Moderni robotiikka on äärimmäisen dynaaminen tieteenala, joka kehittyy nopeasti ja tuo lähes joka vuosi kiinnostavia läpimurtoja. Robotit ovat yleisessä käytössä arjessamme mitä erilaisimpien tehtävien hoitamisessa. Ihmisen kaltaisia koneita hyödynnetään kaikkialla lääketieteestä kotitalouteen ja valmistukseen. Näiden robottien ominaisuudet, toiminnot ja ulkonäkö vaihtelevat; osa on rakenteeltaan varsin yksinkertaisia ja primitiivisiä, osa taas hyvin monimutkaisia ja lähes ihmistenkaltaisia. Tällä hetkellä robotiikan tärkein tavoite maailmalla on luoda ihmisen näköisiä robotteja.
Robotit tosielämässä
Roboteilla on hyvin laaja käyttöalue. Niistä on hyötyä lähes kaikilla elämän osa-alueilla.
Robotit lääketieteessä
Robotteja on hyödynnetty liikuntarajoitteisten hoitamisessa jo pitkään. Erityisesti modernien proteesien ja keinoraajojen valmistus on vahvasti riippuvaista robotiikasta. Nykyajan korkeat lääketieteen standardit täyttävät proteesit ovat liikuteltavia, joustavia ja toimivat laadukkaina korvaajina menetetyille raajoille. Monia näistä keinotekoisista kehonosista ohjataan suoraan potilaan kehon sähköimpulsseilla. Mutta tämä ei ole kaikki, mitä robotiikka voi tarjota – robotteja löytyy leikkaussaleista ja monista lääkärien oppilaitoksista, ja sovelluskohteiden määrä kasvaa jatkuvasti.
Robotit ilmailu- ja avaruusteollisuudessa
Harva kiistää, etteikö roboteilla olisi merkittävä rooli tulevissa avaruuden tutkimuslennoissa miehistöjen korvaamattomina jäseninä. Ja historiaakin katsoessa nähdään, että suurin osa avaruustutkimuksesta on tehty robottien avulla, joten ajatus ei ole uusi. Meillä on lukuisia Kuu- ja Mars-mönkijöitä sekä avatar-robotteja työskentelemässä avaruudessa puolestamme. Eikä monimuotoisuus loppu siihen – on olemassa monia eri robottityyppejä, jotka on suunniteltu erityisesti avaruuden ääriolosuhteisiin. Ne voivat suorittaa tehtäviä, joihin ihmiset eivät pääse tai jotka ovat ihmiselle liian vaarallisia.
Itsenäiset robottipohjaiset turvallisuusjärjestelmät
Modernien robottien käyttöönotto ihmisten turvallisuutta koskevilla elämänalueilla on osoittautunut erittäin arvokkaaksi. Esimerkiksi on olemassa robotteja, jotka pystyvät paikantamaan ja tunnistamaan mahdollisia palovaaroja ja poistamaan ne – ehkäisten katastrofeja jo ennen kuin ne alkavat.
Eikä pidä unohtaa puolustuskäytössä hyödynnettäviä robotteja. Niitä käytetään sotilaskoulutuksessa – vaikka ne eivät näytä ihmisiltä kuten monet huippurobotit, ne toistavat erinomaisesti oikean ihmisen käyttäytymisen ja reaktiot. Näiden laitteiden avulla sotilasjohto voi luoda tilanteita ja olosuhteita, jotka ovat hyvin lähellä todellisia vihamielisyyksiä.
Robotit voivat suorittaa tiedustelutehtäviä erilaisissa kohteissa herättämättä huomiota itseensä. Näin ne keventävät lainvalvontaviranomaisten työtaakkaa ja vapauttavat heitä muihin tärkeisiin tehtäviin.
Robottikodinkoneet kotitalouksissa ja valmistuksessa
Modernia tuotantolaitosta tai valmistus tehdasta on vaikea kuvitella ilman siellä käytettäviä robotteja. Yleensä robotit hoitavat valtaosan työn määrästä näissä laitoksissa. Puhumme massiivisesta määrästä operaatioita, jotka vaativat äärimmäistä liikkeentarkkuutta, ja lukuisista toistoista, jotka tiivistyvät yhdeksi jatkuvaksi, nopeaksi prosessiksi – ihmiselle mahdoton skenaario. Robottien käyttöönotto voi nostaa kokonaisten teollisuussektoreiden tuotantovauhtia, vapauttaa työntekijöitä ja antaa heidän keskittyä muihin yrityksen tärkeisiin tavoitteisiin.
Robotteja käytetään usein myös kotitalouksissa auttamaan ruoanlaitossa, siivouksessa ja muissa arjen rutiineissa. Yleisimpiä ovat robotti-imurit ja robottiruohonleikkurit, mutta on myös laitteita, jotka hoitavat paljon monimutkaisempia tehtäviä.
Robotit viihdeteollisuudessa
On myös robotteja, jotka on suunniteltu pelkästään viihdyttämään ihmisiä. Useimmiten ne ovat lasten leluja, jotka osaavat laulaa tai tanssia, radio-ohjattavia autoja ja interaktiivisia pelejä. Markkinoilla on jopa niin sanottuja oikeita robotteja, jotka voivat kommunikoida käsikirjoitetuilla puhekuvioilla – eli kaikki eivät välttämättä ole vain lapsille. Aikuisten malleihin verrattuna erona on lähinnä lelun muotoilu ja koko.
Kuuluisia robotteja
Satoja yrityksiä ympäri maailmaa valmistaa päivittäin valtavia määriä erilaisia robottimekanismeja. Jotta oma robotti erottuisi joukosta, sen täytyy olla todellinen helmi robotiikan maailmassa. Tässä muutamia esimerkkejä ainutlaatuisista toiminnoistaan kuuluisista töistä.
Asimo
Tämän japanilaisen robotin kehitti Honda. Honda on ollut 1980-luvulta lähtien varsin aktiivinen toimija robotiikassa. Heidän asiantuntijansa onnistuivat rakentamaan robotin, joka keräsi koko robotiikan tieteenalan huomion. 50 kiloa painava ja 1,5 metriä pitkä laite kykeni liikkumaan itsenäisesti, väistämään esteitä ja suorittamaan lisäohjelmoituja tehtäviä, kuten tarjoilemaan kahvikupin ihmiselle.
VGo
Tätä robottia ohjataan Wi-Fi-verkon kautta, ja se on niin sanottu telepresence-laite. Se voi kommunikoida mikrofonin kautta sekä kuulla ja nähdä ympäristönsä, mikä mahdollistaa vapaan liikkumisen. Mekanismi on suunniteltu erityisesti palvelemaan ihmisiä, jotka eivät pysty hoitamaan arjen askareitaan itse. Liittämällä robotin tiettyihin laitteisiin sitä voi käyttää itsenäisenä, kannettavana kamerana. Tämän teknologian avulla kotikoulussa olevat lapset voivat kuunnella oppitunteja kotoaan.
Roboy
Tämän robotin kehittivät Zürichin asiantuntijat. Siinä on joustavat jänteet, jotka luovat antropomorfisemman ilmeen. Suunnittelijat pyrkivät tekemään tunteita ilmaisevat kasvot ja käyttivät pehmeää materiaalia ihona – lopputulos on varsin onnistunut. Tämä realistinen robotti kehitettiin alun perin seuraksi yksinäisille ihmisille, jotka kaipaavat huomiota.
Kuratas
Tämä jättiläisrobotti painaa noin 4,5 tonnia ja yltää huimaan neljän metrin korkeuteen. Sen liikettä ohjaa ohjain erityisessä ohjaamossa – mutta sitä voidaan ohjata myös etänä. Robotin muotoilu tuo heti mieleen anime-hahmon, mikä on japanilaisilta insinööreiltä varsin odotettava ratkaisu.
iCub
Yksi kehittyneimmistä roboteista rakennettiin Italiassa. Ulkoisesti se muistuttaa jo hyvin oikeaa ihmistä. Syvemmin tarkasteltuna käy ilmi, että robotti muistaa oman nimensä ja niiden nimet, joille se puhuu, sekä eri esineiden nimet. Lisäksi se sopeutuu ympäristöönsä ja liikkuu vapaasti itsenäisesti.
Rollin’ Justin
Rollin’ Justinin kehitti Saksan ilmailu- ja avaruuskeskus. Sitä ohjataan telepresence-tekniikalla, ja ohjelmaa käyttävät operaattorit etänä monitorin kautta. Robotista on erilaisia mallimuunnoksia, mukaan lukien suorana seisova versio.
Mistä robotit on tehty
Robotin rakentamisessa käytetään monia eri materiaaleja. Yleisimpiä ovat:
- Alumiini
- Teräs
- Pleksi
- Muovi
- Hiilikuitu
- Synteettinen kumi (käytetään realistisissa roboteissa keinotekoisen ihon ja lihaskudoksen esittämiseen).
Materiaalien valinta riippuu suoraan robotin erityistoiminnoista ja käyttöolosuhteista. Mitä vaativampi ympäristö on, sitä lujempia ja kestävämpiä materiaalien tulee olla kulumisen estämiseksi.
Syntettiset robotit
Syntettisten eli ”pehmeiden” robottien rakentaminen on yksi etusijalla olevista osa-alueista realistisia robotteja kehittävässä modernissa robotiikassa. Nämä synteettiset humanoidit tunnistaa yleensä niiden sileästä pinnasta, joka on tarkoitettu muistuttamaan ihmisen ihoa. Ne perustuvat bionisiin periaatteisiin ja on suunniteltu työpaikoille, joissa ollaan tiiviissä kosketuksessa ihmisten kanssa – loukkaantumisriski on paljon pienempi kuin metallista ja kovasta muovista valmistetun vastaavan mekanismin läheisyydessä työskennellessä. Keinotekoisen ihon ja lihaskudoksen ansiosta lopputulos on erittäin antropomorfinen!
Robotit vs. androidit
Android-robotit ovat humanoideja, jotka näyttävät täsmälleen ihmisiltä tai on ainakin suunniteltu muistuttamaan heitä ulkonäöltään ja toiminnaltaan. Monet johtavat robottivalmistajat kehittävät tällaisia malleja aktiivisesti ympäri maailmaa. Tavallinen robotti puolestaan näyttää yleensä vähemmän ihmismäiseltä ja sen toiminnot ovat rajallisemmat.
Robotit ovat osoittautuneet hyödyllisiksi, kun tarvitaan yksinkertaisia toistuvia tehtäviä nopeasti, kun vaaditaan erittäin tarkkoja operaatioita tai kun pitää nostaa raskaita esineitä. Android-robotti on robottityyppi, jolle voi antaa älyä vaativia tehtäviä; se voi hoitaa esimerkiksi kommunikointia tai suoraa avustamista eri elämänalueilla – sen kyvykkyys on paljon monipuolisempi kuin tavanomaisilla, tarkasti käsikirjoitettuihin töihin suunnitelluilla roboteilla.
Seurarobotit henkilökohtaiseen vuorovaikutukseen
Seurarobotit on suunniteltu tarjoamaan hyödyllistä, sosiaalisesti hyväksyttävää vuorovaikutusta tosielämän ympäristössä. Tällaisen robotin ensimmäinen ja tärkein tehtävä on palvella ihmisiä ja auttaa arjen rutiinien hoitamisessa. Ennen kaikkea seurarobotit on tarkoitettu ihmisille, jotka tarvitsevat jonkun läsnäolon – erityisryhmille, kuten iäkkäille, vammaisille tai autistisille. Näistä roboteista voi olla suuri apu tarvitseville.
Viime vuosina ihmismäiset robotit ovat tulleet yhä suositummiksi harrastajien ja uteliaiden keskuudessa – pienten, hauskojen robotien ihmismäiset piirteet herättävät luonnostaan sympatiaa. Näiden robottien päätehtävä on ylläpitää keskustelua kenen tahansa kanssa, joka heille puhuu. Ne tarjoavat erinomaisen tavan kommunikoida myös varakkaille mutta yksinäisille ihmisille, joilla on tarve jakaa ajatuksiaan.
Markkinoilla on myös lemmikin näköisiä seurarobotteja. Useimmiten ne toimivat lähinnä mielialan kohottajina ja niillä on vain vähän käytännön hyötyä.
Mikä on humanoidi
Humanoidirobotit ovat laitteita, jotka muistuttavat ainakin osittain ulkoisesti ihmistä, vaikkei niillä olisi erityisiä toimintoja sen tueksi. Useimmissa on kädet, jalat, pää ja jopa kasvot. Vaikka käsite on vanha, merkittävimmät edistysaskeleet tällä alueella on tehty viime vuosikymmenellä.
Todellisen humanoidin ei tule vain muistuttaa ihmistä ulkoisesti, vaan sen on myös kyettävä autonomisesti liikkumaan vapaasti, kuuntelemaan ja puhumaan. Ehkä tärkein modernin humanoidin piirre on kyky kehittää taitojaan suoriutuessaan tietyistä tehtävistä – aivan kuten ihminen.
Kuinka rakentaa humanoidirobotti
Monipuoliset, ihmisen kaltaiset robotit ovat äärimmäisen monimutkaisia koneita, joiden kunnollinen rakentaminen vaatii paljon tietoa ja kokemusta. Tällaisen robotin on sisällettävä tuki- ja liikuntaelimistö, mekaaniset raajat, äänten ja ympäristön tunnistusjärjestelmät sekä neuroverkko, joka kykenee keräämään ja prosessoimaan ulkoista tietoa. Ulkonäköelementit, kuten iho ja hiukset, eivät ole välttämättömiä – ne ovat lähinnä esteettisiä ja voidaan jättää pois.
Humanoidirobotin rakentaminen
Useimmilla roboteilla on yhteisiä piirteitä. Ensimmäiseksi tarvitaan ketterä runko, joka mahdollistaa vapaan liikkumisen. Joissakin malleissa on enemmän liikkuvia osia, toisissa liikkuvat vain pääosat – mutta sen täytyy riittää esteiden välttämiseen. Yleensä osat on tehty metallista tai muovista ja ne on yhdistetty niveljärjestelmällä, aivan kuten ihmisen luut.
Robotit liikkuvat aktivoimalla oikeat käyttöyksiköt oikeaan aikaan sopusointuisesti. Robotin pystyssä pitäminen on vaikeampaa kuin miltä se näyttää – sen on pysyttävä jaloillaan koko ajan. Osa käyttää sähkömoottoreita, lineaarisia toimilaitteita ja solenoideja, toiset hydraulisia ja pneumaattisia järjestelmiä.
Robotilla on oltava virtalähde jaksaakseen toimia. Useimmissa on sisäiset akut, jotka voi ladata sähköverkosta. Hydraulimalleissa on pumput paineen tuottamiseen, kun taas pneumaattisissa käytetään paineilmasäiliöitä tai erikoiskompressoreita.
Kaikki robotin moottorit on kytketty sähköverkkoon, joka syöttää virtaa suoraan elektronisille moottoreille ja solenoideille. Kaikkea verkkoon kytkettyä ohjaa tietokone, joka aktivoi tarvittavat komponentit ja venttiilit. Robotin käyttäytymistä on helppo muuttaa vaihtamalla siihen asennettua ohjelmaa.
Vaikka joissakin malleissa on kyky kuulla ääniä, nähdä kuvia, haistaa esineitä ja tuntea kosketus sensoreillaan, kaikissa roboteissa ei ole tällaisia järjestelmiä. Mutta modernin robotin ehdoton edellytys on kyky liikkua – muuten sitä ei voi pitää robotkina.
Tulevaisuuden humanoidit
Robotiikalla on tällä hetkellä useita kehityssuuntia, joista asiantuntijoiden ennusteiden mukaan voi tulla koko alan päätrendejä robotiikan tulevaisuudessa . Näitä ovat:
- Uusien materiaalien käyttö, kuten galliumnitridi (transistorien valmistuksessa) ja grafiitti (käyttöyksiköissä);
- Uusien energialähteiden käyttö sekä energian keruun ja varastoinnin teknologiat;
- Ihmisten ja robottien vuorovaikutus, esimerkiksi miehittämättömän ilmailun liikenteen hallinnassa;
- Robottien auttaminen navigoinnissa ääriolosuhteissa;
- Neuroverkkojen tehokkuuden kasvattaminen niiden rakenteen ja arkkitehtuurin monimutkaisuutta lisäämällä;
- Mahdollisuuksien luominen algoritmisten menetelmien tutkimiseen ja pilvipalveluiden hyödyntämiseen robottien massakoulutuksessa;
- Tekoälyn hyödyntäminen liikeratojen hienosäätöön;
- Robottien käyttöönotto eri elämänalueilla taloudellisen kannattavuuden parantamiseksi;
- Keskittyminen sensorien kyvykkyyden ja laadun kehittämiseen.
Koska kehitystä tehdään kaikilla edellä mainituilla alueilla, on selvää, että lähitulevaisuudessa robotiikka yllättää meidät huippuluokan roboteilla, jotka poikkeavat kaikesta aiemmin nähdystä.
Tällä hetkellä ihmisen kaltaiset robotit tekevät jo paljon työtä monilla elämänalueilla. Ja tulevaisuudessa nämä luvut näyttävät vain kasvavan. Tehtävien kirjo, joihin robotteja voidaan käyttää, laajenee niiden kykyjen mukana. Niitä hyödynnetään ihmisten kannalta vaarallisissa töissä, tehtävissä, jotka vaativat huolellista toistojen suorittamista, vanhusten ja lasten hoivassa, lasten ja aikuisten opetuksessa sekä monessa muussa. Ja samalla kun robotit tekevät näitä töitä, ne kehittyvät entisestään – avaten yhä uusia mahdollisuuksia robotiikan tulevaisuudelle.