کالبدشکافی ربات دایناسور پلئو؛ کشف آناتومی یک اسباب‌بازی زنده

راستش وقتی پلئو به دستمون رسید، برای چند لحظه دلمون نیومد بازش کنیم. خیلی زود با این دایناسور کوچولو ارتباط گرفتیم. قطعا این یکی از سخت‌ترین کالبدشکافی‌هایی بود که تا حالا انجام دادیم؛ نه فقط به خاطر سختی کار، بلکه باز کردن یه پلئو خیلی متفاوت‌تر از باز کردن یه دستگاه بی‌جانه!

هشدار: اگه دیدن کالبدشکافی و تیکه‌تیکه شدن یه موجود رباتیک باعث می‌شه احساس ناراحتی کنی، شاید بهتر باشه خوندن این مقاله رو همینجا متوقف کنی!

مثل هر موجود زنده‌ای، بهترین جا برای شروع جراحی شکمشه! زیر هر کدوم از پاهای پلئو دو تا پیچ قرار گرفته که اول باید اونا رو باز کنی.

محفظه باتری دقیقا وسط شکم قرار داره و کنارش پورت USB و درگاه کارت حافظه SD دیده می‌شه. یه پورت دیباگ (Debug) هم برای تست‌های کارخونه‌ای زیر یه درپوش کنار دکمه پاور مخفی شده.

تو جعبه دستگاه یه کابل USB هم هست، هرچند دقیقا مشخص نیست شرکت سازنده چه برنامه نرم‌افزاری خاصی براش داشته، چون برای اضافه کردن رفتارهای جدید به ربات معمولا از همون کارت حافظه SD استفاده می‌شه.

بعد از باز کردن کف پاها، باید چسبی که پوست رو به پاها متصل کرده با احتیاط ببریم تا بتونیم روکش رو بالا بکشیم. پلئو واقعا موجود پیچیده‌ایه. بیا قبل از اینکه عمیق‌تر بشیم، نگاهی به مغز و عضلات این دایناسور بندازیم:

← دو تا پردازنده 32 بیتی ARM7 به عنوان هسته اصلی تفکر ربات.

← چهار تا پردازنده 8 بیتی (احتمالا از خانواده ARM) برای کنترل دقیق موتورها.

← چهارده تا موتور مینیاتوری که وظیفه حرکت دادن مفاصل مختلف رو بر عهده دارن.

حالا نوبت جدا کردن پوست سر پلئو می‌رسه. شرکت سازنده دور تمام منافذ و سوراخ‌های سر رو چسب زده تا پوست کاملا محکم بمونه، برای همین این قسمت یکی از سخت‌ترین بخش‌های کاره. این ربات احتمالا یکی از تعاملی‌ترین اسباب‌بازی‌های ساخته شده تا امروزه. سنسورهایی که داره شامل این موارد می‌شه:

← یه دوربین رنگی برای دیدن محیط اطراف.

← دو تا میکروفون برای شنیدن و تشخیص جهت صدا.

← یه فرستنده مادون قرمز (IR).

← یه شتاب‌سنج برای تشخیص وضعیت قرارگیری بدن.

هشت تا سنسور لمسی خازنی تا نوازش‌ها رو به خوبی حس کنه.

اینجا داریم چسب‌های دور چشم ربات رو با دقت جدا می‌کنیم تا آسیبی به پلک‌های مکانیکیش نرسه.

دوربینی که تو بینی پلئو کار گذاشته شده، بهش کمک می‌کنه تا محیط اطرافش رو درک کنه. شاید سازنده‌ها اول قصد داشتن قابلیت تشخیص چهره رو براش فعال کنن، اما فعلا فقط برای تشخیص نور و موانع استفاده می‌شه.

این دایناسور شنوایی استریو داره؛ یعنی روی هر سمت سرش یه میکروفون نصب شده. پردازنده داخلی با مقایسه صدایی که به هر گوش می‌رسه، می‌تونه جهت و فاصله منبع صدا رو دقیقا تشخیص بده و به همون سمت برگرده.

توی دهانش یه سنسور نوری مادون قرمز قرار داره که می‌فهمه کی چیزی رو تو دهانش گذاشتی. یه فرستنده مادون قرمز دیگه هم داره که برای ارتباط با پلئوهای دیگه طراحی شده.

پوست رو از روی پاها و تنه دایناسور جدا می‌کنیم. جنس این روکش اون‌قدر کشسان و منعطفه که می‌شه کل پوست بدن رو به صورت یه تیکه کامل از روی اسکلت بیرون کشید.

برای بیرون آوردن پاهای پشتی، باید پوست رو حسابی بکشیم و بهش فشار بیاریم. پوست پلئو تو بیشتر قسمت‌های بدن حالت شل و طبیعی داره تا راحت حرکت کنه، اما دور پورت‌ها و محفظه باتری تو قسمت شکم، از فریم‌های پلاستیکی سفت استفاده شده تا ساختار خودش رو حفظ کنه.

نوک دم ربات با یه قطره چسب محکم شده. این دم مفصلی طوری طراحی شده که می‌تونه دامنه حرکتی فوق‌العاده نرم و متنوعی داشته باشه که واقعا غافلگیرکننده‌ست.

اینم از آموزش پوست‌کندن یه دایناسور رباتیک! هشت تا سنسور خازنی که به پلئو حس لامسه می‌دن، تو نقاط مختلف بدنش پخش شدن: دو تا روی کمر، یکی زیر چونه، یکی روی سر و روی هر کدوم از پاها هم یه سنسور قرار گرفته تا وقتی بهش دست می‌زنی دقیقا متوجه بشه.

تنه اصلی ربات از دو بخش مجزا تشکیل شده که با یه چرخ‌دنده بزرگ و یه صفحه پشتی چرخان (همون قطعه مشکی‌رنگ روی بخش جلویی) به هم متصل شدن تا کمر دایناسور بتونه انعطاف‌پذیر باشه.

پردازش رفتارهای پیچیده پلئو بر عهده دو تا پردازنده 32 بیتی ARM7 هست. یکی از این تراشه‌ها وظیفه پردازش اطلاعات سنسورهای سر رو داره و اون یکی وظیفه کنترل ورودی/خروجی، پردازش تصویر و در واقع مدیریت شخصیت و رفتار ربات رو بر عهده داره. تو این زاویه می‌تونی درگاه کارت حافظه SD رو به وضوح ببینی که روی برد قرار گرفته.

روی این برد از یکی از چهار میکروکنترلر 8 بیتی Toshiba مدل TMP86FH47AUG استفاده شده که وظایف کنترلی رو انجام می‌ده.

وای بر ما! ببین چه بلایی سر این ربات بیچاره آوردیم؛ رسما تبدیل به یه اسکلت مکانیکی شد!

بخش پشتی تنه، مکانیزم هوشمندانه دم و سیستم محرک پاهای عقب رو تو خودش جا داده. پلئو برای راه رفتن از دو موتور تو هر پا استفاده می‌کنه؛ یه موتور تو تنه قرار داره و موتور دوم زیر اون فویل نقره‌ای‌رنگ توی خود پا مخفی شده. این دایناسور فقط برای یه راه رفتن ساده به 8 تا موتور و 36 تا چرخ‌دنده نیاز داره!

بخش زیادی از شخصیت جذاب پلئو به خاطر همین دمشه. وقتی از دمش (که خیلی هم مقاوم ساخته شده) می‌گیریش و بلندش می‌کنی، تغییر جهت رو حس می‌کنه و بلافاصله شروع به دست و پا زدن و جیغ کشیدن می‌کنه. وقتی هم می‌ذاریش زمین، از ترس می‌لرزه!

ساختار مکانیکی این دم شاهکار مهندسیه: 19 تا مهره، 4 تا کابل کششی، 2 تا موتور، 8 تا چرخ‌دنده و 2 تا سنسور تشخیص نیرو دست به دست هم دادن تا این حرکات طبیعی رو خلق کنن.

پلک‌های ربات باز و بسته می‌شن و چشم‌هاش به بالا و پایین حرکت می‌کنن. وقتی دهانش باز می‌شه و حس می‌کنه چیزی مثل برگ پلاستیکیش رو بهش دادی، فک‌هاش رو قفل می‌کنه و مثل یه توله‌سگ شروع می‌کنه به کشیدن بازی! یه اسپیکر تو دهانشه و میکروفون‌ها هم دو طرف سرش تعبیه شدن.

فرستنده مادون قرمز هم اینجا مشخصه، هرچند ما فقط یه پلئو داریم و نمی‌تونیم تست کنیم که چطور با دایناسورهای دیگه حرف می‌زنه.

مغز متفکری که تو سر پلئو قرار داره، یه میکروکنترلر 32 بیتی NXP (مدل LPC2103F) هست که تمام این واکنش‌های سریع رو آنالیز می‌کنه.

این هم از روح پلئو؛ پوستی که حالا کاملا خالی و بی‌جون شده!

دم ربات چهار تا سیم فلزی داره که هر جفتشون به یه چرخ‌دنده وصلن. یه موتور وظیفه حرکت دادن دم به چپ و راست رو داره و موتور دوم دم رو به بالا و پایین می‌بره. ترکیب این دو تا حرکت با نسبت‌های مختلف، باعث می‌شه دم ربات بتونه دامنه حرکتی بی‌نظیر و انعطاف‌پذیری رو به نمایش بذاره.

رسیدیم به سیستم عصبی مرکزی پلئو! تو سه طرف محفظه باتری، بردهای الکترونیکی اصلی قرار گرفتن. سه تا از این بردها که اینجا تو تصویر می‌بینی، مستقیما به هم لحیم شدن و همین موضوع، بیرون آوردنشون رو تبدیل به یه چالش بزرگ می‌کنه.

اگه از بالا به مکانیزم گردن نگاه کنیم، می‌بینیم که سیستم حرکت دادن گردن هم دقیقا شبیه به مکانیزم دمه، با این تفاوت که اینجا فقط 6 تا مهره استفاده شده تا سر رو نگه داره.

چندین برد اصلی تو این ربات هست که کارشون دریافت دیتای سنسورها و ارسال فرمان به موتورها و اسپیکره. تو این عکس عملا 5 تا برد وجود داره که سه تاشون تو بخش جلویی تنه به هم لحیم شدن.

چندین درایور کنترل موتور مدل FAN8100N ساخت شرکت Fairchild تو نقاط مختلف اسکلت ربات پخش شدن تا این 14 تا موتور رو مدیریت کنن.

اینجا و همچنین روی برد I/O تو قسمت شکم، باز هم میکروکنترلرهای 8 بیتی توشیبا (مدل TMP86FH47AUG) با مارک‌های خاص به چشم می‌خورن.

← پردازنده اصلی این دستگاه به احتمال زیاد تراشه 32 بیتی ARM مدل AT91SAM7S256 ساخت Atmel هست که 256 کیلوبایت حافظه فلش داخلی داره.

بقیه قطعات مهم روی این برد شامل این موارد می‌شن:

← رگولاتور ولتاژ مثبت 500 میلی‌آمپری از شرکت National Semiconductor (مدل LM2937).

← تراشه حافظه فلش سریال که احتمالا ساخت شرکت Microchip هست.

← رگولاتور ولتاژ قابل تنظیم از برند Texas Instruments.

دیکدر/مالتی‌پلکسر 3 به 8 خطی باز هم از محصولات Texas Instruments.

برد ورودی/خروجی (I/O) که تو شکم ربات قرار داشت، این قطعات رو تو خودش جا داده:

← یه میکروکنترلر 8 بیتی دیگه از توشیبا (مدل TMP86FH47AUG).

← دو تا درایور موتور 2 کاناله ولتاژ پایین از شرکت ON Semiconductor.

← آپ‌امپ (تقویت‌کننده عملیاتی) چهارگانه از Texas Instruments.

واقعا تعداد قطعات و آیسی‌های این دستگاه شگفت‌انگیزه و نشون می‌ده چه مهندسی سنگینی براش انجام شده. اگه اطلاعات تخصصی‌تری درباره این چیپ‌ها داری، خوشحال می‌شیم نظرت رو برامون بنویسی.

خب، این هم از کالبدشکافی دایناسور احساساتی ما! پلئو مثل هر موجود زنده‌ای سیستم فوق‌العاده پیچیده‌ای داره. ما سعی کردیم به گیربکس‌ها دست نزنیم، اما بازم ده‌ها قطعه الکترونیکی و مکانیکی روی میزمون موند.

باز کردن این حجم از اتصالات و موتورها به ما نشون داد که مهندس‌های طراح این ربات چه شاهکاری خلق کردن تا یه اسباب‌بازی بتونه تا این حد حرکات طبیعی و تعاملی داشته باشه. ترکیب این همه سنسور با موتورهای مفصلی واقعا بی‌نظیره و پتانسیل‌های نرم‌افزاری بالایی داره.

تیم "آیسی‌مدار" از دیدن این معماری رباتیک حسابی لذت برد، هرچند که احتمالا سرهم کردن دوباره و زنده کردن این دایناسور غیرممکنه! اگه تو هم از دیدن مکانیزم‌های داخلی و درک مهندسی این دستگاه‌ها خوشت میاد، حتما بقیه آموزش‌های کالبدشکافی ما رو تو سایت ببین. موفق باشی!