كيف تصنع روبوت في المنزل

الروبوت بالعربيّة تعني الرجل الآلي، أو الإنسالة، أو بتعبير أبسط فإنّه آلة قادرة على التفكير واتخاذ القرار، أو الآلة الذكية. فليست كل الآلات روبوتات، لكن جميع الروبوتات آلات؛ إذ أنّ الآلات العادية مثل الغسالة والثلاجة وجهاز التلفاز، لا تعدّ بصورتها الطبيعية روبوتات، ولكن مثلًا طيارة التتبّع التي تستطيع اتخاذ قرار بطريق سيرها، ومتى تختبئ ومتى تظهر، وما هو التحرّك المشبوه، هي آلة ذكية بلا شك، ونطلق عليها اسم روبوت.

وقد ظلّ علم الروبوتات Robotics مقتصرًا على العلماء والمتخصصين والجامعات الكبرى حتى وقتٍ قريب. لكنه صار اليوم متاحًا للجميع من هواةٍ ودارسين مبتدئين وغيرهم، خصوصًا بعد انتشار شبكة الإنترنت؛ حين صارت المعلومة متاحة للجميع على مواقع هذه الشبكة المختلفة، وصارت المواد الضرورية لصناعة الروبوت سواء المواد الملموسة Hardware، أو المواد البرمجية Software، متوفّرةً بمقابلٍ بسيط أو حتى مجانًا في بعض الأحيان. في هذا الموضوع سنتناول عملية صنع روبوت بسيط في المنزل؛ فما الذي يجب أن تعرفه لتصنع روبوتاً في منزلك؟ وما هي خطوات عمله؟

هناك عدّة علوم يجب أن يكون لديك فكرة جيدة عنها قبل صنع الروبوت، ولست مضطرًّا لدراستها كاملة ومعرفة جميع تفاصيلها، ولكن لا بدّ من درجة معيّنة من الإحاطة بكل علم من هذه العلوم.

• الدارات الكهربائيّة: يعمل الروبوت عن طريق الإشارات الكهربائية، هذه هي لغة التخاطب معه، فهو يفهم الأمر كفولتيّة معيّنة أو تيّار معيّن. وأحد أهمّ الأجزاء في صنع الروبوت هو كيف نوصله كهربائيًا مع المصدر، ومع المتحكّم، وكيف نصل أجزاءَهُ المختلفة مع بعضها كهربائيًا. أهمّ ما عليك معرفته في هذا العلم: دارات الإلكترونيات البسيطة، ودارات التحكّم (كالتي تستخدم ترانزستور مثلًا)، ومكوّنات الدارة وخصائص كل منها، وكيفية حساب الفولتية والتيار والقوة الكهربائية في أيّ دارة.
• الميكانيكا: ما يميّز الروبوت والآلات بشكل عام عن الدارات الكهربائية المجرّدة هو أنّها تحتوي بالضرورة على أجزاء ميكانيكية متحرّكة، لذلك وجب على من يريد فهم وصناعة الروبوت أن يأخذ فكرة عامّة عن الميكانيكا، وفكرة خاصة عن كلّ من: آلية عمل المسننات (التروس)، و center of mass، والحسابات الأساسية المختلفة؛ كقوانين نيوتن وحساب العزم وغيرها. ويلزم أيضًا دراسة أي ميكانيزم تفيد بالروبوت المراد صنعه على وجه الخصوص؛ فمثلًا يلزمك معرفة بعض العناوين المتخصصة لصنع الذراع الروبوت Arm-robot.
• التحكم: كما ذكرنا سابقًا؛ فإن ما يميّز الروبوت هو قدرته على اتخاذ القرارات، وليفعل ذلك لا بدّ له من متحكّم تتم برمجته ليقوم بهذه المهمة، لصناعة الروبوت في المنزل فأنت غالبًا بحاجة إلى متحكّم دقيق micro-controller بسيط، وأشهرها هذه الأيام: Arduino بإصداراته المختلفة، و Pic ، Raspberry-pi.
• البرمجة: لا تخَف! فوجود الكثير من الهواة والمبتدئين في هذا المجال شجّع على إصدار برامج للبرمجة تكون بسيطة جدًا، وما عليك سوا تعلّم سطور قليلة من الكود، أو حتى "تركيب" الأوامر باستخدام واجهة مستخدم لطيفة، عن طريق السحب والإفلات drag and drop. لكل متحكّم برامج مختلفة عن المتحكّمات الأخرى، لذلك بعد اختيار المتحكم الذي ترغب باستخدامه، ابحث عن البرامج المستخدمة له.

الآن وبعد أن أحطت بالعلوم اللازمة، إليك الخطوات الرئيسة لصناعة الروبوت:

• دراسة الدارات واختيار المناسب منها: وذلك بناءً على الهدف المنشود من الروبوت الخاص بك، وتشمل هذه الخطوة اختيار المتحكّم الدقيق المناسب، وبإمكانك البحث عن ذلك في الكتب، لكنني أنصح في هذا الموضوع بالذات بالبحث في الإنترنت، فهو مليء بالدارات المختلفة وبالخيارات المتنوعة، وهناك الكثير من المتمرّسين حول العالم المستعدين للإجابة عن تساؤلاتك.
• المحاكاة Simulation: ويُقصَدُ بها استخدام برامج على الكمبيوتر أو الجوّال لبناء الدارات الكهربائية، ومن ثم تشغيل البرنامج ليعطيك النتائج المتوقّعة في حال ركّبت هذه الدارة باستخدام قطع حقيقية. وفائدة هذه الخطوة أنّها تتيح لك تجريب الدارات قبل شراء القطع؛ مما يوفّر عليك إتلاف عدد كبير من القطع قبل تحديد الدارة المعتمدة، ويمكّنك من تحديد التركيب الصحيح والنهائي للدارة، وبالتالي تحديد القطع التي تريدها بدقّة دون أن تضطر لتركيب عدة دارات قبلها. ومن برامج المحاكاة المعروفة والسهلة: NI Multi-sim.
• شراء القطع: بعد أن حددت القطع التي تريدها، إنّه وقت شرائها! هناك الكثير من المنتجات التي تقوم بنفس الوظيفة، ابحث عن الأفضل حتى لا تضطر لشراء أكثر من قطعة، وقارن الأسعار بين المزوّدين المختلفين للقطع الإلكترونية في بلدك، فهذا يوفّر عليك خصوصًا عند شراء كمية كبيرة من القطع مرة واحدة.
• التركيب: ركّب الدارة وصِلها بالمتحكّم بالطريقة الصحيحة، واحرص على قراءة DataSheet الخاصة بكل قطعة تستخدمها؛ فهذا يساعد في معرفة التركيب الصحيح لها، وركّب أيضًا أي قطع ميكانيكية اخترتها لروبوتك.
• البرمجة: وقد تكون هذه هي آخر خطوة في حال قمت بالخطوات السابقة بشكل صحيح، ولا بدّ للبرنامج الذي تكتبه أن يكون متوافقًا مع الدارة التي ركّبتها.
• اكتشاف المشاكل: أن يعمل كل شيء بصورة صحيحة من المرة الأولى فهذا أقرب إلى الخيال! عندما لا يعمل الروبوت يُحتمَل أن يكون الخلل ضمن أحد الاحتمالات التالية:
  • أحد القطع تالف، سواء كان ذلك وقت الشراء أو أنّه تعرّض لما يتلفه أثناء التركيب (التيار والفولتية أكبر من الحدود المسموحة المحددة في DataSheet).
  • هناك خلل في التوصيل، إما توصيل خاطئ أو نسيان توصيل أحد الأسلاك، أو هناك سلكان اتصلا ببعضهما والمفروض أن يبقيا منفصلين، استخدم ملتيميتر لاختبار الدارات سلكًا سلكًا.
  • خلل برمجي، قد تكون داراتك خالية من أيّة أخطاء، لكن البرنامج يحتوي على خطأ منطقي، أو لم يتم تنزيله من الكمبيوتر إلى المتحكّم بالصورة الصحيحة.

هناك احتمالات أخرى تعرفها من التجربة والخبرة، لكن المهم هو أن لا تيأس من المحاولة حتى تنجح في صنع الروبوت الخاص بك، وتوقّع أن تخسر بعض القطع أو أن تحرقها عن طريق الخطأ، ولا بأس في ذلك! فهكذا نتعلّم. وهناك قاعدة تقول أنّه كلما زاد عدد القطع التي تحرقها بطرق مختلفة كلما زادت خبرتك في صناعة الروبوت.