات‌های چرخ‌دار از عهده آن‌ها برنمی‌آیند. با این حال، یک محدودیت اساسی همواره پیشرفت آن‌ها را کند کرده است: استقامت. انرژی زیادی صرف حرکت دادن مفاصل متعدد و حفظ تعادل بدن ربات می‌شود. اما اکنون تیمی از پژوهشگران کره جنوبی توانسته‌اند با ربات چهارپای خود به نام رایبو۲ (RAIBO2) یک ماراتن کامل ۴۲.۲ کیلومتری را با یک بار شارژ باتری به پایان برسانند و رکوردی جدید ثبت کنند. این دستاورد که در نوامبر ۲۰۲۴ در ماراتن «خرمای خشک سانگجو» رقم خورد، در سپتامبر ۲۰۲۵ در مجله نیچر منتشر شد.

ربات چهارپا چگونه حرکت می‌کند و چرا انرژی‌بر است؟

ربات‌های چهارپا برای راه رفتن، همانند جانوران چهارپا، از حرکات هماهنگ مفاصل خود استفاده می‌کنند. هر بار که پا از زمین بلند می‌شود و دوباره فرود می‌آید، بخشی از انرژی جنبشی به دلیل برخورد با زمین تلف می‌شود. همچنین برای حفظ تعادل و تحمل وزن بدن، مفاصل باید به طور مداوم گشتاور تولید کنند که این امر مصرف انرژی را افزایش می‌دهد. برخلاف ربات‌های چرخ‌دار که تنها برای غلبه بر اصطکاک و شیب به انرژی نیاز دارند، ربات‌های چهارپا حتی در حالت ایستاده نیز انرژی مصرف می‌کنند. به همین دلیل، افزایش استقامت این ربات‌ها چالشی جدی برای مهندسان بوده است.

دستاورد رایبو۲: ماراتن در مسیر واقعی

رایبو۲ در ماراتن سانگجو در کنار دونده‌های انسانی مسیر ۴۲.۲ کیلومتری را با شیب‌های تا ۱۰ درجه و دو صعود ۵۰ متری طی کرد و در زمان ۴ ساعت و ۱۹ دقیقه به خط پایان رسید. این اولین باری است که یک ربات چهارپا یک رویداد رسمی ماراتن را بدون توقف برای شارژ مجدد به پایان می‌برد. پیش از این، رایبو۲ در یک مسیر هموار ۴۳ کیلومتری را در ۴ ساعت و ۴۰ دقیقه با یک بار شارژ دویده بود، اما در تلاش قبلی برای ماراتن در زمین ناهموار، باتری آن در حدود کیلومتر ۳۷ تمام شده بود. پژوهشگران برای رفع این مشکل، ظرفیت باتری را ۳۳ درصد افزایش دادند و سیستم کنترل را بهبود بخشیدند.

رمز موفقیت: بهینه‌سازی سخت‌افزار و نرم‌افزار

یکی از کلیدی‌ترین عوامل موفقیت رایبو۲، کاهش هزینه حمل‌ونقل (Cost of Transport) است. این معیار نشان می‌دهد چه مقدار انرژی برای جابه‌جایی یک بدن در واحد مسافت لازم است. هرچه این عدد کمتر باشد، ربات کارآمدتر است. رایبو۲ به هزینه حمل‌ونقل ۰.۲۵ دست یافت، در حالی که این مقدار برای انسان به طور متوسط ۰.۳۷ است. این اولین بار است که یک ربات چهارپا از انسان در این شاخص پیشی می‌گیرد.

این کارایی مرهون چند نوآوری است: استفاده از قطعات مکانیکی سبک که انتقال انرژی جنبشی از مفاصل را با تلفات کم انجام می‌دهند، مدارهای الکترونیکی موتور با تلفات پایین، و یک سیاست حرکتی (Locomotion Policy) که به طور خاص برای کاهش مصرف انرژی طراحی شده است. همچنین سیستم کنترل مفاصل به گونه‌ای تنظیم شده که هنگام فرود آمدن پا، سختی مفصل را کاهش دهد تا ضربه را جذب کند و هنگام جدا شدن پا از زمین، سفتی لازم برای ایجاد نیروی پیشران را فراهم آورد. این تنظیمات به ربات اجازه می‌دهد تا در شرایط مختلف، انرژی را بهینه مصرف کند.

علاوه بر این، رایبو۲ مانند خودروهای برقی می‌تواند با ترمز regenerative، بخشی از انرژی جنبشی را هنگام سرازیری بازیابی کند و آن را به باتری بازگرداند. این ویژگی تا حدودی انرژی صرف‌شده در سربالایی‌ها را جبران می‌کند، هرچند هزینه اضافی مسیرهای ناهموار را به طور کامل از بین نمی‌برد.

باتری و مسافت‌پیمایی

رایبو۲ به باتری با ظرفیت ۲۰۱۶ وات‌ساعت مجهز است که به آن اجازه می‌دهد تا ۶۷ کیلومتر را با یک بار شارژ طی کند. این میزان بیش از سه برابر برد ربات‌های چهارپای موجود است. پژوهشگران تخمین می‌زنند که ربات می‌تواند ۲۵ کیلومتر بیشتر از مسافت ماراتن را نیز بپیماید. این افزایش ظرفیت باتری همراه با بهبود مصرف انرژی، امکان انجام مأموریت‌های طولانی‌تر را فراهم می‌کند.

چرا این دستاورد اهمیت دارد؟

استقامت بیشتر ربات‌های چهارپا، درهای جدیدی را به روی کاربردهای آن‌ها باز می‌کند. این ربات‌ها می‌توانند در مناطقی که ربات‌های چرخ‌دار نمی‌توانند وارد شوند، مانند مناطق کوهستانی، محیط‌های بلایای طبیعی و مسیرهای ناهموار، به کار روند. برای مثال، در عملیات امداد و نجات پس از زلزله یا سیل، رباتی با استقامت بالا می‌تواند دوربین، حس‌گر و تجهیزات مخابراتی را حمل کرده و به جستجوی مفقودین بپردازد. همچنین در مأموریت‌های نقشه‌برداری و پایش محیطی، ربات‌هایی با برد طولانی می‌توانند مساحت بیشتری را پوشش دهند.

آینده ربات‌های چهارپا

این پژوهش نشان می‌دهد که با طراحی دقیق و بهینه‌سازی سیستم‌های مکانیکی، الکترونیکی و نرم‌افزاری می‌توان به کارایی نزدیک به جانوران زنده دست یافت. با ادامه پیشرفت در فناوری باتری، مواد سبک‌وزن و الگوریتم‌های کنترل، احتمالاً در آینده‌ای نزدیک شاهد ربات‌های چهارپایی خواهیم بود که بتوانند ساعت‌ها یا حتی روزها بدون نیاز به شارژ مجدد به کار خود ادامه دهند. این امر می‌تواند به طور چشمگیری کاربرد این ربات‌ها را در صنایع مختلف گسترش دهد.

نتیجه‌گیری

رکورد رایبو۲ در ماراتن، یک دستاورد مهندسی مهم است که نشان می‌دهد ربات‌های چهارپا می‌توانند به استقامت و کارایی قابل توجهی دست یابند. این پیشرفت نه تنها به درک بهتر ما از حرکت و مصرف انرژی در ربات‌ها کمک می‌کند، بلکه راه را برای استفاده عملی از آن‌ها در محیط‌های چالش‌برانگیز هموار می‌سازد. همان‌طور که پژوهشگران این پروژه تأکید کرده‌اند، این تازه آغاز راه است و آینده‌ای پر از امکان‌های جدید را نوید می‌دهد.