Humanoidalne marzenie. Nie od dziś dążymy do zbudowania robotów, które wyglądają jak my i potrafią to samo
Humanoidalnego robota swojej firmy Elon Musk zaprezentował po raz pierwszy w 2021 r. podczas wydarzenia „Tesla’s AI Day”. Tesla Bot działać miał, wykorzystując tę samą sztuczną inteligencję, która jest bazą autonomicznych pojazdów jego firmy. Robot Tesli miał mieć od 1,5 do niemal 2,5 metra wzrostu i być w stanie dźwigać ciężary powyżej 60 kg. Jego głowa, wyposażona w kamery autopilota używane przez pojazdy Tesli do rozpoznawania otoczenia, miała być wyposażona także w ekran do wyświetlania informacji. Podczas prezentacji Musk mówił, że Tesla Bot mógłby ludzi uwolnić od nudnych, powtarzalnych czynności, na przykład od robienia zakupów spożywczych. Jak podkreślał prezes Tesli, tworzenie robota w humanoidalnej postaci ma sens, gdyż uczłowiecza technologię.
Zdjęcie: stock.adobe.com
I to jest najprościej wyrażony klucz do wyjaśnienia, dlaczego powstają, powstawały i będą powstawać roboty na podobieństwo człowieka (2). Robotyczny lider, firma Boston Dynamics, ogłosiła może nie w odpowiedzi, ale wkrótce po tegorocznej prezentacji aktualizacji Tesla Bota, swoje najnowsze dwunożne dzieło, następcę biegającego, obracającego się, tańczącego i przeskakującego przez przeszkody robota Atlas. Udostępniony film pokazuje Atlasa nowej generacji, zbudowanego na zupełnie nowej platformie, budzącego się ze snu, powoli wstającego. Przede wszystkim, według komunikatu, jest to robot „w pełni elektryczny”, opiera się on na swoim poprzedniku, formalnie nazwanym HD Atlas, ale jest wyposażony w „nowy wariant chwytaków do spełniania różnych potrzeb manipulacyjnych klientów w różnych środowiskach”. W filmie na X pokazującym tego nowego robota Boston Dynamics napisał: „Obiecujemy, że to nie jest osoba w body”, prawdopodobnie naśmiewając się z Tesli, która podczas prezentacji w 2021 roku zamiast robota zaprezentowała osobę przebraną w czarny obcisły strój. Boston Dynamics współpracuje z Hyundaiem w celu przetestowania w ciągu najbliższych kilku lat tego w pełni elektrycznego robota w pracy. Jego chyba najbardziej znana konstrukcja, czworonożny Spot, używana jest m.in. na placach budowy lub przez wojsko w koszarach i na poligonach. Dostarcza też Stretcha, który jest przeznaczony do pracy w magazynach.
Ktoś, kto obserwuje rynek robotów humanoidalnych, może mieć w ostatnim czasie wrażenie sporego ożywienia. Znakiem tego zjawiska jest seria nowych konstrukcji chińskich firm, takich jak Unitree, UBTech/Baidu, Astribot, LimX, Kepler, Beijing Humanoid Robot Innovation Center. Niedawno w Internecie pojawił się dwudziestosekundowy film z wnętrza chińskiej fabryki robotów humanoidalnych, wywołując pewną konsternację w mediach społecznościowych, gdyż ukazywał szereg bardzo realistycznie wyglądających, częściowo oskórowanych humanoidów na taśmie produkcyjnej. Wideo pokazuje też kilka poruszających się humanoidów z włosami i skórą imitującą ludzki wygląd. Szybko okazało się, że to roboty prezentacyjne i wystawowe firmy ExRobots, które nie mają zbyt wielu zaawansowanych funkcji, ale za to efektownie wyglądają. ExRobots prowadzi Muzeum Nauki i Technologii Ex Future w mieście Dalian, które wygląda trochę jak zrobotyzowana wersja muzeum figur woskowych Madame Tussaud, z Einsteinem i Edisonem wśród animatronicznych postaci. Muzeum pozwala odwiedzającym „kierować” humanoidalną głową z własną mimiką twarzy za pomocą przechwytywania ruchu i drukować obiekty w 3D.
Tak czy inaczej Chiny nie wydają się pozostawać daleko w tyle za północnoamerykańskimi firmami, takimi jak Tesla, Figure, Sanctuary, Agility czy Apptronik. Jedna z wymienionych, Figure, niedawno podpisała umowę z twórcami ChatGPT z OpenAI a także z BMW, w której chce wprowadzić dwunożne roboty humanoidalne ogólnego przeznaczenia Figure01, o wzroście ok. 170 cm i masie ok. 70 kg, do fabryki niemieckiej marki w Spartanburgu w Karolinie Południowej. W komunikacie prasowym BMW zapowiada, że boty będą wykorzystywane do automatyzacji „trudnych, nie-bezpiecznych lub żmudnych zadań w całym procesie produkcyjnym”. Dzięki temu pracownicy będą mogli „skupić się na umiejętnościach i procesach, których nie można zautomatyzować”. Jak jednak zauważa ser-wis Gizmodo, wyjaśnienia te są dość niejasne i nie ma pewności, że roboty po prostu nie odbiorą pracy wielu ludziom. Z kolei szef Agility Robotics, Damion Shelton, zapowiada wyprodukowanie 10 tys. humanoidalnych robotów w specjalnie zbudowanej fabryce.
Producenci z różnych branż, w tym przede wszystkim motoryzacyjnej, wykorzystują robotykę od dziesięcioleci. Jednak innowacje te w przeważającej mierze ograniczały się do robotów jednozadaniowych lub maszyn wykorzystywanych do automatyzacji ściśle sprecyzowanych zadań i procesów. Robot humanoidalny to nie tylko taki, który ma kształt człowieka, ale jest też ogólnego przeznaczenia, czyli może zostać użyty do wielu różnych zadań, nauczony nowych prac i przystosowany do rozmaitych środowisk. Tak jak człowiek. Do zbudowania takiej maszyny dąży kanadyjska firma Sanctuary AI, doskonaląc „rękę”, czyli robotyczny manipulator swojej konstrukcji o nazwie Phoenix. Chodzi o to, by opanowała ponad trzydzieści typów chwytów, które potrafi wykonać ręka człowieka.
Od lat istnieje coś w rodzaju wyścigu o zbudowanie humanoidalnego robota, który przynajmniej pod niektórymi względami byłby wyjątkowy. Na przykład pod względem szybkości biegu. Próba pobicia przez zbudowanego na Uniwersytecie Stanu Oregon dwunożnego robota Cassie rekordu biegu na 100 metrów zakończyła się powodzeniem w tym sensie, że w styczniu 2024 r. przebiegł ten dystans w czasie 24,73 sekundy, co jest nowym rekordem Guinnessa w konkurencji robotów, ale jedynie dwunożnych. Tytuł najszybszego robota należy bowiem do czworonożnego WildCata, który osiągnął prędkość 30,6 km/h. Warto dodać, że przeguby „kolanowe” Cassie zostały zbudowane na wzór strusich. Cassie nie jest autonomiczna i nie ma zewnętrznych czujników. Musi być sterowana przez człowieka.
Historia naśladowania człowieka
Humanoidalne roboty od dawna pojawiają się w książkach i filmach science fiction. Nic dziwnego, że konstruktorzy starają się od dekad dorównać wizjom tworzonym przez wyobraźnię autorów tych dzieł.
Właściwie koncepcja robotów o ludzkich kształtach sięga jeszcze dalej w głąb historii. Jej korzenie można znaleźć w antyku i legendach o sztucznych istotach ożywianych przez bogów i czary. Jednym z wczesnych pionierów robotyki humanoidalnej był Leonardo da Vinci, który w XV wieku zaprojektował mechanicznego rycerza. Choć nigdy nie zbudowano tego konkretnego robota, sam projekt wykazywał dogłębne zrozumienie budowy ludzkiego ciała i mechaniki. Jednym z najwcześniejszych zbudowanych przykładów tego nurtu jest ruchoma figura człekokształtna Mechaniczny Kucharz Juanelo Turriano z XVI wieku.
Od początku XX wieku powstawało wiele innych prototypów robotów humanoidalnych. W 1928 roku japoński inżynier Makoto Nishimura zbudował pierwszego humanoidalnego robota na świecie nazwanego Gakutensoku. Ta prosta konstrukcja o niewielkich możliwościach ruchowych zapoczątkowała nowy kierunek w robotyce. Jednym z pierwszych humanoidalnych robotów bliższych współczesnym definicjom był Electro Mechanical Man (EMMA), opracowany w 1938 roku przez Westinghouse Electric Corporation. Był prostym, mechanicznym robotem, który mógł wykonywać podstawowe zadania, takie jak chodzenie i chwytanie przedmiotów. Ważnym kamieniem milowym był WABOT-1 zbudowany przez japońskiego naukowca Ichiro Kato na Uniwersytecie Waseda w Tokio w 1973 roku. Mierzący 1,5 metra wysokości i ważący 130 kg WABOT-1 został zaprojektowany do funkcjonowania jako dwunożna maszyna krocząca i do wykonywania podstawowych zadań, takich jak komunikacja, manipulacja obiektami i wykrywanie otoczenia. Jego najbardziej godną uwagi cechą był system manipulatorów masterslave, który pozwalał mu wykonywać zadania wymagające wysokiej precyzji.
Lata 90. XX wieku przyniosły postęp w miniaturyzacji układów elektronicznych i opracowywaniu coraz wydajniejszych systemów sterowania. Roboty humanoidalne stawały się bardziej mobilne i zręczne. Pionierskie konstrukcje tego okresu to Honda P2, P3 oraz ASIMO (2000) – pierwszy w pełni programowalny robot humanoidalny. ASIMO potrafił samodzielnie chodzić po nierównym terenie, siadać i wstawać z krzesła, a nawet bawić się w proste gry. Mierząc 1,2 metra wysokości i ważąc 43 kg, ASIMO Hondy miał imponujące jak na tamte czasy możliwości, w tym bieganie z prędkością 6 km/h, chodzenie po schodach, a nawet rozpoznawanie poruszających się obiektów i ludzi.
W 2006 r. pojawił się opracowany przez Sony, QRIO (Quasi Humanoid Robot), który był 58-centymetrowym, 5,5-kilogramowym humanoidalnym robotem skupiającym się na rozrywce, edukacji i komunikacji. QRIO był wyposażony w zaawansowane funkcje, takie jak rozpoznawanie głosu, synteza mowy i rozpoznawanie twarzy. Jego unikalna konstrukcja i możliwości pozwoliły mu na interakcję z ludźmi w bardziej angażujący i naturalny sposób.
W ostatnich latach dziedzina robotów humanoidalnych rozwija się w jeszcze szybszym tempie. W 2017 roku firma Hanson Robotics zaprezentowała Sophię, „robotkę” humanoidalną zdolną do rozpoznawania twarzy i nawiązywania interakcji z ludźmi. Innym przykładem jest robot humanoidalny T-HR3 firmy Toyota, który ma za zadanie współpracować z człowiekiem w przestrzeniach domowych.
Jednym z najbardziej znanych współczesnych robotów jest oczywiście wspominany już Atlas firmy Boston Dynamics. To robot zdolny do podnoszenia przedmiotów, przeskakiwania przeszkód terenowych, autonomicznej żeglugi w trudnym otoczeniu oraz samoistnego podnoszenia się po upadku. Wykorzystywany jest m.in. w misjach ratunkowych. Pierwsza wersja Atlasa została zaprezentowana w 2013 roku i od tego czasu przeszedł znaczącą ewolucję. Jest zbudowany z aluminium i włókna węglowego.
Inny znany robot to Ameca firmy Engineered Arts, wyposażony w zaawansowane funkcje sensoryczne. Widzi, słyszy, mówi w kilku językach, wykonuje gesty i zmienia mimikę twarzy (8). Może nawiązywać kontakt z ludźmi i prowadzić z nimi rozmowę. Niedawno brytyjska firma zaprezentowała udoskonaloną wersję swojego humanoidalnego robota Ameca. Z „twarzą” wyposażoną w dwanaście nowych aktuatorów odpowiadających za mimikę maszyna prezentuje ludzkie ekspresje „twarzy”. Robot ten po raz pierwszy został pokazany pod koniec 2021 roku, a publicznie można go było zobaczyć na targach CES 2022. Zaprogramowano go do łączenia gestów z różnymi wyrazami twarzy, co umożliwia naśladowanie ziewania, wzruszania ramionami, wskazywania, machania, zdziwienia, uciszania kogoś lub sygnalizowania, że chce, aby ktoś powtórzył głośniej. Na swojej stronie Internetowej firma podaje, że Ameca jest „najbardziej zaawansowanym na świecie robotem w kształcie człowieka”. Morgan Roe, dyrektor operacyjny firmy, powiedział w jednym z wywiadów, że Ameca będzie służyć głównie w dziedzinie „robotyki usługowej” i raczej nie będzie obcować z prawdziwymi ludźmi przez kolejne „dziesięć do dwudziestu lat”. Od swojej premiery była spotykana na szeregu imprez, gdzie zwykle była czymś lub kimś w rodzaju robotycznej hostessy.
Zdjęcie: stock.adobe.com
Ameca walczy o miano gwiazdy współczesnej robotyki z Sophią firmy Hanson Robotics z Hongkongu. Jej twarz przypomina ludzką (powstała podobno na wzór Audrey Hepburn). Sophia jest jednym z najbardziej zaawansowanych humanoidalnych robotów. Może nawiązywać kontakt z ludźmi i prowadzić z nimi rozmowę. Do pewnego stopnia gwiazdą jest też zaprojektowany przez NASA do pracy w niebezpiecznych warunkach panujących w kosmosie robot Valkyrie. Wyposażony w urządzenia odporne na niskie temperatury i promieniowanie. Może zastąpić astronautów w wymagających czynnościach. Ma ok. 1,88 metra wzrostu i waży 135 kg. Do grona robocich celebrytów należy też z pewnością Pepper, 1,2-metrowy, 28-kilogramowy robot humanoidalny opracowany przez Softbank Robotics, który koncentruje się na interakcji z ludźmi i rozpoznawaniu emocji. Wyposażony w ramię o 20 stopniach swobody, rękę o 3 stopniach swobody i zaawansowane możliwości sztucznej inteligencji, Pepper został zaprojektowany tak, aby angażować użytkowników w bardziej empatyczny i spersonalizowany sposób. Ze względu na temperament medialny Elona Muska do grona celebrytów robotyki szturmem przedarł się trzy lata temu Tesla Bot. Kolejna jego wersja waży około 60 kg, zaś Optimus Gen2 jest o 10 kg lżejszy i ma podobno lepszą zdolność utrzymywania równowagi.
Jest oczywiście rzesza mniej znanych, ale nie mniej imponujących konstrukcji robotycznych, w których tworzeniu wyróżniają się Japończycy. Przykładem może być HRP-4 stworzony przez Japońską Narodową Agencję Badań Lotniczych i Kosmicznych. Thumanoid wyposażony w wyjątkowo zaawansowany system widzenia komputerowego i możliwość interakcji z ludźmi. Potrafi naśladować ludzkie ruchy oraz uczyć się nowych czynności obserwacyjnie. E2-DR Hondy (Experimental Model for R&D of Humanoid Robots) to z kolei 1,75-metrowy, 105-kilogramowy robot humanoidalny zaprojektowany do pomocy w usuwaniu skutków katastrof. Charakteryzuje się zaawansowaną mobilnością, w tym umiejętnością poruszania się po gruzach, wspinania po drabinach i korzystania z narzędzi.
Nie należy chyba w tej wyliczance pomijać HUBO, opracowanego przez instytut KAIST z Korei, Digita, stworzonego przez amerykańska firmę Agility Robotics, przeznaczonego do rutynowych prac, takich jak podnoszenie i przenoszenie przedmiotów w magazynach. Apollo firmy Apptronik, mający 1,7 metra wzrostu o wadze 72,6 kg, potrafi podnosić ciężary ważące do 25 kg, ma wymienialną baterię, co pozwala mu pracować nawet przez 22 godziny. Baxter robot zbudowany przez Rethink Robotics, który według zapewnień konstruk-torów może pracować ramię w ramię z ludźmi w fabrykach i warsztatach, a także Walkera, chińskiej firmy UBTech, zdolnego do chwytania i manipulowania obiektami, a także rozpoznawania i reagowania na polecenia głosowe.
Przyszłe roboty humanoidalne mają być zdolne do autonomicznego uczenia się nowych umiejętności praktycznych, a także do rozumienia kontekstu sytuacyjnego i subtelności ludzkiej komunikacji niewerbalnej. Unowocześnione interfejsy mózg-komputer (BCI) mają zapewnić intuicyjną współpracę ludzi i maszyn. Wszystko to wzbogacone o coraz tańsze i wydajniejsze technologie sensoryczne i aktuatorowe.
Także wolne i samodzielne jak człowiek?
Konstruowanie zaawansowanych robotów humanoidalnych napotyka wiele istotnych wyzwań technicznych i problemów, które wciąż są do przezwyciężenia. Odwzorowanie ludzkiej zdolności dynamicznego poruszania się w różnych warunkach otoczenia stanowi jedno z największych wyzwań. Roboty muszą mieć wystarczająco zwinne kończyny i układy napędowe, aby utrzymywać równowagę, zmieniać kierunek, pokonywać przeszkody, wchodzić po schodach itp. Wymaga to bardzo precyzyjnej koordynacji wielu stopni swobody oraz czułych systemów stabilizacji i równoważenia masy. Dodatkową trudność stanowi konieczność absorpcji wstrząsów podczas chodzenia i szybkich ruchów. Zapewnienie wystarczającej ilości energii do zasilania licznych układów napędowych, sensorów i systemów obliczeniowych jest bardzo trudne. Akumulatory są ciężkie i o ograniczonej pojemności, więc czas pracy jest ograniczony. Z kolei instalacja dużych silników spalinowych zwiększa masę robota, zmniejszając jego mobilność. Inżynierowie muszą znaleźć równowagę między zapotrzebowaniem na moc a zwinnością i mobilnością konstrukcji.
Roboty humanoidalne potrzebują zaawansowanych systemów postrzegania otaczającego świata, zdolnych do dokładnego odwzorowania informacji wizualnej, słuchowej, dotykowej itp. Z pomocą idzie tu uczenie maszynowe, które pozwala na lepsze rozpoznawanie obiektów i kontekstu sytuacyjnego. Sensory nacisku i czujniki siły umożliwiają subtelną manipulację przedmiotami. Czujniki IMU (żyroskopy, akcelerometry) są kluczowe dla kontroli równowagi. Integracja wszystkich tych informacji sensorycznych wymaga potężnych systemów obliczeniowych. Roboty muszą być w stanie poruszać się płynnie i naturalnie, naśladując ludzkie stawy, mięśnie i ścięgna. Wymaga to skomplikowanych układów sterowania i precyzyjnych siłowników. Utrzymanie równowagi podczas chodzenia, biegania lub wykonywania innych zadań jest dla robotów wyzwaniem. Konieczna jest również koordynacja ruchów całego ciała i kończyn na bieżąco. Niewielkie błędy mogą prowadzić do utraty równowagi lub kolizji z przeszkodami.
Równie ważne jest zagwarantowanie bezpieczeństwa ludzi, zwłaszcza podczas bezpośrednich interakcji fizycznych. Mają współpracować z ludźmi w naturalny i intuicyjny sposób w różnych środowiskach. Wymaga to zaawansowanego przetwarzania języka naturalnego, rozpoznawania mowy, interpretacji gestów i wyrażeń twarzy. Roboty muszą rozumieć kontekst społeczny i znaczenie często niejawnych komunikatów niewerbalnych. Dodatkowo, ich ruchy i zachowanie nie mogą wzbudzać lęku u ludzi. Ludzie często reagują emocjonalnie na roboty, które przypominają ludzi. Akceptacja społeczna jest ważna, aby roboty mogły działać w miejscach publicznych.
Elon Musk przewiduje, że w przyszłości roboty, choć ma na myśli głównie roboty Tesla, przewyższą liczebnie ludzi. Może to się łatwo stać, jeśli same będą w stanie się budować i klonować czy jakkolwiek to określimy. Fundament do tego w postaci samodzielnych systemów AI już właściwie prawie istnieje. W wywiadzie z Ezrą Kleinem z „New York Timesa”, Dario Amodei, dyrektor generalny tworzącej model Claude firmy Anthropic, stwierdził, że modele AI „są dość bliskie możliwości replikacji i przetrwania na wolności”, czyli autonomicznego funkcjonowania poza ludzką ingerencją i dalszego samodzielnego rozwoju. Perspektywa czasowa osiągnięcia tych technicznych możliwości to, jego zdaniem, 2025–2028 rok. Mowa tu o modelach sztucznej inteligencji, które są mózgami nowoczesnych robotów. Jeśli dodamy do tego techniczne zdolności do samonaprawy i samobudowy, to zaczyna być interesująca, a z innego punktu widzenia – niepokojąca.
Mirosław Usidus
