Współczesne technologie robotyczne to niezwykle dynamiczna dziedzina nauki, która rozwija się szybko i niemal co roku przynosi przełomowe innowacje. Roboty są powszechnie wykorzystywane w naszym codziennym życiu do najróżniejszych zadań. Maszyny przypominające ludzi są wdrażane wszędzie – od medycyny po gospodarstwo domowe i produkcję. Roboty mogą się różnić charakterystyką, funkcjami i wyglądem; jedne są dość prymitywne i proste konstrukcyjnie, inne bardzo skomplikowane i niemal nie do odróżnienia od ludzi. Obecnie tworzenie robotów wyglądających jak ludzie jest głównym celem robotyki na całym świecie.
Roboty w codziennym życiu
Roboty znajdują bardzo szerokie zastosowanie. Mogą być przydatne niemal w każdej dziedzinie życia.
Roboty w medycynie
Roboty od dawna są wykorzystywane w leczeniu osób z niepełnosprawnościami. W szczególności proces wytwarzania nowoczesnych protez i sztucznych kończyn w dużej mierze opiera się na robotyce. Protezy spełniające dzisiejsze wysokie standardy medycyny są ruchome, mobilne, elastyczne i stanowią jakościowe zastępstwo dla utraconych kończyn. Wiele z tych sztucznych części ciała jest sterowanych bezpośrednio impulsami elektrycznymi ciała pacjenta. Ale to nie wszystko, co robotyka ma do zaoferowania — roboty można spotkać na salach operacyjnych, a także w wielu ośrodkach edukacyjnych dla lekarzy, a zakres ich możliwych zastosowań stale rośnie.
Roboty w przemyśle kosmicznym
Nikt nie będzie się spierał, że roboty powinny znaleźć swoje miejsce w przyszłych misjach kosmicznych jako niezbędna część załóg przemierzających przestrzeń kosmiczną. Nawet patrząc historycznie, widać, że większość eksploracji kosmosu przeprowadzano z pomocą robotów, więc nie jest to nic nowego. Mamy liczne łaziki księżycowe, marsjańskie i roboty‑awatary pracujące dla nas w kosmosie. Na tym jednak różnorodność tych maszyn się nie kończy — istnieje wiele różnych typów robotów zaprojektowanych specjalnie do ekstremalnych warunków panujących w przestrzeni kosmicznej. Mogą wykonywać zadania niedostępne dla ludzi lub po prostu zbyt niebezpieczne.
Niezależne robotyczne systemy bezpieczeństwa
Wdrożenie nowoczesnych robotów w obszarze bezpieczeństwa człowieka okazało się niezwykle cenne. Na przykład istnieją roboty, które potrafią zlokalizować i zidentyfikować potencjalne zagrożenia pożarowe oraz je wyeliminować, zapobiegając katastrofom zanim do nich dojdzie.
Nie można też pomijać robotów wykorzystywanych w wojsku. Służą do szkolenia żołnierzy — mimo że nie są projektowane na podobieństwo ludzi jak inne zaawansowane roboty, doskonale odtwarzają zachowania i reakcje prawdziwej osoby. Dzięki tym maszynom dowództwo wojskowe tworzy sytuacje i warunki niezwykle zbliżone do realnych działań zbrojnych.
Roboty mogą prowadzić operacje szpiegowskie wobec różnych obiektów, nie zwracając na siebie uwagi. Tym samym zdejmują część ciężaru z barków funkcjonariuszy służb, pozwalając im zająć się innymi ważnymi zadaniami.
Roboty w domach i produkcji
Trudno sobie wyobrazić nowoczesne zakłady i fabryki bez robotów, które są w nich używane. Zazwyczaj roboty odpowiadają za większość wykonywanej tam pracy. Mowa o ogromnej liczbie operacji wymagających najwyższej precyzji ruchu i licznych powtórzeń, sprowadzających się do jednego, ciągłego procesu o wysokiej prędkości — scenariusza niemożliwego dla człowieka. Wdrożenie robotów może zwiększyć wydajność całych sektorów produkcji, odciążając pracowników i pozwalając im przejąć inne ważne zadania przedsiębiorstwa.
Roboty są też często używane w domach , aby pomagać właścicielom w gotowaniu, sprzątaniu i innych rutynowych pracach. Najczęściej spotyka się roboty‑odkurzacze i roboty‑kosiarki, ale są też maszyny wykonujące dużo bardziej złożone zadania.
Roboty w branży rozrywkowej
Są również roboty zaprojektowane wyłącznie po to, by bawić ludzi. To głównie zabawki dla dzieci, które potrafią zaśpiewać piosenkę lub wykonać kilka ruchów tanecznych, zdalnie sterowane samochodziki i gry interaktywne. Na rynku są nawet tzw. prawdziwe roboty, które potrafią komunikować się za pomocą zaprogramowanych schematów mowy, więc nie wszystkie są przeznaczone tylko dla dzieci. Różnica między modelami dla dorosłych a tymi dla dzieci sprowadza się w zasadzie do projektu i rozmiaru zabawki.
Słynne roboty
Setki firm na całym świecie codziennie produkują ogromne liczby różnego rodzaju mechanizmów robotycznych. Aby Twój robot wyróżnił się na tle innych, musi być prawdziwą perełką w świecie robotyki. Oto kilka przykładów prac słynnych z unikatowych funkcji.
Asimo
Ten japoński robot został opracowany przez firmę Honda. Honda jest aktywnym graczem w świecie robotyki od lat 80. Ich specjaliści zdołali skonstruować robota, który przykuł uwagę całego sektora robotyki. Ważąc 50 kilogramów i mierząc 1,5 metra, ten robot potrafił samodzielnie się poruszać, omijać przeszkody i wykonywać dodatkowe zaprogramowane czynności, takie jak podanie człowiekowi filiżanki kawy.
VGo
Ten robot jest sterowany przez sieć Wi‑Fi i jest tzw. urządzeniem teleobecności. Może komunikować się przez mikrofon, a także słyszeć i widzieć otoczenie, co pozwala mu swobodnie się poruszać. Mechanizm opracowano specjalnie z myślą o osobach z niepełnosprawnościami, które nie mogą samodzielnie wykonywać codziennych obowiązków. Po podłączeniu tego robota do określonych urządzeń może służyć jako niezależna przenośna kamera. Dzięki tej technologii dzieci uczące się w domu mogą uczestniczyć w lekcjach szkolnych z własnych domów.
Roboy
Ten robot został opracowany przez specjalistów z Zurychu. Ma elastyczne ścięgna, co nadaje mu bardziej antropomorficzny wygląd. Projektanci postarali się o twarz wyrażającą emocje, a użycie miękkiego materiału jako skóry sprawia, że całość wygląda przekonująco. Ten realistyczny robot został początkowo opracowany jako towarzysz dla samotnych osób, które potrzebują uwagi z zewnątrz.
Kuratas
Ten gigantyczny robot waży około 4,5 tony i osiąga imponujące 4 metry wysokości. Jego ruchem steruje operator siedzący w specjalnej kabinie — możliwe jest też zdalne sterowanie. Wygląd robota natychmiast przywodzi na myśl postać z anime, co jest dość spodziewanym rozwiązaniem ze strony japońskich inżynierów.
iCub
Jeden z najbardziej zaawansowanych robotów powstał we Włoszech. Z zewnątrz już bardzo przypomina prawdziwą osobę. A zaglądając głębiej w jego funkcje, można zauważyć, że potrafi zapamiętać własne imię, imiona rozmówców, a także nazwy różnych obiektów. Ponadto potrafi adaptować się do otoczenia i swobodnie się poruszać.
Rollin’ Justin
Rollin’ Justin został opracowany przez Niemieckie Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki. Jest sterowany technologią teleobecności, a programem zdalnie kieruje operator poprzez ekran monitora. Robot występuje w różnych modyfikacjach, w tym w wersji stojącej.
Z czego są zrobione roboty
Do budowy robota używa się kilku różnych materiałów. Najczęściej są to:
- aluminium
- stal
- pleksi
- tworzywa sztuczne
- włókno węglowe
- guma syntetyczna (stosowana jako sztuczna skóra i tkanka mięśniowa w realistycznych robotach).
Wybór materiałów zależy bezpośrednio od konkretnych funkcji robota i warunków jego pracy. Im trudniejsze środowisko, w którym robot ma pracować — tym mocniejsze i bardziej wytrzymałe muszą być materiały , aby przeciwstawić się zużyciu.
Roboty syntetyczne
Budowa robotów syntetycznych, czyli „miękkich”, to jeden z priorytetowych kierunków współczesnej robotyki pracującej nad robotami realistycznymi. Te syntetyczne humanoidy wyróżniają się gładką powierzchnią, która ma przypominać ludzką skórę. Powstają w oparciu o zasady bioniki i są projektowane specjalnie do pracy w miejscach, gdzie ściśle współpracują z ludźmi, ponieważ w porównaniu z analogicznymi mechanizmami z metalu i twardych tworzyw niosą dużo mniejsze ryzyko urazu. Dzięki sztucznej skórze i tkance mięśniowej użytej w konstrukcji robotów efekt końcowy jest wysoko antropomorficzny!
Roboty kontra androidy
Roboty androidy to humanoidalne roboty, które wyglądają dokładnie jak prawdziwi ludzie lub przynajmniej zostały zaprojektowane tak, by ich wygląd i działania ich przypominały. Nad takimi modelami aktywnie pracuje wiele znanych producentów robotów na całym świecie. Zwykły robot z kolei zazwyczaj mniej przypomina człowieka i ma znacznie mniej funkcji.
Roboty okazały się przydatne tam, gdzie trzeba szybko wykonywać nieskomplikowane, powtarzalne zadania, gdzie potrzebna jest bardzo wysoka precyzja lub gdzie trzeba podnosić ciężkie przedmioty. Android to rodzaj robota, któremu można powierzyć zadania wymagające inteligencji — potrafi komunikować się czy udzielać bezpośredniej pomocy człowiekowi w różnych obszarach życia — jego możliwości są znacznie bardziej zróżnicowane w porównaniu ze zwykłymi robotami zaprojektowanymi do ściśle zaprogramowanej pracy.
Robot towarzyszący do interakcji z człowiekiem
Roboty towarzyszące są zaprojektowane tak, by zapewniać pożyteczne, społecznie adekwatne interakcje w rzeczywistym środowisku. Pierwszym i najważniejszym zadaniem takiego robota jest służenie ludziom i pomoc w wykonywaniu codziennych czynności. Jak sugeruje nazwa, roboty towarzyszące powstały przede wszystkim dla osób, które potrzebują obecności drugiej istoty — osób starszych, z niepełnosprawnościami lub w spektrum autyzmu. Takie roboty mogą być dla nich ogromnym wsparciem.
W ostatnich latach roboty o ludzkim wyglądzie stają się coraz popularniejsze wśród entuzjastów i osób, które z ciekawością przyglądają się tym zabawnym małym maszynom dzielącym z ludźmi pewne cechy i naturalnie budzącym sympatię. Główną funkcją tych robotów jest prowadzenie rozmów z każdym, kto do nich mówi. To świetny środek komunikacji dla zamożnych osób, które mimo to są samotne i odczuwają silną potrzebę dzielenia się swoimi myślami.
Na rynku dostępne są też roboty towarzyszące przypominające domowe zwierzęta. Często służą jednak głównie do podnoszenia morale, mając niewiele praktycznych zastosowań.
Czym jest humanoid
Roboty‑humanoidy to urządzenia, które przynajmniej częściowo z wyglądu przypominają ludzi, nawet jeśli nie mają specjalnych funkcji, by to potwierdzić. Większość z nich ma ręce, nogi, głowę, a nawet twarz. Mimo że koncepcja takich robotów jest stara, największe osiągnięcia w tej dziedzinie pojawiły się w ostatniej dekadzie.
Prawdziwy humanoid powinien nie tylko przypominać człowieka z wyglądu, ale też mieć szereg autonomicznych zdolności, takich jak swobodny ruch, słuchanie i mówienie. Być może najważniejszą cechą nowoczesnego humanoida jest umiejętność doskonalenia swoich zdolności podczas wykonywania określonych działań — tak jak robi to człowiek.
Jak zrobić robota‑humanoida
Wszechstronne roboty przypominające ludzi to niezwykle złożone maszyny, których zbudowanie wymaga dużej wiedzy i doświadczenia. Budowa takiego robota musi obejmować układ mięśniowo‑szkieletowy, mechaniczne kończyny, systemy rozpoznawania dźwięku i otoczenia, a także sieć neuronową zdolną do gromadzenia i przetwarzania informacji z zewnątrz. Elementy wyglądu, takie jak skóra i włosy, nie są konieczne — pełnią raczej funkcję estetyczną i można z nich zrezygnować.
Budowa robota‑humanoida
Większość robotów ma pewne podobieństwa. Przede wszystkim są to zwinne korpusy umożliwiające swobodne poruszanie się. Niektóre modele mają więcej ruchomych elementów, inne poruszają tylko głównymi częściami, ale powinno to wystarczyć, by robot nie potykał się o przeszkody. Z reguły części ciała wykonuje się z metalu lub tworzyw sztucznych, połączonych systemem przegubów, podobnie jak ludzkie kości.
Roboty poruszają się, uruchamiając we właściwym momencie odpowiednie napędy w harmonii. Utrzymanie robota cały czas na nogach jest trudniejsze, niż się wydaje. Niektóre używają silników elektrycznych, siłowników liniowych i solenoidów, inne korzystają z układów hydraulicznych i pneumatycznych.
Robot musi mieć źródło zasilania, aby pozostać aktywnym. Większość robotów ma wbudowane akumulatory, które można ładować z sieci. Modele hydrauliczne mają pompy do wytwarzania ciśnienia, a pneumatyczne używają zbiorników ze sprężonym powietrzem lub specjalnych kompresorów.
Wszystkie silniki robota są podłączone do zasilania, które bezpośrednio zasila silniki elektryczne i solenoidy. Wszystkim, co jest podłączone do zasilania, steruje komputer, który aktywuje odpowiednie elementy i zawory. Zachowanie robota można łatwo zmienić, po prostu modyfikując program zainstalowany w jego systemie.
Choć niektóre modele potrafią słyszeć dźwięki, widzieć obrazy, wyczuwać zapachy i dotyk za pomocą czujników, nie każdy robot ma takie systemy. Absolutnym wymogiem dla nowoczesnego robota jest natomiast zdolność poruszania się — w przeciwnym razie nie można go uznać za robota.
Przyszłość robotów humanoidalnych
Obecnie robotyka ma kilka różnych kierunków rozwoju, które — według prognoz specjalistów — mogą stać się głównymi trendami w przyszłości robotyki jako całości. Obejmują one:
- wykorzystanie nowych materiałów, mianowicie azotku galu (w produkcji tranzystorów) i grafitu (w produkcji jednostek napędowych);
- stosowanie nowych źródeł energii oraz technologii jej pozyskiwania i magazynowania;
- roboty współdziałające z ludźmi, na przykład do zarządzania ruchem bezzałogowych statków powietrznych;
- wspieranie robotów w nawigacji w ekstremalnych warunkach;
- zwiększanie wydajności sieci neuronowych poprzez podnoszenie złożoności ich struktury i architektury;
- stworzenie możliwości badania procedur algorytmicznych i wykorzystania usług chmurowych do masowej edukacji robotów;
- wykorzystanie sztucznej inteligencji do udoskonalania wzorców ruchu;
- wdrażanie robotów w różnych obszarach życia człowieka w celu zwiększenia ich opłacalności finansowej;
- koncentrację na rozwoju możliwości i jakości czujników.
Mając na uwadze, że we wszystkich powyższych dziedzinach trwają prace, faktem jest, że w najbliższej przyszłości świat robotyki zaskoczy nas robotami najwyższej klasy, innymi niż wszystko, co dotąd widzieliśmy.
Już teraz roboty przypominające ludzi wykonują wiele prac w licznych obszarach życia. W przyszłości liczby te będą tylko rosnąć. Spektrum zadań, do których można użyć robotów, będzie się poszerzać wraz z ich możliwościami. Będą wykorzystywane do zadań niebezpiecznych dla ludzi, do zadań wymagających skrupulatnego, wielokrotnego powtarzania czynności, opieki nad seniorami i dziećmi, edukacji dzieci i dorosłych oraz wielu innych rzeczy, które roboty mogą wykonać. A wykonując te zadania dla ludzi, roboty będą się rozwijać jeszcze szybciej, co otwiera przed robotyką coraz szersze perspektywy.