Umí stroj hnout zadkem?

V minulém článku jsem představil obecný aktuální stav robotiky a přidružených oblastí a nyní se můžeme věnovat již konkrétní problematice. Dnešní roboblog bude o pohybu v prostoru a motorice našich mechanických kamarádů.

Pro připomenutí – schopností pohybu míním přesun celého robota prostorem a motorikou je míněn jemný pohyb při manipulaci s předměty (často ovšem rovněž zásadní pro úspěšný pohyb prostorem). V obou případech platí, že úkon může být realizován na různých stupních samostatnosti - od zcela autonomního řízení prostřednictvím AI až po plně dálkové ovládání vnějším zdrojem instrukcí.

Samostatnost pohybu

Samostatnost nebo také autonomie v pohybu a její míra – co to znamená? Jedna z nejjednodušších forem je dálkové ovládání. Pokud už robota neovládáme dálkově, je to spíše nástroj či nářadí než robot. Ale i když robota ovládáme dálkově, existuje škála toho, co robot zvládne sám a co je mu potřeba všechno popsat – podobně, jako je rozdíl mezi ředitelem společnosti, který si sám vymýšlí cíle i způsoby jejich naplnění, a brigádníkem, kterému je potřeba vysvětlovat sebemenší úkoly.

V praxi to znamená, zda vyšleme signál „začni otáčet tímto servem“, nebo pověříme robota úkolem „ukliď celý dům“. Pokud bychom se snažili uklidit dům řízením sebemenších pohybů robota, uklízeli bychom o dost pomaleji a užitek by to příliš nemělo.

Přesto jsou úkoly, které potřebují co největší lidskou kontrolu, protože jde o choulostivé situace, ve kterých robot nemůže rozhodovat, a to jak z praktických, tak morálních důvodů.

Existuje několik způsobů pohybu a řešení motoriky, které mají ze své podstaty různé nároky na autonomii. Na několik současných zajímavých způsobů se dále podíváme.

Kola a pásy

Kola a pásy patří k nejjednodušším způsobům pohybu. Dálkové ovládání je jednoduché, člověk určuje rychlosti otáčení motorků, popřípadě natočení. V podstatě jde o autíčka na dálkové ovládání. Pro to, abychom řekli, že jde o robota, je potřeba, aby plnil ještě nějakou funkci. Nabízí se samozřejmě přidat funkci motorickou, což se úspěšně používá u robotů na zneškodňování bomb.

Robot na zneškodnění bomb

Dalším robotem, dnes nepoměrně běžnějším, je robot na vysávání nebo sekání trávy. Co do funkce jsou tito roboti velmi podobní. Nedisponují sice přímo motorickou jednotkou, ale dostávají funkci vysávání, popřípadě sekání. Tito roboti už fungují na vysoké míře autonomie, kdy se v ideálním případě vůbec nemusí řešit, že nějaký robot uklízí. Robot v určitých intervalech vysaje, sám se nabíjí a řeší případné kolize. Dává reporty o uklízení a na začátku je schopen si byt analyzovat.

Robotický vysavač

Motorika

Pokud je jednotka pouze motorická a programovatelná, lze ji již považovat za robota. Nemusí se nutně někam přesouvat, dělá práci (robotu). Základním příkladem jsou roboti na lince, typicky v automobilovém průmyslu. Tito roboti pracují v nebezpečném prostředí, plní často silově velice obtížné úkoly, které jsou značně repetitivní. Roboti neznají únavu a jsou schopni bez problémů ten samý úkol plnit pořád stejně rychle, a to bez přestání. Improvizace není potřeba a byla by vlastně škodlivá. O robotech na linkách bylo slyšet už poměrně dlouho, v dnešní době se zvyšuje jejich nasazení kvůli dražší pracovní síle a pro člověka nezdravým důsledkům oněch repetitivních úkonů. Navíc společností stále více rezonuje tzv. Průmysl 4.0, kde hlavní myšlenkou je náhrada lidských výrobnich kapacit stroji.

Robot na lince

Robot na skladě

Pohyb pomocí motoriky

Někdy je možné využít motorické jednotky k pohybu celého robota. Tento úkol je nepoměrně složitější. Motorická jednotka musí být silnější, musí unést celého robota. Zároveň už nejde o jednoduchý úkol roztočení motorů pro pohyb, ale o poměrně složitý řetězec událostí na jeden krok, kde se ještě musí zohledňovat nerovnosti terénu a postavení ostatních nosných motorických prvků. Veškerá pneumatika, hydraulika, serva a jiné pohonné jednotky se musí zkombinovat do výsledného plynulého pohybu. Zároveň je tento úkol spojen s udržením rovnováhy. Ovšem ve chvíli, kdy je tento problém vyřešen, máme velice pohyblivého robota, který projde prostředím pro běžnou kolovou a pásovou techniku neprostupným (překoná například schody atd.). Navíc pokud je správně navržen, zanechává mnohem menší poškození terénu. Efekt je možné vidět na chodící těžařské technice v následujícím videu.

Timberjack walking machine

Ve chvíli, kdy začneme pracovat s motorikou, máme k dispozici neuvěřitelné množství typů pohybů. Roboty lze pak specializovat. Následující video ukazuje běžícího čtvernohého robota od Boston Dynamics, inspirovaného gepardem. Zde je zajímavá rychlost, se kterou tento robot běží.

Cheetah

Někdy je úkol pro robota extrémně specifický – představte si, že chcete natočit do filmu perfektní přemet ve výškách, kam si ani kaskadér netroufne. Následující robot nedělá nic jiného než perfektní přemety.

Stunt robot

Asi největší výzvou je humanoidní robot. Funkční vzpřímená chůze po dvou nohách v náročném terénu je extrémní úkol – vždyť z celé přírody jsou toho schopni jen lidé. Přesto existují roboti, kteří splní i tuto úlohu. Následuje znovu robot od Boston Dynamics:

Boston Dynamics Atlas

Pamatujete si ještě na ultimátní úkol z minulého dílu? Donést pivo z lednice ke gauči. Zdá se, že se tento úkol podařilo Boston Dynamics splnit, a to dokonce včetně uklizení myčky. Jen je znepokojivé, že již v tak rané fázi vidíme náznaky vzpoury strojů. :) Jen malá poznámka k videím z Boston Dynamics – navzdory tomu, jaké schopnosti roboti bezpochyby mají, videa jsou často natáčena na mnoho pokusů, než se záběr podaří.

Boston Dynamics Spot Mini

Drony

Zajímavým a poměrně logickým způsobem pohybu jsou drony. Jsou samy o sobě složitější, ale kromě větru a pevných překážek se nepotýkají se složitostmi světa (nerovnosti terénu, kluzké povrchy, schody atp.). Drony jsou dnes poměrně autonomní a často jejich samostatnosti brání pouze legislativa. U chytřejších dronů nejenže člověk nemusí řešit rovnováhu, ale stačí zadat GPS a výšku a dron tam doletí, popřípadě na jedno tlačítko přistane.

Na dron lze připevnit motorickou jednotku, která manipuluje prostředím a dokáže tak vyzvednout nedostupné předměty, čímž se z pouhého pozorovatele stává prvek ovlivňující okolí.

Pravá síla dronů se projeví při jejich spolupráci. Jsou pak schopni elegantně řešit komplikované úkoly. V následující ukázce tvoří lanový most.

Inspirace přírodou

Popisovali jsme si poměrně konvenční způsoby pohybu a motoriky, ale existují i originálnější metody, jak uvést robota do pohybu nebo manipulovat prostředím. Zde je zřejmá inspirace přírodou. Někdy stačí i drobná úprava a mobilita robota se rapidně zvýší. V tomto případě přidání skákacího elementu umožní robotovi překonávat vysoké překážky podobně jako blecha.

Sand Flea

Když jsme u blech, zde je robot inspirovaný skokanem. Zajímavé je na něm to, že má jen jednu skákací nohu a je schopen poměrně přesně řídit místo příštího dopadu.

Salto

Další modifikace, která může změnit mobilitu robota. Tento robot místo klasických kol využívá modifikované členy připomínající nohy, ale úplně se vyhýbá složitému skládání pohybů. Zůstává jednoduchý točivý pohyb, ale je zvýšená mobilita.

Rhex

Další robot, tentokrát specializovaný na lezení po stěnách.

RISE

Doposud jsme probírali roboty, kteří měli tradiční mechanismy použité netradičně. Ale existuje také přístup, kdy se imitují svaly. Tím se otevírá možnost zcela nových a šetrných způsobů manipulace.

Svaly

Následující robot je kompletně tvořen měkkým silikonem a inspiruje se australským pavoučkem. Předpokládá se, že podobní roboti mohou být vhodní jak pro interakci s člověkem a křehkými předměty, tak pro operace uvnitř těla.

Tiny Robotic Spider

Někdy nemusíme uvažovat nad jedním komplexním velkým robotem. V přírodě je mnoho příkladů, kdy velké množství malých koordinovaných tvorů dokáže to, co velký nedokáže. Následující robot využívá principu skládání a jednoduché levné stavby, která ovšem ve společné koordinaci dokáže divy. Navíc tento princip umožňuje miniaturizaci a robot se tak dostane do nedostupných míst, kde může provádět jak měření, tak například čistící úkony.

Origami

Nejen pohyb, ale i programování může být nekonvenční – a nemusí jít zdaleka jen o programování za použití digitálního kódu. Následující přístup je založen na tvarovém programování, využívajícím různých vlastností materiálů. Příklad ukazuje prosté těstoviny, ale materiály lze upravit tak, aby reagovaly například na chemické prvky a ty uzavíraly do kapsulí apod.

Programované těstoviny

Další příklady inspirace přírodou

A co dál?

Robotika se dlouhou dobu točila primárně okolo schopnosti pohybovat se, a především pak manipulovat prostředím. Dodnes jde o palčivou otázku a navzdory dosaženým výsledkům je stále mnoho před námi. Navíc jakékoliv řešení se musí potýkat s ekonomickou stránkou věci. Robot musí ve výsledku přinést větší hodnotu, než kolik činí náklady na jeho výrobu a údržbu. Ale co si budeme povídat, roboti jsou fenoménem a navzdory všem pokrokům je největší odměnou vidět, jak spolu roboti bojují. 😊

Bitva robotů