Roboty humanoidalne - dlaczego tak trudno je budować. Gatunek Robo Sapiens
Choć wygląd ma nie bardzo ludzki, to jednak gdy obserwujemy, jak się uwija przy pracy, zaskakująco bliski ludzkiej motoryce wydaje się Handle, robot firmy Boston Dynamics. Kilka lat temu wprawił wszystkich w zdumienie swoimi zdolnościami gimnastycznymi. Teraz powrócił w nieco bardziej przyziemnym wydaniu - jako pracownik magazynu.
Producent opublikował film, na którym możemy zobaczyć, jak sprawnie i ekonomicznie transportuje ładunki pomiędzy różnymi częściami hali. Wyposażono go w zestaw przyssawek, którymi idealnie chwyta przesyłki o wadze do 11 kg, przenosi je i układa na paletach. Jest dobrze wyważony, a koła zamiast nóg zdecydowanie dobrze wpływają na płynność ruchu. Oczywiście nie bez znaczenia pozostaje kontrola przestrzeni jego pracy i płaska nawierzchnia hali.
Roboty z komiksu
Koła i wyprostowana sylwetka "robota jak z komiksu, filmu lub bajki" z generowanym sympatycznym obliczem to cechy wielu robotów humanoidalnych, które spotykamy obecnie w publicznych miejscach.
Taki jest np. Care-O-bot (2), robot serwisowy opracowany przez firmę Fraunhofer. Dzięki połączeniu podwozia i tułowia może przechylać się i zginać we wszystkich kierunkach. Wszechstronne przeguby ramion oraz ramion z chwytakami zapewniają maszynie szeroki zakres zastosowań. Wyposażona jest w czujniki i oprogramowanie. Nie tylko reaguje na ludzki głos, ale potrafi nawet rozpoznać nastrój swojego "pana" na podstawie mimiki jego twarzy. Jak mówią twórcy, celem było nie tyle zaprojektowanie urządzenia przypominającej człowieka, ile nadanie mu charakteru prawdziwego dżentelmena…
PadBot P3, który jest interaktywnym elementem wyposażenia stoisk handlowych, również opiera się na koncepcji "komiksowego humanoida", kojarzącego się trochę z ludzkim towarzyszem, a trochę z zabawką. Robot wyposażony w technologię identyfikacji twarzy wita klientów przyjaznym uśmiechem, a nawet rozpoznaje VIP-ów, zapewniając ich, że firma oferuje im ekskluzywne promocje. Personel może sterować robotem za pośrednictwem smartfona.
Podobną konstrukcją jest Kuri (3), robot domowy firmy Mayfield Robotics - z "osobowością", świadomością otoczenia i umiejętnością swobodnego poruszania się po wnętrzach. Zaprojektowano go tak, aby stał się częścią rodziny, zabawiając domowników, puszczając muzykę i rejestrując kamerą ważne wydarzenia. Kuri jest w stanie reagować na dźwięk i dotyk, a nawet wyposażono go w system oświetlenia, dzięki któremu użytkownicy wiedzą, w jakim "nastroju" się znajduje.
Podobne znane na rynku konstrukcje to Buddy francuskiego startupu Blue Frog Robotics, Zenbo od Asusa, boty firmy Aeolus, Walker czy Cruzr autorstwa Ubtech Robotics. Jest ich coraz więcej. Wciąż komiksowo, ale już nieco bardziej jak ludzie wyglądają roboty takie, jak słynny Pepper zaprojektowany przez SoftBank Robotics (dawniej Aldebaran Robotics), który potrafi wyczuć emocje i pokazać swoje własne uczucia, Nao (4) tej samej firmy, mówiący po japońsku, angielsku i chińsku, zatrudniony w jednym z japońskich banków do odpowiadania na pytania klientów, oraz Murata, czyli stworzona przez firmę o tej samej nazwie pierwsza na świecie zrobotyzowana cheerleaderka.
Kontynuacją i rozwinięciem tego nurtu, który można by nazwać "komiksową robotyką", był widziany w lutym tego roku na Mobile World Congress (MWC) w Barcelonie w Hiszpanii XR-1 (5) - zgrabny humanoid stworzony przez chińską firmę INNFOS. "Robot do inteligentnej obsługi" tańczy, nawleka nitkę na igłę, nalewa napoje i trzyma w "palcach" jajko, nie rozbijając go. Według prasowego komunikatu producenta może to wszystko zrobić dzięki swoim unikalnym siłownikom, które zapewniają maszynie możliwość ruchu.
Pod względem "człekokształtności" XR-1 przypomina lub nawet przewyższa produkt Pal Robotics o nazwie REEM, który jest pełnowymiarowym humanoidalnym robotem serwisowym. Może on pełnić funkcję recepcjonisty, zapewniać gościom rozrywkę, prowadzić prezentacje, wygłaszać przemówienia w różnych językach oraz pomagać w realizacji rozmaitych zadań. REEM jest solidnym, konfigurowalnym robotem, zdolnym do samodzielnej nawigacji, interakcji z napotkanymi przez siebie ludźmi i pracy przez osiem godzin.
Podobny poziom humanoidalności wykazuje również Romeo, zaprojektowany, aby pomagać starszym ludziom. Robot ten otwiera drzwi, wchodzi sam po schodach i sięga po odpowiednie przedmioty - wszystko podczas wykonywania obowiązków pielęgnacyjnych.
Stara koncepcja - trudna konstrukcja
Istnieje wiele form, w które wciela się sztuczna inteligencja, ale humanoidalne roboty należą do najbardziej popularnych. Jeden z najwcześniejszych pra-modeli tego typu został zaprojektowany w okolicach roku… 1495, przez Leonarda Da Vinci. Miał to być rodzaj pancernej zbroi, poruszającej się tak, jakby był w niej prawdziwy człowiek, który siada, stoi czy chodzi. Nie wiadomo jednak, czy została kiedykolwiek wykonana.
Wśród pierwszych pełnowymiarowych humanoidalnych konstrukcji w czasach współczesnych był WABOT-1 (6), stworzony w 1973 r. przez Tokijski Uniwersytet Waseda. Od tamtego czasu roboty humanoidalne przebyły długą drogę, ale wciąż nie dotarły do poziomu, który opisują literatura i film S-F. Obecnie maszynowe humanoidy powstają głównie w celach badawczych. Czasem też pojawiają się - choć wciąż raczej jako ciekawostki czy chwyty promocyjne przyciągające klientów - w roli recepcjonistów, robotów do prostej obsługi informacyjnej lub do rozrywki, jako muzycy lub tancerze.
Spotykamy więc takie konstrukcje jak Ursula, "robotka", która śpiewa, gra muzykę, tańczy i rozmawia z publicznością w Universal Studios. W niektórych pokazach Disneya w parku rozrywki wykorzystuje się roboty animatroniczne, które wyglądają, poruszają się i mówią podobnie jak ludzie. Chociaż wyglądają realistycznie, nie mają wbudowanych funkcji poznawczych ani autonomii.
Pracujący nad robotami humanoidalnymi wynalazcy i inżynierowie stają przed wielkimi wyzwaniami. Jednym z najważniejszych jest próba odtworzenia ludzkiej mobilności dwunożnej. Maszyny na kołach są łatwiejsze do zbudowania i mogą mieć od pasa w górę całkiem ludzki wygląd, niemniej nie ma to związku z naszym sposobem poruszania się.
Humanoidy są zazwyczaj albo androidami (robotami męskimi) albo gynoidami (żeńskimi). Wyposażane są w czujniki, które pomagają im w rozpoznawaniu i wyczuwaniu otoczenia. W niektórych instaluje się kamery. Za ruchy i gesty części "ciała" odpowiadają silniki umieszczone w strategicznych punktach, zwykle nazywane siłownikami.
Czujniki percepcyjne wyczuwają pozycję, orientację oraz prędkość ciała i stawów człowieka. U ludzi do utrzymania równowagi i orientacji służą otolity i półokrągłe kanały (w uchu wewnętrznym). Ponadto mamy własne czujniki propriorecepcyjne (np. dotyku, przedłużenia mięśni, pozycji kończyn), aby pomóc sobie w orientacji.
Roboty humanoidalne używają akcelerometrów do pomiaru przyspieszenia, czujników pochylenia do pomiaru nachylenia, czujników siły umieszczonych w dłoniach i stopach do pomiaru siły kontaktu z otoczeniem, czujników położenia, które wskazują rzeczywistą pozycję robota lub nawet czujników prędkości.
Czujniki dotykowe dostarczają informacji o siłach i momentach obrotowych przenoszonych między robotem a innymi obiektami.
Czujniki wizyjne działają co do zasady podobnie do oczu ludzi. Większość robotów humanoidalnych wykorzystuje kamery CCD.
Czujniki dźwięku, czyli najczęściej mikrofony, pozwalają robotom słyszeć mowę i dźwięki otoczenia oraz działać jak uszy człowieka.
Roboty mogą wykorzystywać siłowniki elektryczne, pneumatyczne, hydrauliczne, piezoelektryczne lub ultradźwiękowe. Pierwsze trzy rodzaje są bardziej znane i zapewne każdy widział je w działaniu. Jeśli chodzi o siłowniki piezoelektryczne, to generują niewielkie ruchy po przyłożeniu napięcia. Mogą być stosowane do bardzo precyzyjnego pozycjonowania oraz do generowania i obsługi dużych sił lub ciśnień. Siłowniki ultradźwiękowe są przeznaczone do wytwarzania ruchów w skali mikrometrowej z częstotliwością ultradźwiękową powyżej 20 kHz. Są przydatne do sterowania wibracjami, aplikacji pozycjonowania i szybkiego przełączania.
1. Ramiona i "dłonie" podobne do ludzkich
2. Percepcja dotykowa
3. Zdolność do manipulacji obiektami
4. Umiejętność interakcji z człowiekiem
5. Posiadanie sztucznego mózgu
Robocelebrytki
Istnieje kategoria robotów humanoidalnych, które nie mają już charakteru "komiksowego". Ich twórcy chcą, jak w przypadku Mesmera, upodobnić je maksymalnie do ludzi, czemu służy zwykle pieczołowitość w odtwarzaniu oblicza. Niektóre najbardziej atrakcyjne "robotki" stały się wręcz celebrytkami.
Na przykład Sophia (7) - pierwszy na świecie robot z obywatelstwem. Została przedstawiona na forum Organizacji Narodów Zjednoczonych 11 października 2017 r. 25 października otrzymała obywatelstwo Arabii Saudyjskiej. Jak zapewniają jej twórcy, specjaliści z firmy Hanson Robotics, jest w stanie wygenerować do pięćdziesięciu wyrazów twarzy i w równym stopniu okazywać uczucia. Ma bardzo wyraziste oczy, a jej sztuczna inteligencja obraca się wokół wartości ludzkich. Wykazuje również poczucie humoru. Od czasu nadania jej obywatelstwa udzieliła kilku wywiadów, uczestniczyła w konferencjach i jest obecnie jedną z najpopularniejszych humanoidek na świecie.
"Prezenterka TV" Kodomoroid została zbudowana w Japonii przez sławnego robotyka prof. Hiroshiego Ishiguro. Jej nazwa wywodzi się od japońskiego słowa "kodomo", oznaczającego dziecko. Robot mówi w wielu językach, potrafi czytać wiadomości i podawać prognozy pogody. Umieszczono ją w Muzeum Emerging Science and Innovation w Tokio, gdzie obecnie pracuje. Nie mniejszą sensację wywołuje zresztą również późniejsze dzieło prof. Ishiguro, robot o imieniu Erica (8).
Znanym wcześniejszym humanoidalnym japońskim dziełem był Actroid (9), zaprojektowany przez inżynierów z Uniwersytetu w Osace i wyprodukowany przez Kokoro Company. Po raz pierwszy zademonstrowano go w 2003 r., podczas międzynarodowej wystawy robotów w Tokio. Od tamtej pory stworzono kilka nowych modeli urządzenia, z których większość ma wygląd młodej japońskiej kobiety.
Actroid potrafi wykonywać sporo rzeczy typowych dla ludzi, np. mrugać oczami, mówić czy oddychać. Kolejne modele Actroida to: Repliee Q1, Repliee Q2, Repliee R1, DER, DER2, Simroid oraz męska wersja znana też jako Geminoid HI-1 - różniące się między sobą stopniem zaawansowania technologicznego i wyglądem.
Japońskie zamiłowanie do tworzenia niezwykle podobnych do ludzi robotów zdają się podzielać także Koreańczycy, którzy zbudowali pannę EveR-1. Ten robot z Koreańskiego Instytutu Technologii Przemysłowych ma mimikę podobną do Actroida. W Chinach z kolei powstała Jia Jia - humanoidalna maszyna jeszcze bez mimiki i możliwości ruchowych, ale potrafiąca prowadzić konwersację.
Japończycy nie boją się podobnych do ludzi robotów
Tradycja konfliktu między człowiekiem a maszyną jest już całkiem bogata - od Golema, przez Frankensteina, HAL 9000 z "2001: Odysei kosmicznej", "Blade Runnera", "Terminatora", aż po inne przedstawienia w filmach, literaturze i sztuce. Jak jednak zauważa Ulrich Eberl z Uniwersytetu Technicznego w Monachium, roboty obracające się przeciw ludziom i podbijające świat to typowo zachodnia mitologia. Na Wschodzie jest zupełnie inaczej. W Japonii np. istnieje wielowiekowa tradycja istnienia pomagających człowiekowi maszyn.
Już trzysta lat temu budowano tam duże zmechanizowane lalki, które m.in. serwowały herbatę. Po drugiej wojnie światowej pojawiły się komiksy manga, gry wideo i filmy anime - np. z Astro Boyem, chłopcem-robotem, który pomaga ludziom w walce przeciw złu. To zupełnie inny punkt widzenia, w którym chodzi o harmonię między człowiekiem a maszyną. Dlatego Japończycy tak chętnie konstruują ludzkie roboty.
Nawet jednak na Zachodzie pojawiają się sygnały, że stosunek do maszyn się zmienia. Sari Nijssen, specjalistka w dziedzinie interakcji ludzko-robotycznych z Uniwersytetu Radboud, zauważyła, że personelowi wojskowemu zdarza się "opłakiwać" robota, który jest używany do usuwania min.
Organizowane są nawet pogrzeby takich urządzeń. Nijssen prowadziła badania wokół kwestii, w jakim stopniu ludzie są gotowi poświęcić roboty, aby ratować czyjeś życie. Okazało się, że im bardziej robot był postrzegany jako ludzki, tym trudniejszy dylemat mieli uczestnicy eksperymentów. Kiedy robot przedstawiany był jako istota świadoma, z własnymi myślami, doświadczeniami, bólem i emocjami, osoby poddane testowi rzadziej poświęcały go na rzecz osób anonimowych. Według Nijssen oznacza to, że ludzie, w pewnych warunkach, obdarowują roboty wartością moralną.
Wciąż rzadko spotykamy się jednak z robotem twarzą w twarz. Stanowi to istotną barierę, gdy patrzymy w przyszłość, w której roboty będą częścią naszego codziennego życia. Jak ją przełamać?
Badania przeprowadzone w 2017 r. przez naukowców z Uniwersytetu Koblenz-Landau, Uniwersytetu w Würzburgu i Arts Electronica Futurelab wykazały, że ludzie, którzy obserwowali interakcje na żywo z robotem, byli bardziej skłonni uznać, że ma on cechy bardziej ludzkie. W ubiegłorocznym badaniu przeprowadzonym na Uniwersytecie w Plymouth okazało się, że mniej doświadczone w interakcjach z ludźmi dzieci są skłonne bardziej ulegać wpływom robotów, czyli bariera w tym przypadku jest mniejsza.
W ciągu następnej dekady wiele osób po raz pierwszy spotka się z robotami usługowymi. Są one zaprojektowane tak, aby komunikować się z nami w ludzki sposób i pomagać nam w różnych aspektach codzienności. Do tej pory znamy takie roboty przeważnie tylko z Internetu lub telewizji. Nadal sceptycznie odnosimy się do idei dzielenia z nimi swojego życia osobistego, zwłaszcza jeśli chodzi o maszyny o wyglądzie bardzo przypominającym człowieka.
Zdaniem Philippe’a Soueresa, kierownika działu robotyki w laboratorium należącym do francuskiego instytutu naukowego CNRS, ludzie do pracy i towarzystwa w domu wybierają "systemy modułowe w kształcie ludzkiego ciała", którym dzięki temu łatwo wpasować się w rzeczywiste środowisko zbudowane pod kątem potrzeb człowieka. Wielu ekspertów uważa, że łatwiej nam zaakceptować roboty, gdy mają ludzkie twarze, ponieważ wydaje się nam, że można przewidzieć, jak będą się poruszać i reagować.
Ma to jednak swoje granice. Japoński badacz Masahiro Mori w teorii „doliny niesamowitości” (uncanny valley), którą opracował w latach 70. ubiegłego wieku, stwierdza, że reagujemy pozytywnie na roboty, jeśli mają one cechy fizyczne nam znane, ale przeszkadzają nam, jeśli zaczynają wyglądać zbytnio jak my. Do tego, przynajmniej na razie, dochodzi problem niemożności stworzenia twarzy idealnie takiej samej i tak samo się zachowującej jak ludzka. Tę widoczną niedoskonałość homo sapiens odrzuca, a czasem nawet się jej lęka. Co będzie, gdy roboty humanoidalne będą już doskonałe w imitacji swoich stwórców?
Atlas (Boston Dynamics). Niemal każda dyskusja na temat robotów humanoidalnych zaczyna się oczywiście od tej konstrukcji. Po raz pierwszy zaprezentowano ją w lipcu 2013 r.Została zaprojektowana do udziału w konkursie DARPA Robot Challenge. Trzy lata później odsłonięto kolejną generację Atlasa, który mógł już chodzić po śniegu, podnosić pudełka i wstawać samemu po upadku. Wszystko to jednak zbladło w porównaniu z tym, co widzieliśmy w 2017 r., kiedy Atlas rozwinął umiejętność wskakiwania na pudła i robienia backflipów, oraz w 2018 r., gdy biegał i zaliczał parkour.
T-HR3 (Toyota). Niedawno zaprezentowano możliwość zdalnej kontroli tego robota w sieci 5G z odległości ok. 10 km. Naśladuje on ruchy człowieka, pozwalając na bezpieczne użytkowanie w różnych sytuacjach, w tym na placach budowy, w miejscach dotkniętych katastrofą, a nawet w przestrzeni kosmicznej.
E2-DR (Honda). Ta konstrukcja jest przygotowana na wiele różnych sytuacji - wysokie temperatury, pustynny wiatr czy wodę. Niewielki rozmiar sprawia, że robot jest w stanie przecisnąć się przez szparę o szerokości 30 cm. Prace nad nim trwały przez lata, ale ponieważ w międzyczasie opracowano wiele nowoczesnych rozwiązań i technologii, m.in. unikalny system chłodzenia i wentylacji, maszyna jest w stanie działać na optymalnym poziomie nawet w 40-stopniowym upale. Pojemna bateria zapewnia możliwość pracy do 90 minut, co jest całkiem niezłym wynikiem. E2-DR skonstruowano w dużym
stopniu w oparciu o znanego robota humanoidalnego ASIMO, który Honda rozwija od ponad dekady.
Cassie (Agility Robotics). Według swoich twórców, Cassie jest znacznie bardziej energooszczędny w porównaniu z innymi robotami humanoidalnymi. Damion Shelton, jego główny konstruktor, powiedział, że jego "wydajność zaczyna zbliżać się do pojazdu kołowego". Mechanizm motoryczny opiera się na wieloletnich badaniach naukowych, w tym na rozwiązaniach zastosowanych w robocie dwunożnym ATRIAS, opracowanym w Laboratorium Dynamiki Robotyki na Uniwersytecie Stanowym Oregon.
