گفتگو با جناب آقای دکتر مهدی طالع ماسوله، عضو هیات علمی دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر و مدیر آزمایشگاه تعامل انسان و ربات دانشگاه تهران
موضوع: انسان و ربات شرکای نسل نوآوری
بخش ۱: شکل‌گیری و اهداف آزمایشگاه
بخش ۲: فعالیت‌های پژوهشی و نوآوری
بخش ۳: کاربردهای صنعتی و اجتماعی
بخش ۴: همکاری‌ها و جذب استعداد
بخش ۵: آینده رباتیک در ایران و جهان
- جناب آقای دکتر مهدی طالع ماسوله، عضو هیات علمی و دانشیار در حوزه هوش ماشین و رباتیک / دانشکدگان فنی / دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر و مدیر آزمایشگاه تعامل انسان و ربات دانشگاه تهران
ضمن تشکر از مشارکت شما در تهیه بولتن داخلی پینوتک اداره کل سیاستگذاری فناوری و نوآوری معاونت پژوهش و فناوری دانشگاه تهران ، لطفا با پاسخ به سوالات ذیل ما را در تهیه این بولتن خبری یاری دهید.
بخش ۱: شکل‌گیری و اهداف آزمایشگاه
- ایده تأسیس آزمایشگاه ربات از کجا شکل گرفت و مهم‌ترین انگیزه شما چه بود؟
زمانی که پس از چند سال فعالیت پژوهشی و تحصیلی در خارج از کشور و بازگشت به ایران، نبود فضای آزمایشگاهی مناسب برای فعالیت محققان علاقه‌مند به حوزه رباتیک و هوش مصنوعی در کشور به‌صورت گسترده،
مورد توجه قرار گرفت. در خارج از کشور، فرصت آشنایی با زیرساخت‌های پیشرفته و محیط‌های پژوهشی منسجم فراهم بود و همواره این دغدغه وجود داشت که چرا چنین بستری برای پژوهشگران جوان در ایران فراهم نیست! اصولاً برای این موارد هیچ اولویتی در نظر گرفته نشده است و در برخی موارد نگاه مثبتی به دانشگاه و جامعه علمی وجود ندارد!
در بازدیدها مشاهده شد که برخی از آزمایشگاه‌های دانشگاه های ایران، حتی در طبقات زیرزمین هستند و حتی امکانات اولیه برای پژوهش هم ندارند و همین امر نشان دهنده عدم توجه به مراکز پژوهشی است! با تکیه بر همین تجربه و باور به ظرفیت علمی بالای جوانان کشور، تصمیم گرفتم در حد توان خودم محیطی ایجاد گردد که بتواند زمینه فعالیت‌های تحقیقاتی، آموزشی و فناورانه در حوزه رباتیک را فراهم کند. هدف از تأسیس آزمایشگاه تعامل انسان و ربات، ایجاد فضایی پویا و مجهز برای انجام پژوهش‌های کاربردی، توسعه فناوری‌های نوین و همچنین تربیت نیروهای متخصصی بود که بتوانند در مرزهای دانش و صنعت در حد توان و با توجه به شرایط حاکم بر کشور نقش‌آفرینی کنند. مهم‌ترین انگیزه، فراهم‌کردن فرصتی برای تحقق ایده‌هایی بود که پیش‌تر در قالب نظری باقی می‌ماندند. فضایی که در آن محققان جوان بتوانند با دسترسی به امکانات مناسب، ایده‌های خود را به واقعیت تبدیل کنند و نتیجه پژوهش‌هایشان را در خدمت پیشرفت علمی و صنعتی کشور قرار دهند.
از همان ابتدا، هدف راه اندازی آزمایشگاهی بود که فراتر از کار و پژوهش، فضایی باشد تا دانشجویان در کنار انجام پروژه‌ها، با انگیزه و شادابی کار کنند، دوران کاری آنها لذت‌بخش باشد و حس تعلق نسبت به محیط را تجربه کنند. در آزمایشگاه تعامل انسان و ربات دانشگاه تهران، علاوه بر تأمین زیرساخت فنی برای پژوهش، همواره برنامه‌های شاد و دورهمی‌هایی برگزار می‌شود که به تقویت روحیه تیمی و ایجاد نشاط میان اعضا کمک می‌کند. به عنوان نمونه، برگزاری مراسم شب یلدا، جشن پایان سال تحصیلی، تولد اعضا از جمله برنامه‌هایی است که سالانه اجرا می‌شود تا فضای آزمایشگاه فقط محلی برای کار علمی نباشد بلکه محفلی گرم و صمیمی برای همه اعضا باشد.
- چه نیاز یا خلأ علمی/فناوری باعث شد این آزمایشگاه در دانشگاه تهران راه‌اندازی شود؟
راه‌اندازی آزمایشگاه تعامل انسان و ربات دانشگاه تهران با هدف پر کردن خلأهای مشخصی در حوزه رباتیک و هوش مصنوعی صورت گرفت. این نیازها عبارتند از:
- کمبود تمرکز بر کاربرد صنعتی: در بسیاری از مراکز پژوهشی، فعالیت‌ها به سمت پروژه‌های نظری گرایش داشتند؛ پروژه‌هایی که جنبه تحقیقاتی قوی دارند اما فاصله‌شان با صنعت و استفاده عملی زیاد است. آزمایشگاه تعامل انسان و ربات دانشگاه تهران برای ایجاد پیوند بین دانش فنی و نیازهای واقعی صنعت تأسیس شد تا پژوهش‌ها نه تنها در مقاله یا شبیه‌سازی بمانند، بلکه در عمل و در صنایع واقعی قابل استفاده باشند. البته بعد از گذشت بیش از ۱۲ سال متأسفانه به خاطر مشکلات اقتصادی کشور و همچنین سیاست های حمایتی نادرست از جامعه دانشگاهی متأسفانه نتوانستیم به طور کامل به این هدف برسیم ولی تمام تلاش خود را انجام دادیم.
- نیاز به توانایی طراحی و کنترل ربات‌های موازی و مکانیزم‌های پیچیده کاربردی: یکی از خلأها این بود که بسیاری از پروژه‌های آموزشی یا پژوهشی، به طراحی‌های ساده یا ربات‌های سری (Serial Robots) محدود بودند؛ در حالی که صنعت به مکانیزم‌هایی نیاز دارند که با سرعت، دقت، استحکام و پاسخ‌دهی بالا عمل کنند، مانند ربات‌های موازی، ربات دلتا، گاف-استوارت و ربات‌های کابلی. وجود چنین ربات‌هایی در آزمایشگاه امکان می‌دهد تا علاقه‌مندان به این حوزه روی چالش‌های مدل‌سازی دقیق، کنترل پیشرفته و بومی‌سازی فناوری‌هایی کار کنند که کاربرد صنعتی بسیار زیادی دارند و متأسفانه در آن سال ها در داخل کشور بسیار کم کار شده بود و مغفول مانده بود. در اصل هدف ارتقاء تعامل بین تحقیق و نیازهای کاربردی جامعه با توجه به پتانسیل فناوری رباتیک و هوش مصنوعی در حل مشکلات واقعی صنعتی، خدماتی و غیره بود. آزمایشگاه تشخیص داد که تحقیقات باید به سمتی حرکت کنند که خروجی آن قابل استفاده باشد.
به عنوان نمونه، پروژه‌هایی در آزمایشگاه تعامل انسان و ربات دانشگاه تهران وجود دارند که بر روی ربات‌های موازی برای عملیات برداشت و گذاشت «pick-and-place» ، بسته‌بندی، جداسازی پسماند و ... تعریف شده اند. - طراحی و ساخت ربات‌های انگشتی برای برداشت اجسام: طی ۶ سال اخیر، آزمایشگاه یک مسیر پژوهشی جدید راه اندازی کرد و آن هم طراحی و ساخت ربات‌های انگشتی بود. در این مسیر پژوهشی آزمایشگاه در ابتدا شروع به ساخت نمونه های مختلفی از ربات‌های انگشتی با تاکید بیشتر بر روی ربات‌های دو انگشتی نمود. در ادامه با توسعه الگوریتم های هوشمند بر روی روش‌های مبتی بر هوش مصنوعی جهت برداشت اجسام پروژه های متعددی تعریف گردید.
- طراحی و ساخت حسگر های نیرو-گشتاور: یکی از چالش های بسیار مهم در مبحث تعاملات فیزیکی ربات و انسان ساخت حسگرهای نیرو-گشتاور می‌باشد. به دلیل قیمت های بسیار بالای این نوع حسگرها، آزمایشگاه اقدام به ساخت نمونه های متعددی از این حسگرها نمود تا بتواند در پروژه‌های تعامل انسان و ربات و همچنین در بحث گرفتن اجسام با ربات‌های انگشتی از آنها استفاد نماید.
- مهم‌ترین مأموریت یا چشم‌انداز آزمایشگاه در پنج سال آینده چیست؟
آزمایشگاه تعامل انسان و ربات دانشگاه تهران در پنج سال آینده، با تکیه بر توانمندی‌های علمی و پژوهشی خود، به دنبال تحقق مأموریت‌های زیر است:
- توسعه و بومی‌سازی ربات‌های موازی در صنعت ایران: در صنایع بسته بندی مواد غذایی و دارویی، به‌ویژه در زمینه جداسازی پسماند، با توجه به اهمیت روزافزون مدیریت پسماندها و نیاز به فناوری‌های پیشرفته در این حوزه، آزمایشگاه در نظر دارد با توسعه ربات‌های موازی، مانند ربات‌های دلتا ، فرآیندهای جداسازی پسماند را به‌صورت خودکار، سریع و با دقت بالا انجام دهد. این ربات‌ها قادر خواهند بود انواع مختلف پسماندها را شناسایی و تفکیک کنند، که این امر منجر به کاهش هزینه‌ها، افزایش بهره‌وری و بهبود محیط زیست خواهد شد.
- توسعه ربات‌های دو انگشتی برای گرفتن اجسام: یکی از چالش‌های موجود در صنعت، طراحی ربات‌هایی است که توانایی گرفتن و جابه‌جایی اجسام با اشکال و اندازه‌های مختلف را داشته باشند. آزمایشگاه تعامل انسان و ربات دانشگاه تهران با تمرکز بر توسعه ربات‌های دو انگشتی، به‌ویژه برای کاربردهای صنعتی، به دنبال ارائه راه‌حل‌هایی است که این چالش را برطرف کند. این ربات‌ها با قابلیت تطبیق‌پذیری بالا، می‌توانند در صنایع مختلفی مانند بسته‌بندی، مونتاژ و بازیافت مورد استفاده قرار گیرند.
- آموزش و تربیت نیروی انسانی متخصص در حوزه رباتیک: یکی از اهداف اصلی آزمایشگاه تعامل انسان و ربات، آموزش و تربیت نیروی انسانی متخصص در حوزه رباتیک است. با برگزاری دوره‌های آموزشی، کارگاه‌ها و پروژه‌های تحقیقاتی، این آزمایشگاه به دنبال ایجاد بستری مناسب برای رشد و توسعه استعدادهای جوان در این حوزه است.
بخش ۲: فعالیت‌های پژوهشی و نوآوری
- اصلی‌ترین پروژه‌های تحقیقاتی که در آزمایشگاه در حال اجراست معرفی کنید ؟
آزمایشگاه تعامل انسان و ربات دانشگاه تهران با هدف توسعه دانش کاربردی در حوزه رباتیک و هوش مصنوعی، هم‌اکنون مجموعه‌ای از پروژه‌های تحقیقاتی را در دو محور اصلی دنبال می‌کند. این پروژه‌ها با تمرکز بر حل چالش‌های صنعتی و ارتقاء توان فناورانه کشور، در مسیر بومی‌سازی فناوری‌های پیشرفته رباتیکی در حال اجرا هستند.
- طراحی، ساخت و کنترل ربات‌های موازی برای کاربردهای صنعتی: در این محور، فعالیت‌های پژوهشی بر توسعه و کنترل ربات‌های موازی از نوع دلتا و گاف–استوارت متمرکز است. هدف اصلی، استفاده از این ربات‌ها در فرآیندهای برداشت و گذاشت مواد غذایی، دارویی و پسماند است. پروژه‌ها شامل طراحی مکانیزم‌های با دقت بالا، تحلیل سینماتیکی و دینامیکی، شناسایی پارامترهای اینرسی، و توسعه کنترل‌کننده‌های هوشمند و مقاوم برای عملکرد پایدار در شرایط عدم قطعیت هستند. در این راستا، از الگوریتم‌های بینایی ماشین و هوش مصنوعی برای تشخیص و تفکیک اجسام، افزایش سرعت و دقت عملیات استفاده می‌شود. توسعه این ربات‌ها گامی مؤثر در جهت کاربردی‌سازی فناوری ربات‌های موازی در صنعت ایران و به‌ویژه اتوماسیون فرآیندهای جداسازی پسماند به‌شمار می‌آید.
- طراحی و ساخت ربات‌های انگشتی برای گرفتن اجسام: با کمک الگوریتم‌های هوشمند در محور دوم، تمرکز بر توسعه ربات‌های انگشتی ( دست رباتیکی) با قابلیت گرفتن و دستکاری اجسام مختلف است. این پروژه‌ها شامل طراحی انگشت‌های رباتیکی با عملگری کمتر به منظور کاهش پیچیدگی مکانیکی و افزایش کارایی حرکتی بوده و از الگوریتم‌های یادگیری ماشین و بینایی سه‌بعدی برای تشخیص موقعیت بهینه گرفتن اجسام (Grasp Pose Detection) بهره می‌برند. هدف از این تحقیقات، ایجاد بستری برای تعامل هوشمند ربات با محیط و توسعه فناوری‌های پیشرفته در زمینه ربات‌های خدمت‌رسان و صنعتی است.
با اجرای این پروژه‌ها، آزمایشگاه تعامل انسان و ربات دانشگاه تهران در تلاش است تا ضمن تربیت نیروی انسانی متخصص، مسیر انتقال دانش از دانشگاه به صنعت را هموار کرده و سهم مؤثری در توسعه فناوری رباتیک کشور ایفا کند.
- چه فناوری‌های رباتیک (هوش مصنوعی، یادگیری ماشین، نانوحسگرها و…) در پروژه‌های شما نقشی کلیدی دارند؟
در تمامی فعالیت‌های آزمایشگاه تعامل انسان و ربات دانشگاه تهران، فناوری‌های مرتبط با طراحی و ساخت ربات، کنترل و هوش مصنوعی نقشی محوری و بنیادین دارند. یکی از کمبودهایی که آزمایشگاه با آن مواجه هست عدم امکان خرید بازوها و انگشت های رباتیکی به روز دنیا است. با توجه به اینکه امکان خرید این ربات‌ها وجود ندارد برای ساخت برخی از آنها اقدام شده است ولی به دلیل حمایت های کم، امکان توسعه آنها وجود ندارد. همچنین به خاطر مشکلات اقتصادی متأسفانه همیشه با مشکلات سخت افزاری پردازشی مواجه بوده و آزمایشگاه به خاطر عدم وجود سیستم پردازشی مناسب نمی تواند بسیاری از ایده های خود را به سرانجام برساند. در اصل عدم وجود ربات و ربات‌های انگشتی و سیستم پردازشی مناسب مشکلات بسیار زیادی برای ما ایجاد کرده است. یکی دیگر از چالش‌های اصلی در مسیر این پژوهش‌ها، توسعه و به‌کارگیری حسگرهای نیرو است. این حسگرها که نقش مهمی در درک متقابل میان انسان و ربات ایفا می‌کنند، به دلیل هزینه بسیار بالا و پیچیدگی فنی، همواره یکی از موانع اصلی توسعه در این حوزه بوده‌اند. به همین دلیل، آزمایشگاه تعامل انسان و ربات با تکیه بر دانش بومی و تجربه پژوهشگران خود، تاکنون چندین نمونه حسگر نیرو را طراحی و ساخته است. این حسگرها در بخش‌های مختلف پژوهش‌های آزمایشگاه به‌کار گرفته می‌شوند؛ از جمله در ربات‌های موازی برای کنترل دقیق نیرو در تعامل با محیط، و در ربات‌های انگشتی برای اندازه‌گیری نیروی واردشده به جسم توسط انگشتان رباتیکی. این دستاوردها گامی مهم در جهت افزایش دقت، ایمنی و طبیعی‌تر شدن تعامل انسان و ربات به‌شمار می‌آیند.
آن چیزی که در به سرانجام رسیدن پروژه‌های آزمایشگاه نقش کلیدی دارد، در حال حاضر حمایت درست و مناسب از دانشگاه و جامعه دانشگاهی است.
- چگونه ایده‌ها را از مرحله تحقیق به نمونه عملیاتی یا محصول تبدیل می‌کنید؟
پیشبرد این فرایند ما بهره گرفتن از ارتباطاتی است که با شرکت‌های خصوصی برقرار شده است، هرچند رساندن یک ایده به مرحله محصول، مسیری زمان‌بر و دشوار است و نیازمند حمایت‌های مالی شایسته‌ای است که متأسفانه کمتر فراهم می‌شود. در زمینه ربات موازی دلتا برای کاربردهای برداشت و گذاشت Pick and Place)) چند محصول با موفقیت به صنعت ارائه گردید. همچنین درحوزه ربات‌های انگشتی چند نمونه عملیاتی ساخته شده و مذاکره با بخش خصوصی برای تجاری‌سازی این محصولات در حال انجام است.
بخش ۳: کاربردهای صنعتی و اجتماعی
- ربات‌های توسعه‌یافته در این آزمایشگاه چه تأثیری می‌توانند بر صنایع ایران (پزشکی، کشاورزی، حمل‌ونقل و…) بگذارند؟
ربات‌های موازی دلتا به دلیل ساختار سبک، سرعت بالا و دقت حرکتی چشمگیر، از کارآمدترین گزینه‌ها برای خطوط تولیدی هستند که نیاز به انجام عملیات برداشت و گذاشت (Pick and Place) دارند. این ربات‌ها در صنایع غذایی، دارویی، بسته‌بندی، و الکترونیک کاربرد گسترده‌ای دارند. به‌ویژه در خطوطی که جابه‌جایی مداوم و دقیق قطعات کوچک یا محصولات ظریف موردنیاز است - مانند بسته‌بندی شکلات، قرص، قطعات پلاستیکی یا تجهیزات پزشکی- ربات دلتا می‌تواند جایگزینی مطمئن و اقتصادی برای نیروی انسانی باشد. از مزیت‌های کلیدی آن می‌توان به سرعت تکرار بالا، دقت موقعیت‌یابی، مصرف انرژی کم، و سهولت نگهداری اشاره کرد. در کنار آن، ربات‌های انگشتی نیز در امتداد همین حوزه توسعه یافته‌اند و به ربات‌ها امکان می‌دهند تا اجسام با شکل‌ها و جنس‌های متنوع را با ظرافت و انطباق‌پذیری بالا در دست بگیرند. این ربات‌ها در فرآیندهای بسته‌بندی مواد غذایی حساس، مونتاژ قطعات ظریف، یا انجام وظایفی که نیازمند درک نیرو و تماس نرم با جسم است، نقشی کلیدی دارند. ترکیب ربات‌های موازی دلتا و ربات‌های سری با سامانه‌های انگشتی هوشمند، می‌تواند گامی مهم در جهت اتوماسیون پیشرفته و انعطاف‌پذیر خطوط تولید باشد؛ جایی که سرعت، دقت و سازگاری هم‌زمان مورد نیاز است.
یکی از حوزه هایی که باید در کشور مورد توجه قرار گیرد، کم کردن حضور نیروی انسانی در جداسازی پسماند است که می توان با به‌کارگیری ربات‌های موازی و سری به این مهم دست یافت. ارگان هایی مانند شهرداری و سازمان محیط زیست می بایست در این خصوص ورود پیدا کنند و خطوط بازیافت را مجهز به ربات‌ها و سیستم‌های هوشمند نمایند تا افراد به طور مستقیم در جداسازی پسماندها فعالیت نداشته باشند و از اثرات مخرب آن به دور باشند.
بخش ۴: همکاری‌ها و جذب استعداد
- در جذب نیرو بیشتر به چه ویژگی‌هایی (خلاقیت، مهارت فنی، نگاه بین‌رشته‌ای) توجه می‌کنید؟
در فرایند جذب نیرو، بیش از هر چیز به علاقه و انگیزه فرد توجه می شود؛ چراکه این دو ویژگی را نمی‌توان در معدل، مدرک یا نام دانشگاه جستجو کرد. سنجش انگیزه و علاقه نیازمند زمان و تعامل مستقیم است، ازاین‌رو معمولاً در چندین جلسه گفت‌وگو، تلاش می‌شود میزان اشتیاق و درک فرد از فضای کاری و پژوهشی آزمایشگاه سنجیده شود. به نام دانشگاه یا پیشینه رسمی داوطلب زیاد اهمیت داده نمی شود؛ چراکه به طور تجربی بارها دیده شده دانشجویانی که از دانشگاه‌های کمتر شناخته‌شده آمده‌اند، با پشتکار و علاقه توانسته‌اند نه‌تنها در این آزمایشگاه، بلکه پس از فارغ‌التحصیلی نیز درخشان و موفق ظاهر شوند.
بخش ۵: آینده رباتیک در ایران و جهان
- آینده رباتیک در ایران را چگونه می‌بینید و بزرگ‌ترین فرصت‌ها/چالش‌های پیش‌رو چیست؟
با کمال تاسف، چشم‌انداز روشنی برای آینده رباتیک در ایران مشاهده نمی شود؛ گویی سال‌هاست زنگ خطر این حوزه و بلکه حوزه های دیگر علمی به صدا درآمده است. ظرفیت‌های بومی فراوانی برای توسعه و تجاری‌سازی فناوری‌های رباتیک و هوش مصنوعی در کشور نهفته است، اما این فرصت‌ها مغفول مانده‌اند. نخستین مانع، نظام اقتصادی نابسامان و کم ارزش کردن نیروی انسانی است. هنگامی که دستمزد نیروی کار به قدری پایین است که استفاده از فناوری‌های هوشمند صرفه اقتصادی ندارد، طبیعی است که هیچ صنعتی انگیزه‌ای برای جایگزینی نیروی انسانی با ربات نخواهد داشت. این وضعیت تنها به صنایع محدود نمی‌شود؛ در دانشگاه‌ها نیز، بی‌توجهی به حقوق و کرامت نیروی انسانی پژوهشگر و استاد، انگیزه و خلاقیت را به‌شدت فرسوده کرده است. از سوی دیگر، سیاست‌گذاری‌های ناپایدار و نگاه سطحی به فناوری، باعث شده است که رباتیک در ایران بیش از آنکه یک مسیر توسعه‌گرایانه باشد، به ابزاری تبلیغاتی تبدیل شود.
از دل آزمایشگاه تا دل آدم ها
- اگر در بودجه محدودیت نداشتیم چگونه می‌توانستیم جایگاه علم و پژوهش را در اولویت سیاستگذاری و جامعه بازسازی کنیم؟
اگر بودجه کافی در اختیار بود و محدودیت وجود نداشت ابتدا سرمایه‌گذاری در راستای توسعه و به روز رسانی زیر ساخت های جامعه هوش مصنوعی و رباتیک کشور انجام می شد و این زیر ساخت فقط خرید و تجهیز و ساخت تجهیزات نیست، بلکه تأمین نیازهای اولیه جامعه علمی این حوزه می باشد. مسئله فقط « نبود بودجه» نیست، بلکه مجموعه‌ای از چالش‌های ساختاری وجود دارد که پیش از تحقق هر رویایی باید برطرف شوند.