علم هوشمند سازی ماشین در چند دهه اخیر موفق شده تا توجهات بسیاری را به خود جلب کند. امروز حضور ربات‌ها و ماشین آلات صنعتی و هوشمند را در زندگی بشر به شکل ملموسی می‌توان مشاهده کرد. علمی که توانسته این هوشمندی را به ماشین‌ها بیاورد رباتیک نام دارد. این علم بر ساخت و توسعه ماشین‌هایی تمرکز دارد که می‌توانند مانند انسان فکر کنند، رفتار کنند و تصمیم بگیرند و عمل کنند. علم رباتیک با به کارگیری قطعات مکانیکی مثل بازوی رباتیک، انواع سنسورها و برخی اصول و الگوریتم توانسته است ربات‌های هوشمندی تولید کند که می‌توانند در انجام کارها یا به بشر کمک کنند یا به کلی در انجام برخی از کارها جایگزین بشر شوند. از طرفی پیشرفت در الگوریتم‌ها و تکنیک‌های هوش مصنوعی باعث شده تا این ماشین‌ها هوشمندتر از هر زمانی دیگر توسعه داده شوند. به طور کلی علم رباتیک را می‌توان علم به کار گیری علوم مکانیکی و کامپیوتری و هوش مصنوعی برای تولید هوشمندی در ماشین‌ها تعریف کرد؛ اما علاوه بر زیرشاخه رباتیک در هوش مصنوعی، حوزه دیگری در هوش مصنوعی مطرح است که در بسیاری از زمینه‌ها توأم با علم رباتیک برای تولید ماشین‌های هوشمند به کار گرفته می‌شود. نام این رشته مکاترونیک است. در تعریف کوتاه این رشته از رشته‌ها ی مهندسی می‌توان گفت که مکاترونیک بر ساخت و نگهداری محصولاتی تمرکز دارد که از قطعات مکانیکی و الکترونیکی ساخته شده است. از آنجایی که این تعریف بسیار کلی و کوتاه بود، قصد داریم برای فهم بیشتر این حوزه از مهندسی، این رشته را بیشتر بررسی کنیم. در ادامه با آرتیجنس همراه باشید تا ببینیم که مهندسی مکاترونیک چیست و چه نقشی در علم رباتیک و ساخت ماشین‌های هوشمند دارد.

مکاترونیک چیست؟

واژه مکاترونیک از دو کلمه مکا برگرفته از مکانیسم و ترونیک برگرفته از الکترونیک تشکیل شده است. این واژه برای اولین بار در سال 1969 توسط تسترو موری به کار گرفته شد. هدف این رشته از مهندسی، مطالعه سیستم‌هایی بود که هم از قطعات مکانیکی و هم قطعات الکترونیکی تشکیل شده بودند. همان طور که می‌دانید و شاید در بسیاری از ربات دیده باشید، در اکثر این ماشین‌های هوشمند از قطعات مکانیکی و الکترونیکی در کنار هم استفاده می‌شود. در اینجاست که برای طراحی این دست از سیستم‌های هوشمند شما به یک رشته از مهندسی به نام مکاترونیک نیاز خواهید داشت تا بتواند این دو حوزه را در کنار هم برای رسیدن به یک عملکرد خاص بررسی کند. ساخت ربات‌ها در علم رباتیکمعمولاً از دو بخش مکانیکی و الکترونیکی تشکیل می‌شود. مهندسی مکانیکی بر بخش مکانیکی ربات‌ها تمرکز دارد در حالی که در صورت نیاز به اضافه کردن بخش‌ها و قطعات الکترونیکی نیاز خواهد بود تا از مهندسی مکاترونیک کمک گرفته شود. امروزه این دو بخش در ساخت ربات‌ها معمولاً در کنار هم و باهم استفاده می‌شوند زیرا امروزه عمده ربات‌های طراحی شده هم دارای بخش مکانیکی و هم بخش الکترونیکی هستند. ربات‌های صنعتی، خدماتی، ربات‌های پزشکی و آموزشی و خودروهای خودران همه نمونه‌هایی از ترکیب این دو حوزه مهندسی با یکدیگر است. 

مزایا استفاده از مکاترونیک در علم رباتیک:

استفاده از مکاترونیک در علم رباتیک افق دید وسیع‌تری را به سوی علم رباتیک باز کرده و پتانسیل بالایی را برای طراحی ماشین‌های هوشمند منعطف و کارآمد آزاد کرده است. در ادامه این مقاله به برخی از مزیت‌های همبستگی این دو حوزه اشاره خواهیم کرد.

یکپارچگی اجزاء:

مکاترونیک به عنوان ترکیبی از مهندسی مکانیک و الکترونیک این امکان را به وجود آورده تا یکپارچگی بین اجزاء ربات‌ها بیشتر از قبل شود. این یکپارچگی باعث می‌شود تا امر طراحی، تولید و نگهداری ربات‌ها بسیار ساده‌تر از قبل انجام شود.

عملکرد بهتر:

ترکیب دقیق اجزاء مکانیکی و الکترونیکی به وسیله مهندسین در ربات‌ها، عملکرد بهتر و کارایی بالاتر ربات‌ها را تضمین می‌کند. این ترکیب به ربات‌ها کمک می‌کند که به صورت هوشمندانه و بهینه‌تری با محیط اطراف خود تعامل داشته باشند.

حجم و وزن کمتر:

استفاده از مهندسی مکاترونیک و قطعات الکترونیکی در ساخت ربات ها این امکان را فراهم کرده تا وزن و کارایی ربات‌ها به طور چشمگیری کاهش پیدا کند که همین موضوع باعث عملکرد پویاتر و بهینه‌تر ربات‌ها می‌شود. بحث وزن در ربات‌ها موضوع مهمی است که عملکرد بهینه ربات به شدت به آن وابسته است.

قابلیت حرکت و منعطفی بالا:

اجزاء مکاترونیک معمولاً ساختارهای مکانیکی پویا، دقیق و منعطف را فراهم می‌کنند، که به ربات‌ها این امکان را می‌دهد تا با محیط اطراف خود به بهترین شکل تعامل داشته باشند و حرکات دقیق و پیچیده را بتوانند به بهترین شکل ممکن انجام دهند.

قابلیت تعمیر و نگهداری بهتر:

یکپارچگی بالا در اجزاء مکاترونیک باعث می‌شود که فرایند تعمیر و نگهداری از ربات‌ها راحت‌تر و کارآمدتر انجام شود. زیرا دسترسی به اجزاء برای رفع مشکل و ایراد بسیار آسان‌تر می‌شود.

نتیجه گیری:
شاید در اوایل پیدایش ربات‌ها که معمولاً از قطعات مکانیکی تشکیل شده بودند و از قطعات الکترونیکی در آن استفاده نمی‌شد، نیاز به وجود رشته‌ای مثل رشته مکاترونیک هم احساس نمی‌شد. اما امروزه که در ساخت اکثر ربات‌ها هم از قطعات مکانیکی و هم الکترونیکی استفاده می‌شود، نیاز به حوزه‌ای که بتواند این دو بخش را در کنار هم قرار دهد به شدت احساس می‌شود. با ورود مهندسی مکاترونیک به کارزار طراحی و پیاده سازی ربات‌ها، باعث شد که این صنعت در ساخت این ماشین‌های هوشمند بسیار هوشمندتر، بهینه‌تر و کارآمدتر از قبل عمل کند. علم رباتیک و مکاترونیک به عنوان مکمل هم در ساخت ماشین‌های هوشمند عمل می‌کنند و با همکاری یکدیگر می‌توانند ظرفیت‌های بالایی را برای طراحی ماشین‌های و سیستم‌های هوشمند آزاد کنند. امروزه به جرات می‌توان گفت که تمام ربات‌ها از ربات‌های پزشکی گرفته تا خودروهای خودران همه و همه وجود خود را مدیون ترکیب این دو رشته مهندسی هستند. انتظار می‌رود که این ترکیب این دو حوزه بتواند در آینده تغییرات بزرگی را در حوزه طراحی ربات‌ها و ماشین‌های هوشمند ایجاد کند.