بینایی کامپیوتر در رباتیک آغازگر انقلابی در خودمختاری

زمان تخمینی مطالعه: 9 دقیقه

یکی از کاربرد‌های مهم بینایی کامپیوتر که همه ما بیشتر از همه چیز در مورد آن هیجان زده می‌شویم، رشته رباتیک است. با الحاق تکنولوژی‌های بینایی کامپیوتر، پردازش زبان طبیعی، مکانیک و فیزیک، شاهد تغییراتی شگرفی در رشته رباتیک خواهیم بود و بینایی کامپیوتر در رباتیک می‌تواند آغازگر انقلابی عظیم در خودمختاری محسوب شود.

بینایی کامپیوتر، بینایی رباتیک و بینایی ماشین

در این بخش تعریفی کلی از بینایی کامپیوتر، بینایی رباتیک و بینایی ماشین را برای روشن شدن تفاوت و مشابهت‌های آنها مطرح خواهیم کرد:

• بینایی کامپیوتر Computer Vision: بینایی کامپیوتر، زیرشاخه‌ای از هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشینی است که توانایی ماشین‌ها و سیستم‌ها را برای استخراج اطلاعات معنی‌دار را از داده‌های بصری تقویت می‌کند. از بسیاری جهات، بینایی کامپیوتری در تلاش برای تقلید و پیاده سازی پیچیدگی بینایی انسان در سیستم‌های مستقل است. هدف در این کار فقط «دیدن و بینایی» نیست، بلکه تفسیر و درک آنچه سیستم مشاهده می‌کند است. سیستم‌های بینایی رایانه‌ای امروزی قابلیت‌هایی فراوانی دارند که تا همین اواخر عمدتاً در داستان‌های علمی تخیلی قابل مشاهده بود. در حوزه بینایی کامپیوتر کارهای مانند پردازش و تشخیص دقیق تصویر، شناسایی اشیاء، افراد و حتی احساسات در حال حاضر عملکردهایی نسبتاً پیش پا افتاده هستند. سیستم‌های بینایی کامپیوتر قادر هستند داده‌ها را به صورت بلادرنگ پردازش کنند، و این امکان را برای برخی از سیستم‌ها فراهم کنند که داده‌های بصری را از جریان‌های ویدیویی یا حتی فیدهای زنده تصویری تجزیه کنند و به آنها پاسخ دهند.
• بینایی رباتیک Robotics Vision: این مفهوم به طور خاص به کاربرد بینایی کامپیوتر در روبات‌ها اشاره می‌کند. بینایی رباتیک شامل تجهیز ربات‌ها به توانایی درک و تعامل با محیط خود به شیوه‌ای معنادار است. با تبدیل داده‌های بصری به اعمال و حرکات، بینایی کامپیوتری به روبات‌ها قابلیت می‌دهد تا به طور مستقل حرکت کنند، اشیاء را دستکاری کنند و وظایف مختلفی را انجام دهند. به عنوان مثال، ربات‌های امداد‌رسان دارای سیستم‌های بینایی پیشرفته برای حرکت در محیط‌های خطرناک هستند. آنها به توانایی تفسیر صحنه‌های پیچیده، شناخت موانع، شناسایی مسیرهای امن و واکنش سریع به تغییرات محیطی نیاز دارند.
• بینایی ماشین Machine Vision: بینایی ماشین بیشتر بر تجزیه و تحلیل داده‌های بصری برای راهنمایی عملیاتی متمرکز است. این امر باعث می‌شود که برای کاربردهای صنعتی و تولیدی بسیار مورد توجه قرار گیرد. امروزه، این کار معمولاً شامل بازرسی و کنترل فرآیند خودکار است. در حالی که بینایی کامپیوتر در رباتیک بر تعامل و دستکاری محیط تاکید دارد، بینایی ماشین علمی مربوط به تصمیم‌گیری بر اساس ورودی‌های بصری است. به عنوان مثال، در کنترل کیفیت، سیستم‌های بینایی ماشین می‌توانند عیوب را شناسایی کنند و موارد خاص پیش آمده در خط مونتاژ را به صورت بلادرنگ مرتب کنند. به طور خلاصه، بینایی کامپیوتر در رباتیک بر بهبود استقلال و عملکرد ربات‌هایی که وظایف را انجام می‌دهند تمرکز دارد در حالی که بینایی ماشین بر اجرای وظایف تکراری با دقت بالا متمرکز است. با این حال، هر دو از عناصر بینایی کامپیوتری برای تقویت فناوری زیربنایی خود استفاده می‌کنند. بینایی کامپیوتر و رباتیک ارتباط نزدیکی با هم دارند و ادغام بینایی کامپیوتری پیشرفته در روبات‌ها احتمالاً گام بعدی در توسعه نسل بعدی عوامل هوش مصنوعی فیزیکی است.

کاربردهای بینایی کامپیوتر در رباتیک

قابلیت تفسیر اطلاعات بصری برای روبات‌هایی که برای راهنمایی و کمک به آن تکیه می‌کنیم امری ضروری است. قابلیت بینایی یکی از عناصری ایجاد آگاهی و هوشیاری است که پذیرش و استفاده از آن امروزه در رشته‌های مختلف پیشنهاد می‌شود. در حال حاضر نمونه‌های فراوانی در صنعت رباتیک از این کاربرد وجود دارد از جمله:

• فضا: روبات‌های مجهز به سیستم‌های بینایی کامپیوتری به طور فزاینده‌ای نقش محوری را در عملیات فضایی ایفا می‌کنند. مریخ نوردهای ناسا، مانند Perseverance، نمونه خوبی از بینایی کامپیوتر در رباتیک برای حرکت مستقل بر سطح سیاره سرخ، مریخ است. این سیستم‌ها در صحنه‌های بصری کار شناسایی موانع، تجزیه و تحلیل ویژگی‌های زمین‌شناسی و انتخاب مسیرهای امن را بر عهده دارند. آنها همچنین از این ابزارها برای جمع آوری داده‌ها و تصاویر از سطح سیاره و ارسال به زمین استفاده می‌کنند. ربات‌های مجهز به بینایی کامپیوتری پیشگامان اکتشافات فضایی خواهند بود، جایی که حضور انسان‌ها هنوز امکان‌پذیر نیست.

• صنعت‌: روبات‌های صنعتی با قابلیت‌های بینایی در حال تغییر خطوط تولید در کارخانه‌ها هستند. ربات‌های امروزی می‌توانند قطعات مختلف را شناسایی کرده، موقعیت آنها را مشخص کرده و به طور دقیق آنها را در جای خود قرار دهند. آنها کارهایی مانند مونتاژ و کنترل کیفیت را نیز انجام می‌دهند. به عنوان مثال، سازندگان خودرو از ربات‌های هدایت بر اساس بینایی برای نصب شیشه جلو و قطعات دیگر در خودرو‌ها استفاده می‌کنند. این ربات‌ها با دقت بالایی کار می‌کنند و کارایی فرآیند تولید را بهبود می‌بخشند و احتمال خطا را کاهش می‌دهند.
• صنایع نظامی: ربات‌های نظامی مجهز به بینایی کامپیوتر از این قابلیت برای شناسایی، نظارت و انجام ماموریت‌های جستجو و نجات استفاده می‌کنند. وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپادها) یا درون‌ها(Drone) از بینایی کامپیوتر برای هدایت و شناسایی اهداف یا مناطق مورد نظر استفاده می‌کنند. در صنایع نظامی از این قابلیت‌ها برای اجرای ماموریت‌های پیچیده در مناطق جنگی یا مناطق غیرقابل دسترس استفاده می‌شود.

• پزشکی: بینایی رایانه‌ای درحوزه مراقبت‌های بهداشتی و پزشکی می‌تواند قابلیت‌های ربات‌ها را برای کمک و یا حتی انجام مستقل عملیات جراحی دقیق را افزایش دهد. به عنوان نمونه، سیستم جراحی داوینچی از بینایی کامپیوتری برای ارائه یک نمای سه بعدی دقیق از محل جراحی استفاده می‌کند. بینایی کامپیوتر در رباتیک کمک بسیار بزرگی برای جراحان در انجام جراحی‌های بسیار حساس است. علاوه بر این، استفاده از بینایی کامپیوتر در ربات‌ها می‌توانند تصاویر پزشکی را به صورت بلادرنگ تجزیه و تحلیل کند تا بتواند ابزارهای پزشکی را در حین جراحی هدایت کند.

• انبارداری و توزیع: در انبارداری و عملیات توزیع، کسب و کارها همیشه به دنبال مدیریت کارآمدتر موجودی و انجام سفارشات خود هستند. انواع مختلفی از ربات‌های مجهز به بینایی کامپیوتری می‌توانند اقلام را از قفسه‌ها شناسایی و انتخاب کنند، بسته‌ها را مرتب نمایند و سفارش‌ها را برای ارسال آماده کنند. شرکت‌هایی مانند آمازون و اوکادو این ربات‌های خودران را در مراکزی که موجودی‌های زیادی را مدیریت می‌کنند، مستقر کرده‌اند.
• کشاورزی: کشاورزان ربات‌هایی مجهز به بینایی کامپیوتر را برای انجام وظایفی مانند نظارت بر محصول، برداشت و کنترل علف‌های هرز به کار می‌گیرند. این سیستم‌ها که از بینایی کامپیوتر در رباتیک استفاده می‌کنند قادر هستند محصولات رسیده را شناسایی کنند، بیماری‌های گیاهی را تشخیص داده و شناسایی کنند و علف‌های هرز را با دقت مورد هدف قرار داده و حذف کنند. این سیستم‌ها حتی پس از برداشت محصول می‌توانند به دسته‌بندی موثر محصول بر اساس وزن، رنگ، اندازه یا عوامل دیگر کمک کنند. این فناوری صنعت کشاورزی را کارآمدتر از قبل کرده است و به عنوان مثال با کاهش مصرف آفت کش‌ها در خط مقدم اقدامات پایدار قرار دارد.
• نظارت و حفاظت از محیط زیست: نظارت و تلاش‌های انجام شده در حفاظت از محیط زیست نیز به طور فزاینده‌ای امروزه بر بینایی کامپیوتری تکیه می‌کنند. مثال‌های استفاده متعدد معمول در حوزه نظارت و حفاظت از محیط زیست از بینایی کامپیوتر در رباتیک عبارتند از: ردیابی حیات وحش، نظارت بر سلامت جنگل، و شناسایی فعالیت‌های غیرقانونی، مانند شکار غیرقانونی و غیره است. یکی از این نمونه‌ها ربات RangerBot است، یک وسیله نقلیه زیر آبی که از بینایی کامپیوتری برای نظارت بر سلامت صخره‌های مرجانی استفاده می‌کند. این ربات قادر است تا گونه‌های متخاصمی را که برای سلامت مرجان‌ها مضر هستند شناسایی کند.