Človek in robot sta si komplementarna

Prof. dr. Marko Munih je inženir elektrotehnike in predavatelj robotike na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani. Že dve desetletji vodi tudi Laboratorij za robotiko, kjer skupaj s študenti rešujejo številne merilne in robotske izzive.

Večina opaža, da gredo v smer razvoja robotov tudi avtomobili, poleg samovozečih vozil imamo že cel spekter t. i. asistenčnih sistemov v vsakem novejšem avtomobilu. 

Glede samovozečih vozil se že dolgo srečujemo z veliko dilemami. Imamo pet stopenj samostojne vožnje oziroma samovozečih avtomobilov, za zdaj smo večinoma na drugi oziroma tretji stopnji. Asistenčni sistemi v avtomobilu sami po sebi ne delujejo kot samostojna robotska funkcija, vendar so to komponente, ki v nekem trenutku ali v nekih okoliščinah že lahko delujejo kot samovozeči robot oziroma samovozeče vozilo. Na avtocesti, če ni kakšnih nepredvidljivih okoliščin, je tak avto lahko samovozeči robot, ki pa se seveda še ne znajde v vseh situacijah. V avtomobilih se danes dogajata dve stvari, eno je elektrifikacija in drugo je samostojna asistenčna vožnja s klasičnim gorivom ali na elektriko.

Osebno ne verjamem v popolnoma samostojno vožnjo vozil oziroma v vizijo, da ne bi imel možnosti vplivanja na vožnjo lastnega vozila. V Angliji so konec 19. stoletja sprejeli t. i. red flag law, ki je predpisoval, da mora pred vsakim »vozom« z motorjem hoditi človek, ki maha z rdečo zastavo. Zakaj? Zato, ker se takrat pravno ni vedelo, kdo odgovarja za to noro novo kočijo, ki bi lahko povozila človeka. Konji so se namreč ustavili, niso šli čez človeka. Zdi se mi, da smo danes spet v tej situaciji, ko imamo samovozeči avto, vendar ne vemo čisto dobro, kdo odgovarja ob nezgodi. To je pravno ali družbeno vprašanje. Ali jaz, ki sedim na vozniškem sedežu in pritisnem gumb za samostojno vožnjo, odgovarjam za aktivnosti svojega avtomobila, ki ga je nekdo drug sprogramiral, četudi nimam vpliva na odzive tega programa? 

Klasični industrijski roboti so temelj robotike, to je področje, ki je precej dobro razvito. Govorila sva o stopnjah razvoja samovozečih vozil; na kateri stopnji je industrijska robotika, če te stopnje obstajajo, kakšni so cilji?

Stopnje industrijske robotike niso razporejene v razrede. Razmislek lahko začnemo v letu 1961 s prvim patentom robota. V tem prvem obdobju so bili roboti nerodni, poganjali so jih hidravlični cilindri, vodeni pa so bili sprva z elektronkami, nekoliko pozneje pa s tranzistorsko logiko. Po letu 1974 je več  proizvajalcev uvedlo električne pogone, stanje tehnike pa je tedaj omogočalo uporabo za današnje čase sila preprostih prvih mikrokrmilnikov. Po letu 1985 in posebej po letu 1990 so zmogljivejši računalniki postali dostopnejši, s tem pa je bilo mogoče sproti računati komplicirane enačbe, potrebne za boljše gibanje robotov. V letu 2008 so se pojavili prvi sodelujoči roboti.

Posamezne skupine industrijskih robotov so danes s tehničnimi lastnostmi prirejene za specifične uporabe. Najbolj pogosti so klasični industrijski roboti za manipulacijo, ti imajo včasih daljše in lažje roke. Pogosta je tudi operacija varjenja, ti roboti imajo specifične ukaze za nadzor in prilagajanje trajektorije robota. V prašnem okolju morajo biti roboti posebej zatesnjeni. Pri različnih načinih barvanja so primerni prilagojeni roboti za eksplozivno okolje z nadtlakom v segmentih, s tem se preprečuje nevarnost vžiga. Ravno obratno je potrebno v farmacevtski ter prehrambni industriji, kjer želimo preprečiti prehod kakršnegakoli delčka iz robota v okolico. Podobne, v bistvu še ostrejše zaradi večjih hitrosti, so zahteve v polprevodniški industriji. Roboti za velika bremena, npr. 1500 kg, so manj točni, nasprotno poznamo veliko tipov robotskih mehanizmov za natančne operacije z majhnimi predmeti. Paralelni industrijski roboti so primerni za zelo hitre gibe. Sodelujoči roboti temeljijo na zaznavanju in regulaciji sile ter drugih specifičnostih. 

Iz vsega tega je mogoče prepoznati različne specifične izvedbe, te omogočijo ali pa olajšajo varno izvedbo kompleksnih nalog. Poceni proizvodna naprava, natančno in tudi zanesljivo delovanje so skupni cilji vsem tem rešitvam.

Katere novosti so v tem hipu aktualne pri industrijskih robotih?

Klasični industrijski roboti v okviru proizvodne linije stojijo iz varnostnih razlogov za ograjo in so zato manj  fleksibilni. V našem laboratoriju pa intenzivno razvijamo tudi sodelujoče robote, gre za novejšo smer razvoja v robotiki. Pričakuje se, da se bo veja sodelujočih robotov še zelo razmahnila prav zato, ker ograja med robotom in človekom ni več potrebna, njihovo programiranje pa je nekoliko bolj preprosto. Predvideva se, da bi bila ta vrsta robotov lahko uporabna tudi za obrtnike, za mala in velika podjetja, kjer nimajo zaposlenih specialistov za robotiko, saj bi lahko z njimi upravljali sami in bi bilo to zanje cenejše.

Kaj pa področja zunaj industrije?

Pospešeno razvijajo servisno robotiko na področju kritičnih aplikacij. Tu gre za razvoj robotov za pregledovanje in servisiranje človeku nevarnih konstrukcij in naprav, kot so dimniki (zadnje čase je bilo kar nekaj požarov zaradi neočiščenih dimnikov ...), mostovi na avtocestah, daljnovodi, gradbišča itd. Takšnih aplikacij je veliko. Roboti v obliki letečih dronov so izjemno uporabni tudi v geodeziji, saj lahko izvajajo geodetske meritve na težko dostopnih terenih, ki so za človeka prenevarni.

Danes so naenkrat postali aktualni tudi razni roboti, povezani z bolnišničnim zdravljenjem. Identificiranih je bilo več kot 67 delujočih sistemov oz. različnih področij take ali drugačne uporabe robotov v povezavi s covid-19. Področja so agro robotika, roboti za pomoč, samodejna dostava, roboti družabniki, dezinfekcijski roboti in laboratorijski roboti. Mnogo robotskih sistemov poskuša danes nadgraditi trenutne metode odločanja z zadnjimi spoznanji s področja umetne inteligence in tako zajeti še ta vidik.

Iz industrijskih obratov se robotika seli na domove, v naša gospodinjstva. Kaj vse že obstaja, kaj lahko pričakujemo, kaj potrebujemo in katere ideje so se morda izkazale za neuporabne? 

Za robotiko, ki je povezana s človekom, je zelo velik interes. Obstaja pa kar nekaj ovir za razmah robotike v gospodinjstvu. Roboti so večinoma kompleksne naprave, za zanesljivo funkcijo ne ravno poceni in težko dostopni. Zaradi tega največkrat ni mogoče izkoristiti učinka ekonomije obsega, torej pocenitve produkcije zaradi avtomatizirane proizvodnje. So tudi ranljivi, ali povedano drugače, morajo biti v celoti delujoči, da lahko opravljajo svojo funkcijo. Če samo ena komponenta ne deluje, in med mnogimi, tudi mehanskimi komponentami se to zlahka zgodi, potem celoten sistem ni uporaben. Tretje, v tovarnah je skoraj vedno zagotovljeno strukturirano okolje. Doma je ravno obratno. Stvari postavljamo in premeščamo po svoje, čeprav imamo red. Od robota v takem okolju se pričakuje večja stopnja prilagodljivosti in zavedanja okolice.

Staranje prebivalstva je eden osnovnih motivov za razvoj asistenčnih robotov za pomoč starejšim pri osnovnih opravilih. Katere potrebe so najbolj kritične, kaj tehnologija že omogoča?

Roboti za pomoč človeku danes zmorejo marsikaj, so nosljivi in nenosljivi za fizično pomoč, pripomočki za mobilnost zunaj in v prostorih, pripomočki za kopalnico in stranišče, sistemi za spremljanje stanja v večjih ustanovah in doma, sistemi teleprisotnosti za komunikacijo, kognitivno in socialno pomoč. Roboti za pomoč v zdravstvenih ustanovah se uporabljajo v lekarni, pri transportu zdravil in stvari ter npr. pri dvigovanju pacientov. Danes so aktualni roboti za dezinfekcijo. Na področju rehabilitacije in fizične pomoči poznamo rehabilitacijske robote, robotske proteze in robotske eksoskelete. Pri osebni fizični pomoči so roboti namenjeni za hranjenje (robotska žlica), za gibanje, dvigovanje in prenašanje bremen, čiščenje ter higieno. Pri osebni in kognitivni socialni pomoči so pomoč pri samooskrbi, robot družabnik, povezovalne naprave (teleprisotnost) in za kognitivno pomoč (opomniki, iskanje predmetov).

Kako naklonjena je robotom starejša generacija?

Starejša generacija ima zdrav pogled. Robot je pravzaprav stroj, morda opravilo naredi sam ali pa pri nečem pomaga, npr. robotski sesalnik ali robotska kosilnica. Zelo pozitivne vtise puščajo roboti za rehabilitacijo in osebno fizično pomoč. Pogosto smo priča raziskavam, kjer sodelujejo starostniki z velikim potrpljenjem, z razumevanjem za prepoznavanje nerodnosti današnjih sistemov in za njihovo odpravljanje ter izboljševanje.

V okviru Laboratorija za robotiko se ukvarjate tudi z razvojem asistenčnih robotov za rehabilitacijo in razvojem robotske proteze. Govorimo v tem primeru o razvoju bionične roke, ki temelji na povezavi živcev, ki prenašajo sporočila iz možganov?

Ne, gre za robotske nožne proteze. Mi se pravzaprav ne ukvarjamo z razvojem samih protez, ampak z uporabo senzorjev, ki sodelujejo pri odločanju in vodenju takšnih protez. Uporabljamo senzorje MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems). Ta zelo majhna vezja so sposobna meriti pospeške v vseh treh smereh, tudi kotne hitrosti okrog vseh treh osi ter vse tri komponente magnetnega polja. Vsak današnji mobilni telefon, likalniki, predvsem pa avtomobili imajo na različnih mestih takšne senzorje. Informacijo o gibanju zaznamo in jo na brezžični način posredujemo krmilniku robotske proteze. Določene kombinacije signalov napovedujejo začetek vstajanja osebe, začetek hoje po ravnem, po stopnicah gor ali dol ali pa začetek usedanja. Naš pristop torej ni v direktnem prestrezanju signalov iz živcev, ampak temelji na neinvazivnem pristopu. Študije kažejo, da so zakasnitve pri takšnem načinu detekcije zelo majhne in ne poslabšajo zanesljivosti detektiranja dogodkov.

S to tehnologijo smo v preteklosti merili tudi gibanje prezgodaj rojenih nedonošenih otrok. Podoben sistem smo uporabili tudi pri meritvah gibanja zimskih smučarskih skakalcev po zaletišču in v zraku. Pri njih smo iz podatkov gibanja izračunali tudi sile in navore na podlago v fazi odskoka.

Obširnejši članek je bil objavljen v reviji Gea (julij 2020)

Več o reviji Gea >