مهندسی رباتیک چیست و چگونه یک مهندس رباتیک خبره شویم؟

 فردی که وظیفه ساخت ربات‌ها و سامانه‌های رباتیک را دارد به عنوان مهندس رباتیک شناخته می‌شود. مسئولیت اصلی مهندسان رباتیک، طراحی و ساخت ربات‌ها و سامانه‌های رباتیک است. در حالی که تاریخچه به‌کارگیری ربات‌ها در صنایع و مشاغل مختلف به سال‌ها قبل باز می‌گردد، اما در چند سال اخیر این رشته مورد توجه سازمان‌ها و صنایع تولیدی بزرگ قرار گرفته است. تحلیل‌گران حوزه فناوری بر این باورند که بازار کار و میزان نقدینگی این حوزه فناوری‌اطلاعات در چند سال آینده سر به فلک می‌کشد و ربات‌ها به اندازه‌ای کارآمد خواهند شد که به راحتی به خانه‌های مردم راه باز خواهند کرد. مهندسی رباتیک یکی از مهم‌ترین و تاثیرگذارترین مشاغل حوزه فناوری‌اطلاعات است که به سرعت در حال فراگیر شدن است. به بیان دقیق‌تر، اگر روی مهندسی رباتیک سرمایه‌گذاری کنید، آینده شغلی خود را تضمین کرده‌اید، زیرا در دو دهه آینده حضور ملموس ربات‌ها را به خوبی احساس می‌کنید. 

یک علم قدیمی و ریشه‌دار

علم رباتیک و ربات‌ها از اواسط قرن 20 میلادی و حتا زمانی که فناوری‌ به مانند قرن 21 پیشرفته نبود به شکل محدود توسط صنایع و کارخانه‌های تولیدی به کار گرفته می‌شد. کارشناسان حوزه فناوری پیش‌بینی کرده‌اند تا چند سال آینده ربات‌ها به شکل گسترده‌ای در کارخانه‌ها و واحدهای تولیدی، صنایع بهداشت و درمان، انرژی و معدن به کار گرفته خواهند شد. با این‌حال، ظهور ربات‌ها محدود به صنایع مذکور نیست و شرکت‌ها در تلاش هستند تا ربات‌هایی با کاربردهای عمومی طراحی کنند که امکان استفاده از آن‌ها در منازل فراهم باشد. نکته مهمی که در خصوص رشته مهندسی رباتیک و تخصص مهندسان رباتیک باید به آن توجه داشته باشید، مهارت‌های ترکیبی است که این گروه از مهندسان دارند. به‌طور معمول، مهندسان رباتیک در یک یا چند زمینه زیر مهارت دارند: 

طراحی و آماده‌سازی نمونه‌های اولیه با کامپیوتر: مهندسان رباتیک با استفاده از برنامه‌های پیشرفته مدل‌سازی سه بعدی نظیر AutoCAD ، Blender ، Inventor و SolidWorks نقشه‌های اولیه سیستم‌های رباتیک را طراحی و معایب طرح اولیه خود را برطرف می‌کنند. 

ساخت: مهندسان رباتیک در ساخت عملی ربات‌ها، ساخت ابزارها و تدوین فرآیندهایی که منجر به ساخت ربات‌ها می‌شود تخصص دارند. در کشورهای پیشرفته، مهندسان رباتیک می‌توانند از چاپگرهای سه بعدی نظیر Roboze و 3DP به شکل حرفه‌ای استفاده کنند. 

تحقیق و توسعه: سیستم‌های رباتیک اغلب به بازطراحی و اصلاح نیاز دارند، در نتیجه مهندسان رباتیک در خط مقدم تحقیق و توسعه قرار دارند. بنابراین جای تعجب نیست که مشاهده می‌کنیم فارغ‌التحصیلان این حوزه به عنوان محقق در دانشگاه‌ها مشغول به کار هستند. به‌طور کلی مهندسان رباتیک در ارتباط با مهارت‌های نرم نظیر تفکر انتقادی، تجزیه و تحلیل و تعامل با دیگران دانش کافی دارند. 

مهندسان رباتیک، صرف‌نظر از جایی که در آن کار می‌کنند، شرح وظایف مشخصی دارند. این افراد مسئولیت طراحی ربات‌هایی با عملکرد دقیق، ایمن، سریع و مقرون به صرفه را دارند، به‌طوری که جایگزینی ربات‌ها با نیروی کار انسانی در بلندمدت برای سازمان‌ها توجیه اقتصادی داشته باشد. همانند بیشتر مشاغل حوزه فناوری‌اطلاعات، مشاغل مهندسی رباتیک حداقل به مقطع کارشناسی نیاز دارند. در حال حاضر، دانشگاه‌های معتبری در کشور در مقاطع مختلف در رشته مهندسی رباتیک و مکاترونیک دانشجو می‌پذیرند.

 مهندسی رباتیک چیست؟

به الکترونیک، برنامه‌نویسی و مکانیک علاقه دارید ؟ دوست دارید مسائل پیچیده را حل کنید؟ اگر پاسخ‌تان به این پرسش‌ها مثبت است، شغل مهندسی رباتیک برای شما گزینه مناسبی است. شغل مهندسی رباتیک از جمله مشاغلی است که متخصصان در پشت صحنه کار می‌کنند و مسئولیت ساخت ربات‌ها و سیستم‌های رباتیکی را بر عهده دارند. سامانه‌هایی که قادر به انجام وظایفی هستند که انسان‌ها قادر به انجام آن‌ها نیستند یا برای انسان‌ها تکراری، خسته‌کننده یا خطرناک است. مهندسان رباتیک سعی می‌کنند با ارائه طرح‌های ابتکاری و خلاقانه فرآیند انجام کارها را ایمن‌تر، آسان‌تر و کارآمدتر کنند. 

دروس اصلی رشته مهندسی رباتیک چیست؟

همان‌گونه که اشاره شد، برخی افراد ترجیح می‌دهند به‌طور مستقیم در رشته مهندسی رباتیک تحصیل کنند. دروس مهندسی رباتیک در ایران به دو گروه دروس اصلی و تخصصی تقسیم می‌شوند. دروس اصلی شامل زبان تخصصی، الکترومغناطیس، ریاضی مهندسی، کارگاه برق، کارگاه جوشکاری و ورق‌کاری، کارگاه ماشین‌ابزار و ابزارسازی، نقشه‌کشی صنعتی، استاتیک، مقاومت مصالح، طراحی اجزاء، دینامیک، دینامیک ماشین‌، مکانیک سیالات، مدارهای الکتریکی، ماشین‌های الکتریکی مستقیم و متناوب، مدارها منطقی، تجزیه و تحلیل‌ سیستم‌ها، سیستم‌های کنترل خطی، پروژه کارشناسی، کارآموزی، ریاضی، معادلات دیفرانسیل، برنامه‌سازی کامپیوتر، محاسبات عددی، فیزیک است. دروس تخصصی نیز شامل طراحی مکانیزم‌ها، الکترونیک‌ قدرت و محرکه‌ها، رباتیک،‌ اصول میکروکامپیوترها، ارتعاشات مکانیکی، آزمایشگاه ربات، سنسورهای ربات، کنترل ربات، سیستم‌های محرکه، مدارهای وابسته، کنترل فازی، شبکه‌های عصبی، طراحی ماشین به کمک کامپیوتر، اندازه‌گیری الکتریکی، یاتاقان و روغن‌کاری، آزمایشگاه ارتعاشات و دینامیک ماشین، علم مواد، کنترل مدرن. (بسیاری از درس‌های این رشته همراه با آزمایشگاه است) هستند. همان‌گونه که مشاهده می‌کنید دروس این رشته تلفیقی از دروس کامپیوتر، مکانیک و برق است. 

مهندس رباتیک چه کاری انجام می‌دهد؟

بر عکس سایر رشته‌های مهندسی، یک مهندس رباتیک به مجموعه مهارت‌هایی در حوزه‌های مختلف فنی نظیر مکانیک، الکترونیک، علوم کامپیوتر و روانشناسی و علوم شناختی نیاز دارد تا بتواند کار خود را به درستی انجام دهد. مهندسان رباتیک بیشتر وقت خود را صرف طراحی و پیاده‌سازی فرآیندهایی می‌کنند تا بتوانند ربات‌های کارآمدی بسازند. برخی از مهندسان رباتیک ماشین‌های هوشمندی را خلق می‌کنند که وظیفه آن‌ها ساخت ماشین‌های دیگر است، شبیه به کاری که بازوهای رباتی هوشمند در کارخانه‌های ساخت خودرو انجام می‌دهند. قبل از ساخت ربات، مهندسان مشخص می‌کنند که رباتی که قرار است ساخته شود چه استفاده‌ای خواهد داشت. از آن‌جایی که ربات‌ها برای حل مشکلات یا کاهش فشار بر نیروی کار طراحی می‌شوند، مهندسان رباتیک تجزیه و تحلیل عمیقی در ارتباط با صنعتی که ربات قرار است در آن استفاده شود انجام می‌دهند. بر همین اساس، مهندسان رباتیک در اولین گام که تحقیق نام دارد به دنبال پاسخی برای پرسش‌های زیر هستند:

•  ربات قرار است چه مشکلی را حل کند؟ 
•  آیا ربات برای انجام یک فرآیند تکراری ساخته می‌شود، به‌طور مثال مونتاژ قطعات در یک خط تولیدی؟
•  آیا کاری که ربات قرار است انجام دهد برای انسان‌ها بیش از حد خطرناک است؟ 
•  چه چیزی ممکن است عملکرد صحیح ربات را محدود کند؟ 

بر همین اساس مهندسان رباتیک قبل از رفتن به مرحله طراحی باید به پرسش‌های این چنینی پاسخ دهند. مهندسان رباتیک با کمک ابزارهای سه‌بعدی طرح‌هایی ایجاد می‌کنند که برای ساخت مدارها استفاده می‌شوند. روند ساخت و ساز فرآیند زمان‌بری است، زیرا ربات‌ها عملکرد کاملا فنی دارند و ساخت برخی از آن‌ها بسیار دشوار است. به همین دلیل، ممکن است که یک مهندس رباتیک در کل حرفه خود تنها روی چند پروژه کار ‌کند.

مهندسان رباتیک چه مسئولیت‌ها و مهارت‌هایی دارند؟

فارغ از سازمان، شرکت یا واحد تولیدی که یک مهندس رباتیک در آن مشغول به کار می‌شود، یک مهندس رباتیک به مجموعه مهارت‌هایی نیاز دارد تا بتواند فعالیت‌های روزانه خود را انجام دهد. از مهم‌ترین مهارت‌ها و مسئولیت‌های یک مهندس رباتیک به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:

•  کار با نرم‌افزارهای CADD با هدف ساخت طرح‌ها و نقشه‌هایی که باید برای پیاده‌سازی سیستم‌های رباتیک استفاده شوند. 
•  طراحی نرم‌افزارها و فرآیندهایی که قرار است عملکرد سیستم‌های رباتیک را تعریف کنند. 
•  برخی مهندسان رباتیک سامانه‌ها و ماشین‌هایی طراحی می‌کنند که قرار است به عنوان بخشی از یک مجموعه بزرگ‌تر به ایفای نقش بپرداند. در چنین شرایطی مهندسان رباتیک باید عملکرد سایر بخش‌های یک سامانه را درک کنند تا بتوانند ربات هوشمندی را طراحی کنند که قادر باشد به عنوان عضوی از یک مجموعه بزرگ‌تر به ایفای نقش بپردازد.
•  ساخت و آزمایش‌ بخش‌های منفرد یک سیستم رباتیک، متصل کردن آن‌ها به یکدیگر و حصول اطمینان از این موضوع که سامانه به درستی کار می‌کند. 
•  هنگامی که سامانه هوشمندی در حال ساخت است یا ساخت آن به پایان رسیده در مرحله بعد مهندسان رباتیک باید فرآیند شناسایی و رفع نقایص را اجرا کنند تا اطمینان حاصل کنند نمونه اولیه به درستی کار می‌کند، در ادامه باید عملکرد سامانه را به شکل دقیق تجزیه و تحلیل کنند تا کاستی‌ها شناسایی شوند. 
•  در برخی موارد، مهندسان رباتیک به عنوان پشتیبان فنی در شرکت‌ها مشغول به کار می‌شوند تا به کاربران نهایی خدمت‌رسانی کنند. 
•  برخی مهندسان رباتیک در بخش‌های تحقیق و توسعه مشغول به کار می‌شوند تا بتوانند روی طرح‌های آتی و نسخه‌های جدیدتری از یک سامانه رباتیک که قرار است به بازار عرضه شود تحقیق کنند. 
•  مهندسان رباتیک به مهارت‌های نرم به ویژه در ارتباط با حل خلاقانه مسائل، کار گروهی و تعامل با متخصصان فنی نیاز دارند. 
•  در بیشتر موارد مهندسان رباتیک باید از فناوری‌های نوین نظیر هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML) برای تقویت عملکرد سیستم‌های رباتیک استفاده کنند.
•  گاهی اوقات مسئولیت مهندسان رباتیک محدود به طراحی نرم‌افزارهای تخصصی می‌شود که برای کنترل بخش‌های هوشمند یک سامانه استفاده می‌شوند. با این‌حال، صنایع بزرگ مهندسان رباتیک را برای طراحی سیستم‌های رباتیک که برای افزایش دقت و تولید استفاده می‌شوند استخدام می‌کنند. 
•  تجزیه و تحلیل و ارزیابی نمونه‌های اولیه یا سیستم‌های رباتیکی که در گذشته ساخته شده یکی از وظایف اصلی مهندسان رباتیک است. با توجه به این‌که فرآیند تولید سامانه‌های رباتیک توقف‌ناپذیر است و فناوری دائماً در حال تغییر و پیشرفت است، تجزیه و تحلیل و ارزیابی سامانه‌های رباتیک بخش ثابت وظایف یک مهندس رباتیک است. 
•  سازمان‌ها از مهندسان رباتیک انتظار دارند برآوردی در ارتباط با هزینه تمام شده طراحی و پیاده‌سازی سامانه‌های رباتیک ارائه کنند. 
•  آموزش مسیریابی به ربات‌هایی که قرار است در کاربردهای خاصی استفاده شوند یکی دیگر از مسئولیت‌های این متخصصان است. به‌طور مثال، اگر قرار است ربات‌هایی برای فروشگاه‌ها یا انبارها ساخته شوند، این ربات‌ها باید بدانند که چگونه اجناس را درون قفسه‌ها قرار دهند.

چگونه یک مهندس رباتیک شویم؟‌

متاسفانه یا خوشبختانه برای ورود به رشته مهندسی رباتیک باید پیش‌زمینه قوی در رشته فیزیک و ریاضیات داشته باشید و علاوه بر این دانش کافی در ارتباط با مباحث پیشرفته ریاضی نظیر جبر و مثلثات داشته باشید. بنابراین پیشنهاد می‌شود در کنار دروس ریاضی دانشگاه، بخشی از وقت آزاد خود را صرف مطالعه مباحث پیشرفته ریاضی کنید. در مرحله بعد باید به فکر یادگیری یک زبان برنامه‌نویسی قدرتمند باشید. زبان برنامه‌نویسی سی یا سی پلاس‌پلاس بهترین گزینه در این زمینه است. مهارت مهم دیگری که باید در مورد آن اطلاع کافی داشته باشید خودکارسازی توسعه نرم‌افزار و PLC سرنام Programmable Logic Controllers است. همان‌گونه که اشاره شد به عنوان یک مهندس رباتیک باید به فکر دریافت مدرک لیسانس باشید. بهترین انتخاب در این زمینه تحصیل در رشته مکاترونیک است. رشته‌ای که ترکیبی از رشته‌های اصلی مکانیک، کامپیوتر، الکترونیک و کنترل است.

دانشجویانی که در رشته مکاترونیک تحصیل می‌کنند در مقایسه با سایر رشته‌های مهندسی یک مزیت رقابتی بزرگ به دست می‌آورند که قادر هستند مشکلات مهندسی پیچیده را بررسی و حل کنند. به‌طور معمول، دوره‌های رباتیک شامل آموزش‌های عمومی در زمینه پنوماتیک (Pneumatics) و هیدرولیک (hydraulics)، سیستم‌های کنترل عددی، ساخت به کمک کامپیوتر (Computer Aided Manufacturing)/ طراحی به کمک کامپیوتر (Computer-aided design) که در اصطلاح به آن‌ها CADD/CAM می‌گویند، سیستم‌های یکپارچه، منطق و ریز‌پردازنده‌ها است. با این حال، تمامی مراکز آموزشی یا دانشگاه‌ها چنین آموزش‌هایی را ارائه نمی‌کنند.

از آن‌جایی که فناوری رباتیک تلفیقی از چند رشته است، و گاهی اوقات فارغ‌التحصیلان رشته‌های مهندسی برق، مهندسی صنایع، مهندسی مکانیک، ریاضیات یا مهندسی کامپیوتر به‌طور شخصی قدم به دنیای مهندسی رباتیک می‌گذارند، شرکت‌ها این افراد را به شرطی که مهارت‌های موردنیاز را داشته باشند به عنوان مهندس رباتیک جذب می‌کنند.

علاوه بر این، مهندسان رباتیک باید تغییر و تحولات این صنعت را به شکل جدی دنبال کنند تا مهارت‌هایی که سازمان‌ها به آن‌ها نیاز دارند را کسب کنند. بهترین راهکار در این زمینه دنبال کردن کنفرانس‌ها، سمینارها و جلسات آموزشی است که سالانه برگزار می‌شوند. سایت careerexplorer پژوهشی در ارتباط با وضعیت اشتغال مهندسان رباتیک بر اساس مدرک آن‌ها انجام داده که نشان می‌دهد بخش عمده‌ای از این افراد مدرک کارشناسی دارند (شکل زیر). 

وضعیت بازار کار مهندسان رباتیک

• همان‌گونه که در مقدمه به آن اشاره شد، رشته مهندسی رباتیک به سرعت در حال نفوذ به صنایع مختلف است. بر همین اساس پیش‌بینی می‌شود در آینده نزدیک شرکت‌ها و موسسات مختلفی به دنبال جذب مهندسان رباتیک باشند.

** به‌طور مثال، متوسط درآمد یک مهندس رباتیک در کشور کانادا در بازه 51 تا 98 هزار دلار در سال قرار دارد. علاوه بر این سابقه کار نقش مهمی در افزایش سطح دستمزدی دارد که به عنوان یک مهندس رباتیک دریافت می‌کنید