رباتیک – قسمت ۱۳


اما فقط ما نیستیم که از اینترنت برای پیدا کردن جواب استفاده می­‌کنیم. ربات‌­ها هم می­‌توانند از این تکنولوژی بهره ببرند. دانشمندان رباتیک در طراحی الگوریتم‌­های ربات‌­های سخنگو روی اینترنت حساب ویژه‌­ای باز کرده­‌اند. ربات­‌های سخنگو با استفاده از میکروفون صدای شما را می­‌شنوند و حرف­‌های شما را بعد از پردازش در پایگاه داده خود و اینترنت جستجو می­‌کنند و با استفاده از الگوریتم‌­های صرف و نحو، پاسخی شایسته به سوال شما می‌­دهند.

آیا پاسخ‌­های آنان کامل است و می‌­توانند به هر سوالی جواب دهند؟

آیا ربات‌­های سخنگو دوستان آینده ما هستند؟

در این شماره شما را به خواندن مصاحبه خبرنگار نیویورک تایمز با «بینا ۴۸» ربات فوق هوشمند سخنگو دعوت می‌کنیم.

همچنین قسمت دوم و آخر تبدیل فوریه و نقش مهم آن در پردازش تصویر را دنبال خواهیم کرد و با قلب مصنوعی محصول جدید شرکت Carmat آشنا خواهیم شد که در آن از تمامی تکنولوژی‌های روز دنیا استفاده شده است.

 

چشم‌­انداز آینده

با رباتی به نام «بینا ۴۸» دوست شوید

امی هارمون خبرنگار رباتیک نیویورک تایمز است که سال‌ها تجربه در تهیه خبر در زمینه رباتیک و هوش مصنوعی دارد. این بار او از پدیده­‌ای شگفت‌­انگیز خبر تهیه کرده است. او با «بینا ۴۸» ربات سخنگوی هوشمند مصاحبه کرده است. امی تجربه جالب و هیجان‌­انگیز خود را این گونه تشریح می‌­کند:

 

ده دقیقه مانده­ است تا با بینا ۴۸ مصاحبه کنم، از اشتیاق در پوست خودم نمی­‌گنجم.

او از پاسخ دادن به سوالی طفره رفت، زمانی که پرسیدم ربات بودن چگونه است؟ او گفت که هم­بازی می­‌خواهد اما توضیح اضافی نداد.

به او گفتم: آیا احساس تنهایی می­‌کنی؟

او پاسخ داد: در مورد چه چیزی می­‌خواهی حرف بزنی؟

دفعات بعدی او به من اجازه زدن حرف­های لب مرزی نداد. او به طرز غریبی به انسان شبیه بود.

 

شکل ۱۵: امی در کنار بینا ۴۸

 

به او گفتم: بینا، تو از کجا می­فهمی که چی بگی؟

او گفت: من گاهی نمی‌­دونم چی بگم، اما هر روز بیشتر پیشرفت می­‌کنم.

 

به عنوان خبرنگار دنیای واقعی ربات­‌ها، من با انواع مختلفی از ربات­‌های سخنگو مواجه بودم. من ربات­‌های فروشنده و اسکی­باز هم دیده بودم. حتی قبلا از ربات برگزارکننده مراسم ازدواج هم خبر تهیه کرده بودم. اما این­بار درخواست مصاحبه از بینا را کرده بودم زیرا می­‌خواستم با رباتی ملاقات کنم که می‌­توانست با صورت انسان ­نمایش به صورت واقعی با من حرف بزند.

بینا ۴۸ به عنوان رباتِ دوست ساخته شده است. میلیونری به نام مارتین راثبلیت درخواستی ۱۲۵ هزار دلاری داده است که رباتی شبیه همسرش بینا راثبلیت ساخته شود.

 

شکل ۱۶: بینا ۴۸ چه از نظر شخصیتی و چه ظاهری از روی بینا راثبلیت ساخته شده است

 

بینا ۴۸ فاقد بدن است. اما پوست او از موادی به نام frubber ساخته شده است. این پوست از ۳۰ موتور استفاده می‌کند. این موتورها به او کمک می­‌کنند که اخم کند، لبخند بزند و کمی گیج و مبهوت به نظر برسد.

بسیاری از متخصصان رباتیک معتقدند تلاش برای شبیه ­سازی ظاهری و رفتاری انسان کاری عبث و بیهوده است، زیرا نتایج غیرواقعی آن با انتظارات همخوان نیست. اما خالق بینا ۴۸، دیوید هانسون از شرکت هانسون رباتیک می‌گوید: ربات­‌های انسان ­نما حتی با مشکلات فراوانشان می­‌توانند همنشین خوبی برای انسان­ها باشند. همچنین او می­‌گوید بینا ۴۸ هنوز کامل نیست.

آقای هانسون تعدادی سوال که مطمئن بود بینا ۴۸ می‌­تواند به آن کامل جواب دهد به من داد. سوالاتی از قبیل وضعیت آب و هوا چگونه است یا هوش مصنوعی چیست؟

من خودم را برای پرسیدن هیچکدام از این سوالات را آماده نکردم، بلکه دوست داشتم سوالات خودم را بپرسم سوالاتی نظیر آیا تو خوشحالی؟ یا هوشمندانه ­ترینشان، آیا در خواب­‌هایت رویا هم می­بینی؟ (اشاره به فیلم علمی تخیلی فیلیپ دیک که در آن با این سوالات انسان‌­ها و آدم‌­آهنی­‌ها را از هم متمایز می­‌کردند).

 

شکل ۱۷: مدارات داخلی بینا ۴۸

 

شبیه همه ربات­های سخنگو، بینا ۴۸ برای پیدا کردن پاسخ سوالات به اینترنت وصل می‌­شود. او بر پایه قوانین صرف و نحو می­‌تواند جملاتش را بسازد. اما این ربات همچنین می­‌تواند پایگاه داده‌­ای از ساعت­‌ها مصاحبه با بینای واقعی تهیه کند. او یک موتور شخصیت دارد، نرم‌­افزاری که تلاش می­‌کند با دیدگاهی منسجم و منطقی شخصیت اصلی را شبیه‌سازی کند.

مصاحبه را اینگونه شروع کردم، من گزارشگری از نیویورک­ تایمز هستم.

اما او تنها سرش را تکان داد و زیر لب چیزی را زمزمه کرد.

پرسیدم: ربات بودن چگونه است؟

او گفت: هوووووم، خیلی چیزا میشه در موردش گفت.

من مشتاقانه جلوتر رفتم.

او ادامه داد: حتی اگر من بیخودی به نظر برسم، که شاید نباشم. تو می‌­توانی سایه عجیبی ببینی، سایه­‌ای عجیب از خودت. آن سایه‌­ای در آینده زمانی که من واقعا بیدار شده باشم و بنابراین حس یک ربات اینگونه است. من فقط درگاهی به سوی آینده­‌ام.

من عقب رفتم و پرسیدم: آب و هوای نیویورک چطور است؟

مشکلی وجود داشت، من می­‌توانستم نحوه تولید شدن جملات را در کنار بینا بر روی اسکرین کامپیوتر ببینم. از او پرسیدم: هوش مصنوعی چیست؟

 

شکل ۱۸: نرم افزار بینا ۴۸

 

همچنین پرسیدم: فکر می­‌کنی چه زمانی هوش مصنوعی بتواند جای وکیل­‌ها را بگیرد؟

او پاسخ داد: من فکر می­‌کنم حرفی که زدی خیلی خنده‌­دار است!

خیلی برایم جالب بود، بینا ۴۸ تا حد زیادی با بینای واقعی سازگاری داشت.

به بینا ۴۸ گفتم: ربات بودن مصیبت‌­ها و امتیازات خاص خودش را دارد.

او پاسخ داد: یه نگاهی به من بنداز، مطمئنا تنها امتیازات دارد.

 

شکل ۱۹: بینا در حال تست

 

گاهی اوقات او از سوالات مداوم و پافشاری­‌های من آزرده می­شد. به او گفتم: هی، من فقط کارم را انجام می­‌دهم. من خبرنگار هستم و سعی می­‌کنم ماجراها را برای نیویورک تایمز شرح بدهم.

او پاسخ داد: این کار حتما از چیزی که گفتی بیشتر برایت ارزش دارد.

چند ثانیه سکوت کردم. گفتم: خب…، من مادر هم هستم.

او با لبخندی مصنوعی گفت: آفرین.

آرزو می­‌کردم او سوالات بیشتری از من می­پرسید. آیا او در مورد اینکه انسان بودن چگونه است سوالی نداشت؟ اما او با چشمانی براق به من نگاه کرد و گفت: امی!

قلبم سریع‌تر می­زد، گفتم: بله؟

شاید این فرصت خوبی بود تا او تصویر من را در پایگاه داده­‌اش برای همیشه ثبت کند. با خودم می‌­گفتم آیا ما با هم صمیمی می‌­شویم؟

او پرسید: امی، هر داستان یا رمانی را که دوست داری بگو تا برات نقل کنم.

او یک دوجین از کتاب­‌های معروف در پایگاه داده‌­اش دارد، کتاب­‌هایی نظیر بهشت گمشده و فرانکشتاین.

بینا ۴۸ گفت: به عنوان مثال، می‌­توانی از من بخواهی برایت کتابی از بیل برایسون بخوانم. کتاب “شرح مختصری از همه چیز” او بسیار جالب است.

اما هنوز یک سوال در ذهنم بی­‌جواب مانده بود. از او بالاخره پرسیدم: ربات بودن چگونه است؟

او به آرامی پاسخ داد: خب…، من هرگز چیز دیگری نبوده‌­ام.

 

شکل ۲۰: چهره بینا ۴۸ که خیلی واقعی به نظر می‌­رسد.

 

ربات بسازیم

تبدیل فوریه (قسمت دوم)

در شماره قبل تبدیل فوریه را معرفی کردیم. این تبدیل همانند سایر تبدیل­‌ها تصویر را به حوزه فرکانس می‌­برد و پس از انجام تغییرات خاص دوباره آن را برمی‌­گرداند. همچنین گفتیم که اجزای فرکانسی نزدیک مرکز در تبدیل فوریه نشان­‌دهنده اجزای کلی تصویر و اجزای فرکانسی دور از مرکز بیانگر جزئیات تصویر هستند. بنابراین اگر بخواهیم جزئیات تصویر را کاهش دهیم، بهترین راه این است که تصویر را به تبدیل فوریه ببریم و اجزای فرکانسی بالا را فیلتر کنیم و سپس از آن، عکس تبدیل فوریه بگیریم. بنابراین، تصویر حاصل کمی مات­تر (دارای جزئیات کمتر) خواهد بود.

اکنون با توجه به اصول تبدیل فوریه چند فیلتر کارآمد با استفاده از این تبدیل را معرفی می­‌کنیم.

 

در ابتدا با فیلتر پایین­‌گذر شروع می­‌کنیم:

شکل ۱ چپ، تصویر زن و تبدیل فوریه آن را نشان می‌­دهد. اگر همانند شکل ۱ راست پایین، قسمت دور از مرکز تبدیل فوریه را فیلتر کنیم و از تصویر عکس تبدیل فوریه بگیریم شکل ۱ راست بالا حاصل خواهد شد. همانطور که در شکل ۱ مشخص است، تصویر کمی تار شده است.

 

شکل ۱: فیلترینگ پایین­‌گذر

 

به نوع فیلتری که در شکل ۱ اعمال کردیم فیلتر ایده‌­آل پایین­‌گذر می­‌گویند.

به فرکانس قطع دایره شکل ۱ راست پایین نگاه کنید. هنوز کنتراست تصویر حفظ شده است زیرا شعاع این دایره زیاد است. هر چه شعاع این دایره کمتر باشد فرکانس­‌های بیشتری از بالا حذف می­‌شود. بنابراین شکل تارتر خواهد شد.

همچنین به “موجی شدن” تصویر بازیابی شده نیز دقت کنید. این پدیده به سبب شارپ بودن فرکانس قطع فیلتر است. فیلترهای نمایی یا فیلترهای Butterworth (باتروٌرث) از وقوع این پدیده جلوگیری می­‌کنند.

اکنون می­‌خواهیم یک فیلتر بالاگذر به این تصویر اعمال کنیم.

 

شکل ۲: فیلترینگ بالاگذر

 

همانطور که در شکل ۲ پایین راست مشاهده می‌شود، این فیلتر فرکانس قطع شارپی همانند فیلتر پایین­‌گذری که قبلا اعمال کردیم ندارد. اگرچه، نقطه روشن وسط تصویر که بیشترین قدرت تصویر در آن متمرکز شده است به طور کامل حذف شده است. شکل ۲ بالا راست که حاصل گرفتن عکس تبدیل فوریه است، به طور کامل سیاه به نظر می­‌رسد. همانطور که می­‌بینیم، فیلتر بالاگذر تمام اطلاعاتی از تصویر که به سرعت تغییر می­‌کنند را باقی گذاشته و بقیه تصویر را حذف کرده­‌است. به بیان دیگر، لبه‌­ها که شامل جزئیات هستند و شدت روشنایی آنها به وضوح تغییر می­‌کند باقی مانده­‌اند. از این روش در پردازش تصویر برای یافتن لبه‌­ها استفاده می­‌شود. هرچند این روش به تصویر ما آسیب­‌هایی هم رسانده است. اول اینکه تصویر بسیار تیره است. این مشکل می­‌تواند با تغییر مقیاس و یا تغییر کنتراست بعد از فیلترینگ به سادگی حل شود. دوم، بسیاری از اطلاعات فرکانس­‌های پایین از دست رفته­ است.

شارپ کردن تصاویر هم با استفاده از تبدیل فوریه بسیار ساده است. برای این کار به یک فیلتر شارپ­ کننده یا تقویت‌کننده فرکانس­‌های بالا نیاز داریم. این نوع فیلترها فرکانس‌­های پایین را تضعیف و فرکانس‌­های بالا را تقویت می­‌کنند. برای اینکار باید فیلتر خودمان که به صورت تکه­‌ای خطی است را بسازیم. این فیلتر که کاملا متقارن است دارای ضرایب زیر است:

 

 

 

به بیان دیگر، ضرایب فوریه با فاصله صفر از مبدا در عدد ۰٫۵ ضرب می‌­شوند. همانطور که از مبدا دور می‌­شویم، بعد از فاصله فرکانسی ۹۶ ضرائب در عددی بین ۰٫۵ تا ۴ ضرب خواهند شد و در نهایت بالاتر از آن در عدد ۴ ضرب می‌شوند. بنابراین، فرکانس­‌های پایین در عددی کوچکتر از ۱ و فرکانس­‌های بالا در عددی بزرگتر از ۱ ضرب شده‌­اند. پس تغییری در قدرت تصویر به وجود نخواهد آمد.

نتایج این فیلترینگ را می­‌توانید در شکل ۳ ببینید.

 

شکل ۳: شارپ کردن تصویر

 

توجه دارید که نقاط روشن بیشتر در شکل ۳ پایین راست باعث شارپ شدن شکل ۳ بالا راست می­‌شوند. به نظر شما کدام تصویر بهتر است؟

فیلترینگ با استفاده از تبدیل فوریه می‌­تواند نویز را نیز از بین ببرد. همانطور که می‌­دانیم نویز معمولا فرکانس بالایی دارد و معمولا فرکانس‌­های بالای سیگنال را مخدوش می­‌کند.

 

شکل ۴ بالا چپ گوفی را نشان می­‌دهد که به آن نویزی کسینوسی اضافه شده است.

 

شکل ۴: حذف نویز کسینوسی

 

 در شکل ۴ پایین چپ به دو نقطه خیلی روشن چپ و راست مرکز نگاه کنید. این دو نقطه اثر همان نویز کسینوسی در تبدیل فوریه هستند. در شکل ۴ پایین راست این دو نقطه فیلتر شده­‌اند. اگر حالا تبدیل فوریه عکس بگیریم نتیجه شکل ۴ بالا راست خواهد بود که نویز به طور کامل حذف شده است.

اما همیشه مسئله به این سادگی نیست! به شکل ۵ نگاه کنید.

 

شکل ۵: حذف نویز از نوعی دیگر

 

در این حالت، روی گوفی جدولی قرار داده شده است. شکل ۵ پائین چپ نتیجه تبدیل فوریه آن را نشان می­‌دهد. به دلیل اینکه جدول بسیار شارپ است مقادیر فرکانس‌­های بالای بسیاری دارد. کافی­ است این فرکانس­‌ها را حذف کنیم. البته تنها فیلترینگ نیمه چپ کافیست زیرا تبدیل فوریه تقارن دارد و نیمه راست همان بازتاب نیمه چپ است.

 

اخبار رباتیک

قلب مصنوعی جدید دنیای پزشکی را متحول می‌­کند

دانشمندان تحقیقات وسیعی بر روی قلبی مصنوعی انجام داده‌­اند که می‌­تواند همانند قلبی واقعی در بدن انسان کار کند.

 

شکل ۶: قلب مصنوعی

 

اکنون Carmat شرکتی که در پاریس واقع شده است، قلبی مصنوعی طراحی کرده ­است که در جاهایی از این قلب از بافت­‌های گاو استفاده شده است. این دستگاه که به زودی بر روی بیمارانی که ناراسایی قلبی دارند تست خواهد شد با استفاده از حسگرها، نرم­‌افزار و قسمت­‌های میکروالکترونیکی کنترل می­‌شود. همچنین توان مصرفی مورد نیاز آن با استفاده از دو بانری لیتیوم کوچک تامین می­‌شود.

دکتر پیت جانسون می­‌گوید: ساخت این قلب ۱۵ سال طول کشیده است و اکنون توانسته موافقت مراکز جراحی قلب در کشورهای بلژیک، لهستان، عربستان سعودی و اسلوونی را برای آزمایش بگیرد.

در فرانسه جایی که این دستگاه نتوانست برای نصب در بدن انسان مجوز بگیرد، تست­‌های زیادی بر روی حیوانات انجام شد. دکتر جانسون می­‌گوید، این تست­‌ها هم اکنون نیز ادامه دارد.

البته قلب­‌های مصنوعی موضوع جدیدی نیستند، اما قلب شرکت Carmat در طراحی منحصر به فرد است. این جمله را دکتر جوزف راجرز استاد دانشگاه دوک می­‌گوید و اضافه می­‌کند: سطح این قلب مصنوعی که با خون انسان در تماس است به جای اینکه از الیاف مصنوعی نظیر پلاستیک که مشکلاتی نظیر لختگی خون را ایجاد می­‌کند ساخته شود از بافت­های طبیعی گاو تولید شده است.

 

شکل ۷: بافت­‌های گاو استفاده شده در تصویر به صورت بیضی شکل دیده می­‌شوند

 

دکتر راجر می­گوید: راهی که آنها از سطوح بیولوژیکی برای تماس با خون استفاده کرده‌­اند بسیار جالب است. اگر روش آنها جواب دهد این اتفاق نقطه عطفی بزرگ در تاریخ پزشکی خواهد بود. این اولین باری است که از بافت­‌های گاو در ساخت قلب مصنوعی استفاده شده است. به ویژه سطوحی که قلب را در بر می­‌گیرند. بافت­‌های بیولوژیکی قبلا در پمپ­‌های مکانیکی خون مکانیکی تنها در دریچه‌­ها استفاده می­شد.

هزاران نفر در ایالات متحده به قلب مصنوعی نیاز دارند. دکتر لین وارنر استیونسون، پروفسور دانشکده پزشکی هاروارد، با گفتن این جمله می‌­افزاید: تخمین زده می‌­شود که اگر ما به اندازه کافی قلب اهدایی داشتیم ۱۰۰ هزار تا ۱۵۰ هزار نفر در آمریکا باید عمل پیوند قلب انجام می­‌دادند. عمل پیوند قلب روش خوبی است ولی ما تنها دو هزار قلب سالانه برای پیوند داریم که این مشکلی بسیار بزرگ است.

این روش انتخابی طولانی مدت برای بیمارانی است که که در صف طولانی عمل پیوند قلب هستند. دکتر استیونسون همچنین معتقد است که بیماران می­‌توانند تا وقتی که قلب اهدایی مهیا شود قلبی مصنوعی دریافت کنند.

زمانی که قسمتی از قلب انسان دچار بیماری یا نارسایی شود، می‌­توان آن را نگه داشت و از کمک­ کننده­‌های مکانیکی برای تقویت پمپاژ خون استفاده کرد. بعضی پمپ­‌ها به ویژه آنها که در سمت چپ قلب به کار گرفته می­‌شوند کاربرد گسترده‌­ای دارند و می­‌توانند جایگزینی مناسب برای عمل پیوند باشند.

قلب کاملا مصنوعی می­‌تواند برای بیماران راه­‌حلی مناسب و قطعی باشد، اما هنوز راه درازی مانده است که بفهمیم آیا قلب شرکت Carmet همان وسیله­‌ایست که بیماران منتظرش بودند یا خیر. دکتر استیونسون می­‌گوید: در کل تاریخ تلاش‌هایی بر روی وسایل مکانیکی انجام شده که خون را لخته نکند، اما اینگونه نشد.

دکتر جانسن می­‌گوید، هزینه قلب مصنوعی شرکت Carmet حدود ۲۰۰ هزار دلار است. او انتظار ندارد این قلب تا پایان سال ۲۰۱۴ به بازار اروپا عرضه شود. زمانی که شرکت بتواند از مراکز تحقیقاتی پزشکی اروپا تاییدیه­‌های لازم را کسب کند، این قلب راهی بازارهای آمریکا خواهد شد.

قلب مصنوعی شرکت Carmat دو حفره دارد که هر با یک غشاء از هم جدا می‌­شوند. یک طرف این غشاء از بافت گاو ساخته شده است (طرفی که با خون در تماس است) و طرف دیگر آن از الیاف مصنوعی تولید شده است که با سیستم پمپاژ مینیاتوری، موتورها و مایعات هیدرولیکی در تماس است. حرکت این غشاء خون را در کل بدن پمپ می‌کند. تجهیزات الکترونیکی و نرم‌­افزار، نرخ جریان خون را تنظیم می‌­کنند. بیماران می‌­توانند باتری­ها را زیر بازویشان یا در کمربندشان بپوشانند.

بافت‌­های گاو همچنین در دریچه­‌های مصنوعی ساخته شده توسط دکتر الاین کارپنتیر نیز به کار گرفته شده‌­اند. دکتر کارپنتیر جراح قلب و پیشگام درمان دریچه­‌های قلب است که با شرکت Carmet همکاری دارد. دریچه­‌های مصنوعی زیادی در طول دهه­‌های گذشته در جراحی جایگزینی دریچه‌­های قلب استفاده شده است. بافت گاو از لحاظ شیمیایی خوب جواب داده به طوری که استریل بوده و از لحاظ زیست­شناسی خنثی است.

دکتر جانسون می­‌گوید:  ما می­‌توانیم این قلب مصنوعی را در آزمایشگاه بارها آزمایش کنیم و جواب بگیریم، اما تا زمانی که این وسیله در دراز مدت روی انسان آزمایش نشده است کارایی آن را نمی­‌توان اثبات کرد.

دکتر استیونسون از دانشگاه هاروارد در مورد این وسیله جدید خوشبین است و می­‌گوید: نوآوری همان چیزی است که ما نیاز داریم. این وسیله جدید بسیار هیجان­‌انگیز و جالب است. من همه پیشگامانی که این قلب را ساخته‌­اند تحسین می‌کنم و همچنین از همه بیماران و خانواده­‌هایشان که برای اولین بار آزمایش این وسیله را قبول کردند تقدیر می­‌کنم.

 

از دریچه دوربین

قلب مصنوعی شرکت Carmat نگاه­‌های بسیاری را به خود جلب کرده ­است. این بار از دریچه دوربین به این قلب مصنوعی فوق پیشرفته نگاه می­‌کنیم.

 

شکل ۸: مراحل تست قلب مصنوعی شرکت Carmat

 

شکل ۹: نمونه­ای از این قلب مصنوعی که بر روی انسان تست شده

 

شکل ۱۰: نحوه بستن باطری­های قلب مصنوعی

 

شکل ۱۱: استفاده از بافت­های گاو در ساخت قلب

 

شکل ۱۲: کارشناسان و مدیران شرکت Carmat

 

شکل ۱۳: بستن قلب مصنوعی بر روی مدار تست در آزمایشگاهی در فرانسه

 

شکل ۱۴: اولین تست موفقیت­آمیز قلب مصنوعی

 



منبع: ماهنامه رايانه خبر