Claude چگونه ۳ دستگاه الکترونیکی جدید را مهندسی و طراحی کرد؟

این آزمایش که با همکاری شرکت Diode Computers انجام شد، نشان می‌دهد Claude در مقایسه با نسل‌های قبلی خود پیشرفت چشمگیری در طراحی مدارهای الکترونیکی، جانمایی قطعات، مسیریابی اتصالات، مدل‌سازی سه‌بعدی و رعایت محدودیت‌های تولید صنعتی داشته است. این مدل توانسته با دریافت دستورالعمل‌های اولیه و حداقل راهنمایی انسانی، سه دستگاه الکترونیکی شامل اسپیکرفون، هاب دستیار صوتی و یک حیوان خانگی مجازی کوچک را طراحی کند و فرایند ساخت نمونه‌های اولیه آن‌ها را هدایت کند.

از طراحی مدارهای ساده تا ساخت نمونه اولیه تجهیزات الکترونیکی

آنتروپیک کمی بیش از یک سال پیش، آزمایش توانایی مدل‌های Claude در طراحی مدارهای الکترونیکی ساده را آغاز کرد. در آن زمان، این شرکت با همکاری Diode Computers، شرکتی فعال در طراحی و تولید بردهای مدار، تلاش کرد مدل‌های خود را برای انجام وظایفی مانند خواندن دیتاشیت تراشه‌ها و شناسایی قطعات موردنیاز برای راه‌اندازی آن‌ها آموزش دهد.

مدل‌های اولیه در طراحی چیدمان بردهای مدار چاپی (PCB) و هماهنگ‌سازی قطعات مختلف با یکدیگر ضعف داشتند. اما در آزمایش‌های جدید، مدل Claude Fable 5.2 توانست فرایندی بسیار گسترده‌تر را انجام دهد؛ از تدوین مشخصات فنی و طراحی شماتیک مدار گرفته تا جانمایی قطعات، مسیریابی اتصالات مسی، طراحی محفظه سه‌بعدی، برنامه‌نویسی ثابت‌افزار (Firmware) و تهیه فهرست قطعات موردنیاز.

Claude Fable 5.2 و Claude Mythos 5.2؛ جهشی در توانایی‌های فنی، استدلال و مهندسی هوش مصنوعی

این پیشرفت اهمیت ویژه‌ای دارد؛ زیرا طراحی یک دستگاه الکترونیکی صرفاً به ترسیم مدار محدود نمی‌شود. مهندسان باید عملکرد مدار را شبیه‌سازی کنند، محدودیت‌های فیزیکی و مکانیکی را در نظر بگیرند، از سازگاری قطعات اطمینان حاصل کنند و هم‌زمان دسترس‌پذیری قطعات و توانایی‌های کارخانه تولیدکننده را بسنجند.

در این آزمایش، سه دستگاه برای ارزیابی توانایی‌های Claude انتخاب شدند:

• اسپیکرفون: دستگاهی با طراحی دیسکی‌شکل که از طریق USB-C به رایانه متصل می‌شود و به میکروفون، بلندگو و ارتباط بلوتوث با آنتن تعبیه‌شده روی برد مجهز است.
• هاب دستیار صوتی: دستگاهی با قابلیت‌های ارتباطی و پردازش صوتی که طراحی برد و محفظه آن نیازمند رعایت محدودیت‌های متعدد فنی بود.
• حیوان خانگی مجازی: دستگاهی قابل‌حمل که طراحی آن شامل اجزای الکترونیکی و سیستم تغذیه بود.

Claude برای هر دستگاه، پس از دریافت یک دستورالعمل اولیه درباره نوع محصول و نیازمندی‌های سخت‌افزاری، مراحل طراحی را انجام داد. سپس مهندسان Diode تحت هدایت این مدل، بردها را مونتاژ و میان‌افزار آن‌ها را اجرا کردند. هر سه دستگاه به نمونه اولیه عملیاتی تبدیل شدند و اسپیکرفون حتی پس از چند هفته استفاده همچنان کار می‌کرد.

بااین‌حال، آنتروپیک تأکید می‌کند که این محصولات هنوز نمونه اولیه هستند و پایداری بلندمدت، انطباق با استانداردهای تجاری و آمادگی آن‌ها برای تولید انبوه مشخص نشده است.

بهبود استدلال هندسی و طراحی بردهای مدار چاپی

یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های Claude Fable 5.2 در مقایسه با مدل‌های قبلی، توانایی استدلال درباره مسائل هندسی پیچیده است. این قابلیت در دو وظیفه اساسی طراحی PCB اهمیت دارد: تعیین موقعیت قطعات روی برد و مسیریابی اتصالات مسی میان آن‌ها.

مدل‌های قبلی گاهی قطعات پشتیبان را بیش از حد از تراشه اصلی دور قرار می‌دادند یا جهت اتصال کانکتورها را اشتباه انتخاب می‌کردند. در مقابل، Fable 5.2 توانست چیدمان‌هایی فشرده‌تر و کاربردی‌تر ایجاد کند.

این مدل همچنین ترتیب اهمیت اتصالات را در نظر می‌گرفت و ابتدا مسیرهایی را طراحی می‌کرد که حامل سیگنال‌های پرسرعت، جریان‌های الکتریکی بالا یا سیگنال‌های حساس به نویز بودند.

برای مثال، در طراحی هاب دستیار صوتی، Claude ابتدا اتصالات USB و اترنت را مسیریابی کرد. این اتصالات از زوج مسیرهای موازی مسی استفاده می‌کنند که باید طول و فاصله مشخصی از یکدیگر داشته باشند. Claude هر زوج را به‌صورت جداگانه مسیریابی کرد و با استفاده از الگوهای تنظیم طول، شامل مسیرهای زیگزاگی کوچک، تلاش کرد زمان رسیدن سیگنال‌ها را هماهنگ کند. همچنین چیدمان قطعات منبع تغذیه را به‌گونه‌ای تغییر داد که بازده آن بهبود یابد.

برای سنجش کمی این توانایی، Diode آزمون داخلی PCB Gym را اجرا کرد. این معیار عملکرد مدل‌ها را در جانمایی قطعات و مسیریابی مجدد اتصالات روی بردهایی ارزیابی می‌کند که چیدمان اولیه آن‌ها حذف شده است. در آزمون عمومی BenchCAD 2.1 نیز Fable 5.2 عملکرد بهتری داشت. این آزمون توانایی مدل‌ها را در بازسازی قطعات سه‌بعدی، مجموعه‌های مونتاژشده و بردهای مدار چاپی بر اساس نقشه‌های مهندسی و تصاویر رندرشده ارزیابی می‌کند.

توانایی شناسایی خطا و بازطراحی مستقل

یکی دیگر از ضعف‌های مدل‌های قبلی، ناتوانی در اصلاح تصمیم‌های اشتباه خود بود. آن‌ها گاهی طراحی برد را تا حدود ۹۵ درصد تکمیل می‌کردند، اما به دلیل انتخاب نامناسب موقعیت قطعات یا مسیرهای اتصال، امکان تکمیل آن وجود نداشت و خروجی نهایی عملاً غیرقابل‌استفاده بود. Fable 5.2 در این زمینه رفتار متفاوتی نشان داد. این مدل می‌توانست مشکلات طراحی را شناسایی کند، بدون دریافت دستور جدید مسیر خود را تغییر دهد و بخش‌هایی از طراحی را از ابتدا بازسازی کند.

در طراحی برد اسپیکرفون که چهار لایه مسی داشت، Claude تخصیص سیگنال‌ها به پایه‌های دو تراشه را تغییر داد. این تصمیم باعث شد مسیرهای زیر کنترل‌های لمسی دستگاه در یک لایه باقی بمانند و با یکدیگر تداخل نداشته باشند. در مرحله‌ای دیگر، هنگامی که بخش پشتی برد بیش از حد شلوغ شد، Claude سیگنال‌های پایه‌های قابل‌جابه‌جایی را تغییر داد و یک گوشه کامل از برد را دوباره طراحی کرد؛ به‌جای آنکه با افزودن اتصالات اضافی میان لایه‌ها مشکل را برطرف کند.

در طراحی هاب دستیار صوتی نیز Claude متوجه شد که مسیرهای مسی بیش از حد درهم‌تنیده شده‌اند و ردیابی آن‌ها دشوار است. بنابراین تصمیم گرفت مسیرهای موجود را حذف و مجدداً مسیریابی کند. این فرایند ده‌ها بار تکرار شد تا آرایش مناسبی به دست آمد.

استفاده از نرم‌افزارها، مستندات و ابزارهای اختصاصی

Claude در تصمیم‌گیری‌های وابسته به مشخصات قطعات، از دیتاشیت‌های منتشرشده توسط سازندگان استفاده کرد. برای مثال، هنگامی که درباره امکان کارکرد حیوان خانگی مجازی بدون باتری سؤال شد، دیتاشیت تراشه شارژر را بررسی کرد. نتیجه این بود که دستگاه می‌تواند با برق USB کار کند، اما احتمال دارد چراغ شارژ آن چشمک بزند؛ زیرا مدار شارژر به‌جای باتری، یک خازن کوچک را به طور مداوم شارژ می‌کند.

این مدل همچنین توانست فراتر از استفاده از ابزارهای آماده عمل کند. برای مسیریابی اتصالات هاب دستیار صوتی، ابتدا از نرم‌افزار KiCad و مسیریاب داخلی آن استفاده کرد. اما به دلیل تعداد زیاد مسیرهای طولانی متصل به یک کانکتور ۱۰۰ پینی، تشخیص داد که مسیریابی تک‌به‌تک آن‌ها به راهنمایی مرحله‌به‌مرحله زیادی نیاز دارد.

در نتیجه، Claude الگوریتم مسیریابی اختصاصی خود را نوشت. این الگوریتم برد را به شبکه‌ای از خانه‌های کوچک تقسیم می‌کرد و با جست‌وجو در این شبکه، مسیرهای آزاد برای اتصالات پیدا می‌کرد. Claude در حدود نیم ساعت توانست ابزاری بسازد که هر مسیر طولانی را تقریباً در یک ثانیه طراحی می‌کرد. همچنین هنگامی که متوجه شد مسیر یک سیگنال ساعت صوتی بیش از حد به اتصالات اترنت نزدیک است، الگوریتم خود را اصلاح کرد تا فاصله بیشتری میان مسیرهای حساس حفظ شود.

مدیریت محدودیت‌های مکانیکی و اثرات متقابل طراحی

طراحی یک دستگاه الکترونیکی به معنای حل مجموعه‌ای از مسائل به‌هم‌پیوسته است. تصمیمی که در طراحی مدار گرفته می‌شود، می‌تواند بر ابعاد محفظه، روش مونتاژ یا عملکرد صوتی دستگاه تأثیر بگذارد. Claude برای بررسی این وابستگی‌ها، کدهایی نوشت که امکان قرارگیری مدل سه‌بعدی برد داخل محفظه و نبود برخورد میان قطعات را بررسی می‌کردند.

برای مثال، مشخص شد برد اسپیکرفون را نمی‌توان به‌صورت مستقیم داخل محفظه قرار داد؛ زیرا کلید قطع صدا با دیواره پشتی برخورد می‌کرد. Claude محاسبه کرد که اگر برد هنگام نصب حدود ۲۵ درجه کج شود، درون محفظه جای می‌گیرد. این روش در مدل سه‌بعدی آزمایش شد و در دستورالعمل مونتاژ قرار گرفت.

در طراحی محفظه هاب دستیار صوتی نیز Claude اثر ابعاد دریچه میکروفون بر تشدید صوتی را بررسی کرد. محاسبات نشان داد دریچه‌ای به طول ۲۵ میلی‌متر در فرکانس حدود ۳٫۴ کیلوهرتز تشدید ایجاد می‌کند؛ محدوده‌ای که با فرکانس‌های گفتار تداخل دارد. برای رفع این مسئله، مدل محفظه‌ای گوه‌ای‌شکل پیشنهاد کرد که در قسمت عقب بلندتر و در قسمت جلو کوتاه‌تر بود. این طراحی طول دریچه‌ها را به حدود ۱۰ میلی‌متر کاهش داد و فرکانس تشدید را به حدود ۸٫۹ کیلوهرتز افزایش داد.

Claude همچنین ثابت‌افزار اسپیکرفون را طوری برنامه‌نویسی کرد که با افزایش بلندی صدا، شدت نور حلقه LED دستگاه کاهش یابد. هدف از این تصمیم، حفظ مصرف جریان الکتریکی در محدوده مجاز طراحی‌شده برای برد بود.

رعایت الزامات تولید صنعتی

یکی از چالش‌های اصلی طراحی الکترونیک، اطمینان از امکان تولید محصول در کارخانه است. این فرایند معمولاً به دو نوع بررسی نیاز دارد: بررسی طراحی برای تولیدپذیری (DFM) که هندسه برد را با محدودیت‌های کارخانه مقایسه می‌کند و بررسی تأمین قطعات که موجودی قطعات موردنیاز نزد توزیع‌کنندگان را ارزیابی می‌کند. Claude این بررسی‌ها را نیز انجام داد و نتایج را به دو گروه تقسیم کرد: مشکلاتی که نیازمند اصلاح بودند و هشدارهایی که می‌شد از آن‌ها صرف‌نظر کرد.

برای نمونه، بررسی برد هاب دستیار صوتی شش ناحیه از لایه محافظ لحیم‌کاری (Solder Mask) را بیش از حد باریک تشخیص داد. Claude با گسترش دهانه‌های این لایه، مشکل را بدون جابه‌جایی قطعات برطرف کرد. در مقابل، سامانه بررسی خودکار یک اتصال میان دو مسیر زمین را خطا تشخیص داده بود. Claude تشخیص داد این اتصال عمدی است و تأثیری بر عملکرد دستگاه ندارد؛ بنابراین هشدار را نادیده گرفت.

نکته قابل‌توجه این بود که Diode هر سه برد را مستقیماً بر اساس فایل‌های طراحی Claude تولید کرد و برای اعمال اصلاحات، به تبادل‌های متعدد میان طراح و کارخانه نیاز نداشت. تیم Diode اعلام کرد که از نبود چنین رفت‌وبرگشت‌هایی در فرایند تولید شگفت‌زده شده است.

محدودیت‌ها و مسیر توسعه آینده

با وجود نتایج امیدوارکننده، هر سه دستگاه همچنان نمونه اولیه محسوب می‌شوند و هنوز تحت اعتبارسنجی الکتریکی، تنظیم آنتن، آزمایش حرارتی و فرایند دریافت گواهی‌های استاندارد قرار نگرفته‌اند و برای تولید انبوه طراحی نشده‌اند. همچنین Claude به تجهیزات آزمایشگاهی یا ماشین‌آلات ساخت و مونتاژ برد متصل نبود؛ بنابراین مهندسان Diode مسئول ساخت فیزیکی و آزمایش نمونه‌ها بودند.

آنتروپیک معتقد است پیشرفت یک‌ساله Claude در استدلال هندسی، جانمایی قطعات و مسیریابی اتصالات، امکان طراحی سخت‌افزار با حداقل راهنمایی انسانی را فراهم کرده است.