Quo vadis robotyko? - PAR

Quo vadis robotyko?Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010Cezary ZielińskiSzybki rozwój robotyki podyktowany jest intensywnością badań prowadzonychw tej dziedzinie. To oraz potrzeby społeczne spowodowały duże zainteresowanieprzemysłu tą dziedziną. W wielu krajach, nie tylko wysoko rozwiniętych, w jejrozwój inwestowane są bardzo znaczące fundusze ze źródeł państwowychoraz prywatnych. Wszystko to uprawnia do zadania tytułowego pytania.Odpowiedzi na to pytanie szukano zarówno w bogatej literaturze naukowejjak i w dokumentach zbiorczych opracowanych przez gremia naukowe(EURON: European Robotics Network, CCC/CRA: Computing CommunityConsortium, Computing Research Association) oraz przemysłowe (EUROP:European Robotics Technology Platform).stotne zwiększenie mocy obliczeniowej oraz zmniejszeniegabarytów komputerów stworzyło warunki dorozwoju wielu tzw. inteligentnych urządzeń, w tym robotów.Intensywne badania w dziedzinach pokrewnychdoprowadziły do opracowania różnorodnych czujnikóworaz napędów, pomysłowych rozwiązań mechanicznych,a przede wszystkim efektywnych algorytmów sterowania.Obecnie obserwujemy wykładniczy przyrostpublikacji z zakresu robotyki oraz pojawianie się corazto nowych przedsiębiorstw zajmujących się wytwarzaniemrobotów i to nie tylko przemysłowych. W tej sytuacjizasadne staje się tytułowe pytanie, dokąd zmierzarobotyka i czego można się po niej spodziewać w nieodległejprzyszłości. Jest to szczególnie istotne dla firm,które swoją przyszłość upatrują w inwestowaniu w nowetechnologie, a więc tworzących gospodarkę opartąna wiedzy. Aby dać odpowiedź na postawione pytanie,należy prześledzić materiały licznych konferencjipoświęconych robotyce, przyjrzeć się wielkim projektomfinansowanym przez Komisję Unii Europejskiej, aleprzede wszystkim raportom (tzw. mapom drogowym– ang. roadmap) określającym kierunki rozwoju robotyki,opracowanym przez duże gremia uczonych i praktykówzajmujących się robotyką. W ciągu ostatnich dwóchlat powstało kilka takich dokumentów, więc warto sięim przyjrzeć bliżej. Celem tego artykułu jest wskazanie,na podstawie dostępnych materiałów, spodziewanychkierunków rozwojowych w zakresie robotyki.Kategorie robotów i ich cechyPrzed przystąpieniem do realizacji nakreślonego celunależy spróbować określić wzajemne relacje międzypojęciami często występującymi w różnych opracowaniach.Niestety, robotyka nie dorobiła się jednolitejterminologii, szczególnie w zakresie nazw kategoriirobotów. Najbardziej przydatna jest klasyfikacja zeprof. dr hab. inż. Cezary ZielińskiPrzemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów,Warszawawzględu na rodzaj środowiska, w którym robot możeoperować. Wyróżnia się trzy rodzaje środowisk, a więci robotów z nimi związanych. Są to:roboty przemysłowe – operujące w środowiskuw pełni strukturalnym, a więc specjalnie przystosowanymtak, aby urządzenie nie miało problemówz realizacją powierzonych mu zadań (np. gniazdoprodukcyjne, gdzie wszystkie urządzenia współpracującesą dokładnie ustawione, więc wystarczy, żerobot jest sterowany pozycyjnie, i w związku z tymnie potrzebuje zbyt wielu czujników zewnętrznych– eksteroreceptorów)roboty usługowe (osobiste i profesjonalne) – operującew środowisku quasi-strukturalnym, stworzonymprzez człowieka na własne potrzeby, a więcw otoczeniu niedostosowanym specjalnie do potrzebrobota (np. dom, hala dworcowa, biuro, restauracja);roboty osobiste wspomagają człowiekaw jego domu, natomiast roboty profesjonalne świadcząusługi zazwyczaj na rzecz grupy anonimowychusługobiorców, a nie pojedynczego człowiekaroboty terenowe – operujące w środowisku niestrukturalnym,czyli naturalnym (np. pole, las, przestrzeńpowietrzna lub podmorska).Jak wspomniano, twórcy różnych opracowań natemat robotyki niestety rzadko trzymają się jednej standardowejnomenklatury i jednej klasyfikacji robotów.Częste bywa łączenie robotów usługowych i terenowychw jedną grupę, wtedy także zwaną robotami usługowymi.W tym przypadku większość robotów terenowychklasyfikowana jest jako profesjonalne robotyusługowe. Do tej klasy są zaliczane roboty inspekcyjne,rolnicze, stosowane w lasach, roboty militarne itd. Osobisteroboty definiowane są jako roboty wspomagająceludzi w ich codziennych zajęciach, szczególnie w ichdomach (wtedy nazywa się je także domowymi) orazroboty kompensujące różne ułomności.To, co odróżnia współczesne roboty od innych urządzeń,to duży stopień ich autonomii. Trzeba tu wyróżnićdwa typy autonomii: energetyczną i informacyjną.Obie formy są niezbędne do otrzymania pełnej autonomiidziałania tych urządzeń. Ta pierwsza jest zwią-5

Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010zana z umieszczeniem źródła zasilania w energię napokładzie robota. Ta druga dotyczy podejmowania decyzji,a więc określenia, czy o wykonywanych czynnościachdecyduje układ sterowania robota czy operator,a więc człowiek. Obecnie robotyka dąży do wytworzeniarobotów autonomicznych zarówno pod względemenergetycznym, jak i informacyjnym, zdolnych doefektywnego działania zarówno w środowiskach niestrukturalnych,jak i quasi-strukturalnych. Trudnośćzwiązana z autonomią energetyczną wynika z brakuodpowiednio pojemnych energetycznie baterii o niewielkichgabarytach i – przede wszystkim – o małejmasie. Rozwiązanie tego problemu leży poza robotyką.U podstaw autonomii informacyjnej leżą odpowiedniealgorytmy sterowania i podejmowania decyzji. Pracenad tymi algorytmami leżą w głównym nurcie rozwojurobotyki oraz stowarzyszonej z nią kognitywistyki.Trudność, a pośrednio i koszt stworzenia robota, zależyzarówno od kategorii, do której należy, jak i stopniaautonomii, którym ma się cechować. Obecniewysiłek badawczy podzielony jest pomiędzy tworzenietechnologii zwiększających autonomię tych urządzeńoraz projektowanie systemów do coraz to nowszychzastosowań. Technologie te czasami nazywane sąwspierającymi (ang. enabling technologies). Mogą onepowstawać zarówno na gruncie badań dotyczących robotyki,jak i w sferze z robotyką niezwiązaną.Analiza trendów rozwojowych robotykiZarówno wiele krajów, jak i wiele stowarzyszeń krajowychi międzynarodowych dostrzega perspektywyotwierające się przed zastosowaniami robotów przyobecnym rozwoju technologii. Stąd duże nakłady finansowena robotykę, a co za tym idzie, tworzenie zarównoprognoz, jak i planów rozwoju tej dziedziny.W Polsce też podejmowane były próby określenia kierunkówrozwoju robotyki, np. [7]. Analizę trendówrozwojowych można prowadzić albo poprzez analizępublikacji w wiodących czasopismach z danej dziedziny(przykładowo dla robotyki będą to: IEEE Transactionson Robotics, International Journal of Robotics Research,Advanced Robotics, Robotica, Industrial Robot,Robotics and Autonomous Systems, International Journalof Humanoid Robotics, Journal of Intelligent andRobotic Systems, IEEE Robotics and Automation Magazine,Autonomous Robots, Robotics and Computer--Integrated Manufacturing, Journal of Field Robotics)bądź czytając materiały znaczących konferencji międzynarodowych(np.: ICRA [5], IROS [4, 10], RoManSy[8, 11], RoMoCo [6]) lub krajowych (np. KKR [9]).Ze względu na bogactwo i szczegółowość tych wszystkichmateriałów taka analiza jest bardzo żmudna. Cowięcej, nie należy się tu ograniczać tylko do materiałówbezpośrednio związanych z robotyką, ale równieżprześledzić rozwój wszelkich dziedzin pokrewnych,a w szczególności tych, które dostarczają technologiewykorzystywane przez roboty. Dlatego lepiej odwołaćsię do opracowań analitycznych stworzonych przezduże gremia naukowców i przemysłowców.Analiza EUROP pod kątem potrzeb rynkowychStowarzyszenie EUROP (European Robotics TechnologyPlatform – organizacja wspierana przez KomisjęUnii Europejskiej, zrzeszająca przede wszystkim partnerówprzemysłowych) w 6. Programie Ramowymzainicjowało projekt CARE (Coordination Action forRobotics in Europe), którego zadaniem było określenieniezbędnych z punktu widzenia przemysłu kierunkówbadań oraz przewidywań przyszłych osiągnięć robotyki.Jednym z celów tego programu było sformułowaniestrategii badawczej SRA (Strategic Research Agenda)dla europejskiego przemysłu robotycznego [3]. W dokumencietym wyróżniono pięć kategorii robotów,które są przedmiotem szczególnego zainteresowaniaprzemysłu:roboty przemysłoweprofesjonalne roboty usługowe (działające w terenieoraz w środowisku biurowym)domowe roboty usługowe (roboty osobiste, działającew domu)roboty obronne (związane z szeroko pojętymi: obroną,bezpieczeństwem oraz prowadzeniem akcji ratunkowych)roboty kosmiczne (roboty działające na orbitachoraz powierzchniach planet).Tak więc EUROP, antycypując na podstawie przewidywanychpotrzeb rynku jak będzie wyglądał rozwójrobotyki, wyróżniło następujące grupy robotów jakorokujące szczególne nadzieje na osiągnięcie sukcesukomercyjnego:współpracownicy robotników (czyli roboty wspomagająceludzi pracujących w fabrykach – pomocdotyczy wszelkich prac fizycznych, przy czym w odróżnieniuod robotów przemysłowych roboty tebędą bezpośrednio współdziałały z robotnikami,a nie, jak to było dotychczas w przemyśle, wykonywałyswe zadania starannie odgrodzone od ludzi)asystenci profesjonalnych usługodawców (robotywspomagające ludzi w świadczeniu usług – działaniatej grupy obejmują przykładowo wspomaganiechirurgów przy operacjach lub pomoc fizjoterapeutom,prace budowlane i remontowe, transport ludzii towarów, inspekcje)pomocnicy domowi (roboty wspomagające ludziw ich codziennych obowiązkach domowych, takichjak sprzątanie, pranie, gotowanie)kompani domowi (tu przede wszystkim chodzio wsparcie osób niepełnosprawnych i w podeszłymwieku w ich codziennych obowiązkach domowychoraz pełnienie funkcji kompanów do zabawy i rozmowy)eksploratorzy (roboty pracujące w niebezpiecznychlub niedostępnych ludziom środowiskach, np.w przestrzeni kosmicznej czy w lasach bądź na poluwalki)roboty dla potrzeb badania przestrzeni kosmicznej.Wskazuje się, że zastosowanie robotów-współpracownikówrobotników spowoduje zwiększenie wy-6

Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010dajności pracy, a przez to obniżenie kosztów wytwórczych,co z kolei zatrzyma odpływ produkcji do krajówo niskich kosztach wytwarzania. Warto też odnotować,że roboty usługowe zostały podzielone na kilka grup:roboty wspomagające profesjonalnych usługodawców,roboty-pomocnicy domowi oraz roboty-kompani. Pokazujeto jak wielką wagę przemysł przywiązuje siędo robotów tego typu. Jest to związane z komplementarnościątych urządzeń z tzw. inteligentnym otoczeniem(ang. ambient intelligence), na rozwój któregoprzeznaczono duże fundusze w ramach 6. ProgramuRamowego.EUROP nie przewiduje jak szybko wymienionegrupy robotów osiągną pożądaną sprawność, ale stowarzyszoneprzedsiębiorstwa i ośrodki badawcze sąskłonne przeznaczać poważne kwoty na badania prowadzącedo tego celu. Wymienia się na ogół rok 2020jako ten, w którym będzie już istnieć dojrzały przemysłzwiązany z wyżej wymienionymi robotami. Wyróżnionotrzy kierunki działań: rozwój systemów robotycznych,opracowanie i ulepszanie komponentów orazzminiaturyzowanych robotów, a ponadto prace nadzłożonymi i inteligentnymi zachowaniami.Analiza CCC/CRA – mapa drogowaamerykańskiej robotykiRobot-kompan będzie musiałwykonywać bardzo złożoneczynności. Niemiecki Justinstworzony został do badańnad manipulacją dwuręcznąw otoczeniu, w jakim funkcjonująludzie. Różnorodneczujniki umożliwiają percepcjęotoczenia.Fot. Deutsches Zentrum fürLuft- und RaumfahrtDuża grupa naukowców z najznamienitszych uczelniamerykańskich, sponsorowana przez ComputingCommunity Consortium (CCC) oraz Computing ResearchAssociation (CRA), przygotowała dla KongresuStanów Zjednoczonych dokument określający perspektywyrozwoju robotyki do roku 2020 i poza tenhoryzont [1]. Dokument ten, oprócz dogłębnej analizyekonomicznej konieczności inwestowania w robotykę,wyróżnia następujące bardzo obiecujące kierunkibadawcze:Uczenie i adaptacja do warunków panującychw środowiskach niestrukturalnych i quasi-strukturalnychModelowanie, analiza, symulacja i sterowanierobotamiMetody formalneSterowanie i planowanieCzujnikiPercepcjaNowatorskie mechanizmy i wydajne siłownikiInterakcja człowiek-robotArchitektury układów sterowania oraz reprezentacjaotoczenia.Jak widać nacisk jest położony raczej na technologieniezbędne do uzyskania prawdziwie autonomiczniedziałającego robota niż na partykularne zastosowaniarobotów. Oczywiście powyższe technologiepotrzebują odpowiedniego pola doświadczalnego, naktórym będzie można zweryfikować ich efektywność,a to oznacza stosowanie ich w robotach, przed którymistawia się coraz bardziej wymagające zadania. Środowiskorobotyków dostrzega konieczność prowadzeniaanaliz porównawczych tworzonych technologii, stądpowstają grupy zajmujące się formułowaniem wymagającychzadań wzorcowych (ang. benchmarking). Jednymz przejawów ich działalności są turnieje, takie jakGrand Challenge czy Urban Challenge zorganizowaneprzez DARPA w USA, a naśladowane w innych krajach,np. w Europie M-ELROB (Military European LandRobot Trial) czy w Singapurze TechX Challenge.Dokument stworzony przez CCC/CRA wskazał kilkaszczególnie obiecujących dziedzin zastosowań powyżejwymienionych technologii:Produkcja i logistykaMedycyna i służba zdrowiaUsługi.Historycznie pierwszym zastosowaniem robotówbyła produkcja przemysłowa. Obecnie działania ogniskująsię nie, jak uprzednio, na produkcji masowej, alena produkcji małoseryjnej i jednostkowej, a w związkuz tym badania koncentrują się na dużej zmiennościprogramu działań robota. Ponadto istotne jest zwiększenieszybkości działania oraz precyzji ruchu, a takżezdolności do reakcji na sytuacje nieprzewidziane, koniecznezatem staje się istotne wzbogacenie wyposażeniarobota przemysłowego w różnorodne czujniki,a co za tym idzie, rozwój algorytmów przetwarzaniadanych z nich otrzymanych.Przy produkcji jednostkowej bardzo istotny jest sposóbprzeprogramowywania robota. W związku z tymprowadzone są badania nad programowaniem przezpokazywanie (demonstrację przez operatora wspomaganąkomentarzem słownym, a czasem również odpowiednimigestami) oraz dodanie umiejętności uczeniasię (uogólniania zaobserwowanych prawidłowości).Uczenie się może być związane z doborem odpowiednichparametrów programu albo formułowaniemplanu działań. Ponadto istotne jest odpowiednie modelowaniei reprezentacja środowiska, w którym operujerobot. Wskazuje się na wiele zastosowań robotówwyposażonych w powyższe cechy. Na przykład mobilnemanipulatory mogą być wykorzystywane do fizycznegoprzekonfigurowywania linii produkcyjnych.Ochrona środowiska wymaga zwiększenia stopniaodzyskiwania surowców wtórnych. Zastosowanierobotów do rozmontowywania zużytego sprzętu7

Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010(ang. recycling) sprawia, że konieczne staje się wyposażenieich w bardzo różnorodne czujniki, narzędziaoraz zastosowanie zaawansowanych algorytmówprzetwarzania danych. Potrzebny jest również rozwójchwytaków wielopalczastych ze zdolnością odczuwaniazarówno sił normalnych jak i ścinających wywieranychprzez palce. Pomiar rozkładu sił będzie istotnyw precyzyjnej manipulacji.Gibka konstrukcja manipulatoraKUKA LWR – Light WeightRobotFot. ScholarpediaNależy podkreślić trudności, które powstają przychwytaniu obiektów elastycznych, miękkich lub mającychwewnętrzne stopnie swobody. Mówi się teżo nanorobotyce wykorzystującej tysiące jednostekw procesie samoorganizacji prowadzącej do samokonstrukcjiproduktu (robotyka inspirowana zachowaniemsię rojów). Zakłada się, że roboty będą asystowaćludziom przy produkcji (np. wspólne przenoszenieelementów), a to wymusza zmianę podejścia do bezpieczeństwaludzi. Dotychczas ludzie byli odgradzaniod pracujących robotów, teraz roboty muszą zachowywaćsię bezpiecznie znajdując się w pobliżuludzi, a więc ich konstrukcja i algorytmy sterowaniamuszą zapewnić odpowiedni stopień bezpieczeństwa(zmniejszone momenty bezwładności konstrukcjii wbudowana podatność mechanizmów). Bezpieczeństwowymaga również, aby robot wykonywał operacjetylko zlecone przez osobę do tego upoważnioną. Stądkonieczność zastosowania biometrycznej identyfikacjiużytkownika. Wymienione wyżej zdolności oczywiściesą niezbędne również innym niż przemysłowekategoriom robotów.Transport towarów jest znaczącym sektorem gospodarkiświatowej. Automatyzacja tego procesu jestszczególnie istotna. Dotyczy ona zarówno planowaniaruchu pojazdów, jak i uczynienia tych pojazdówbezzałogowymi, a także automatyzacji procesówprzeładunkowych. Wyniki tych badań najlepiej sąobrazowane poprzez konkursy organizowane przezDARPA – Grand Challenge oraz Urban Challenge.W tym pierwszym, w drugiej edycji zorganizowanejw 2005 r., główną nagrodę w wysokości 2 mln USDwygrał “Stanley” – zrobotyzowany Volkswagen Touaregskonstruowany przez zespół reprezentujący UniwersytetStanforda, pokonując trudną pustynną trasęo długości 212,4 km w czasie poniżej 7 godzin. UrbanChallenge polegał na jeździe w mieście, w którym pojawiałysię na drodze inne pojazdy. Niemniej jednaknawigacja w środowisku trójwymiarowym nadal jestpoważnym wyzwaniem badawczym. Szczególnie percepcjaoraz interpretacja sytuacji jest trudna. Samolokalizacjapojazdu oraz budowa mapy za pomocąalgorytmów SLAM (zazwyczaj korzystających ze skanerówlaserowych), a obecnie VSLAM (Visual SimultaneousLocalization and Mapping – SLAM z wykorzystaniemkamer i odometrii), są intensywnie badane.Uzyskanie mapy zajętości przestrzeni zostało opanowane,natomiast analiza semantyczna uzyskanych danychwymaga dalszych prac badawczych. Chodzi o to,aby robot nie tylko wiedział, jakie współrzędne osiągnąłi że znajduje się blisko przeszkody, ale równieżbył w stanie określić, obok jakiego obiektu przystanąłoraz jakie są funkcje pomieszczenia, w którym się znajduje(np. kuchnia, łazienka, biblioteka, laboratorium,klatka schodowa). Dąży się do tego, aby roboty byływ stanie skutecznie nawigować w pomieszczeniach,w których porusza się wielu ludzi – nawigacja w tłumie.Należy tu nadmienić, że rozwiązania niektórychproblemów związanych z transportem upatruje się nietylko w opracowaniu autonomicznych pojazdów, alerównież w stworzeniu odpowiednio zautomatyzowanejinfrastruktury drogowej. Wyniki prac nakierowanychna autonomię mogą być wykorzystane częściowo– czasami wystarczy wspomaganie kierowcy, a niejego zastąpienie.Stanley, bezzałogowy pojazd na bazie samochodu VW Touareg stworzonyprzez studentów Uniwersystetu Stanforda, samodzielnie pokonał132-milową trasę terenową na Pustyni Mojave, zdobywającgłówną nagrodę w konkursie DARPA – 2 mln dolarówFot. John Gale PhotographyRobotami medycznymi zwykło się nazywać telemanipulatoryumożliwiające przeprowadzanie operacjichirurgicznych. Roboty takie nie męczą się, nie drżąim ręce, są one zdolne wykonywać bardzo precyzyjneruchy, a co więcej są niewrażliwe na promieniowanierentgenowskie używane do obrazowania w trakciewykonywania zabiegu. Po przełamaniu pewnychtrudności technicznych należy się spodziewać, że zakresich zastosowań w chirurgii będzie wzrastał. Telemanipulatorytego typu muszą posiadać sprzężeniehaptyczne (operator musi mieć możliwość wyczuwaniasiły, z jaką robot oddziałuje na otoczenie). Robotymedyczne mogą być również wykorzystywane jakoasystenci chirurgów podający narzędzia lub oświetlającypole operacyjne według wskazówek udzielanychgłosem przez chirurga. Służba zdrowia może równieżstosować roboty jako maszyny rehabilitacyjne. Roboty8

Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010mogą również być wykorzystywane do prowadzeniarutynowej diagnostyki pacjentów. Należy podkreślić,że interakcja robotów z pacjentami, ludźmi starszymiczy dziećmi wymaga o wiele bardziej zaawansowanychmetod niż komunikacja z robotami pracującymi w halifabrycznej. Potrzebne tu jest również rozpoznaniestanów emocjonalnych człowieka. Co więcej niezbędnejest dostosowanie zachowań robota do upodobańi możliwości konkretnego człowieka. Oznacza to, żealgorytmy adaptacji oraz uczenia maszynowego będąnieodzownym elementem układu sterowania takimrobotem. Wszystkie powyższe zastosowania wymagająrozbudowanych układów percepcyjnych oraz wnioskujących,no i oczywiście muszą dawać gwarancjęniezawodnego działania. W kategorii robotów medycznychumieszczane są również inteligentne protezyoraz egzoszkielety.czesne położenie nacisku na percepcję i interpretacjędanych uzyskanych z czujników (semantyczne etykietowanieoraz modele środowiska efektywne w przetwarzaniudanych).W sytuacjach wymagających współdziałania człowieka i robotaważne staje się rozpoznawanie przez robota intencji człowiekaFot. Uniwersytet KarlsruheEgzoszkielet firmy Cyberdyne wyczuwa intencje ruchowe człowiekai dzięki temu wspomaga go w wykonywaniu ruchówFot. CyberdyneRoboty usługowe obecnie służą przede wszystkimdo czyszczenia poziomych powierzchni płaskich (np.do odkurzania lub mycia), ale badania idą w kierunkuzastosowań w rolnictwie (np. kombajny bez kierowcy).Roboty mogą służyć też do patrolowania dużychobszarów lub nadzorowania dzieci albo niepełnosprawnych.Szeroko rozumiane roboty usługowe mogąoperować w środowiskach niestrukturalnych, a więcobejmują kategorię robotów terenowych. Przykłademmogą być roboty latające (np. helikoptery) wyposażonew manipulatory zdolne do dokonywania drobnychnapraw na wysokich konstrukcjach (np. instalacjachprzemysłowych, wieżach, budynkach). Mogą też działaćpod wodą, przykładowo monitorując stan bądź naprawiającrurociągi podwodne lub morskie platformywiertnicze. Klasyczne roboty usługowe muszą byćzdolne do interakcji z ludźmi, a więc także do komunikacjiz nimi. Musi się to odbywać w naturalny sposób,a więc za pomocą głosu i gestu – stąd intensywnieprowadzone badania nad komunikacją multimodalną.Kolejnym wyzwaniem jest sama manipulacja. Zwracasię uwagę, że nie chodzi tu jedynie o konstrukcję corazbardziej zręcznych chwytaków, ale przede wszystkimo radzenie sobie z różnorodnością obiektów i środowisk,w których one się znajdują. Oznacza to jedno-Jako istotne wskazuje się automatyczne określenieprzez robota, jakie czynności może on wykonaćw danym stanie środowiska (ang. affordance – cechaśrodowiska lub obiektu umożliwiająca wykonanieokreślonych czynności). Oznacza to konieczność zinterpretowaniadanych uzyskanych z czujników w celuwskazania możliwych do wykonania czynności, a natej podstawie wybranie tej, która najlepiej będzie służyćrealizacji zadania. Percepcja nie powinna być traktowanabiernie. Robot może czynnie pozyskiwać informacje.Takie postępowanie nazywane jest aktywnymczuciem. Robot wykonuje ruch, aby uzyskać określonedane, bądź zredukować niepewność lub wyeliminowaćzakłócenia. Takie podejście do realizacji zadańw istotny sposób komplikuje planowanie czynności.Generacja planów musi wtedy brać pod uwagę pozyskiwanieinformacji w trakcie wykonania zadania,a więc plany muszą być warunkowe lub trzeba wbudowaćzdolność do szybkiego powtórnego planowaniaw razie niepowodzenia poprzedniego planu. Wzrostliczby możliwości prowadzi do eksplozji kombinatorycznej,z którą trzeba sobie radzić tworząc algorytmywykorzystujące heurezę. Pomimo intensywnościbadań nad wspomnianymi zagadnieniami jeszczebardzo wiele zostało do zrobienia. Rozwiązania problemówupatruje się w formalizacji podejścia orazw określeniu adekwatnych modeli środowiska i reprezentacjizadania i przestrzeni rozwiązań. Część środowiskarobotyków spodziewa się znaleźć rozwiązanieprzez opracowanie architektur systemów zdolnych douczenia się, a w szczególności umiejących imitowaćzaobserwowane czynności człowieka. Inni uważają,że należy rozwijać architektury w oparciu o bezpośrednieoprogramowywanie zdolności systemów dopoznania (ang. cognition). Zapewne będą koniecznerozwiązaniahybrydowe.Bliska interakcja robotów usługowych z ludźmi wymagazapewnienia wysokiego stopnia bezpieczeństwa.Należy mieć gwarancje, że nie dojdzie do zranie-9

Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010nia człowieka. Oznacza to konieczność wprowadzeniapodatności do konstrukcji robotów, ale tutaj nie należyspodziewać się nadmiernych sukcesów (samochodyrównież nie są miękkie – z tragicznymi konsekwencjamitego faktu). Dlatego trzeba będzie głównie polegaćna zabezpieczeniach programowych wykorzystującychinformacje z czujników.Strategia EURON – aspekty technologiczne,badawcze i ekonomiczneW ramach 5. i 6. Programu Ramowego funkcjonowałasieć doskonałości EURON zrzeszająca sto kilkadziesiątośrodków badawczych z Unii Europejskiej i krajów stowarzyszonych.Na marginesie, od roku sieć ta działabez finansowego wsparcia Unii Europejskiej. Jednymz głównych zadań tej sieci było wytworzenie dokumentuwskazującego przyszły rozwój robotyki (ang. roadmap).W odróżnieniu od strategii badawczej opracowanejprzez EUROP, która przede wszystkim wynikałaz analizy potrzeb rynkowych, a w szczególności próbyprzewidzenia, jakie produkty będą potrzebne w przyszłościi jakie zastosowania tych produktów są możliwe,EURON przy określaniu swej strategii brał poduwagę aktualnie prowadzone badania oraz istniejąceproblemy technologiczne i badawcze, które muszą byćrozwiązane, aby urzeczywistnić wizję inteligentnychrobotów współdziałających z ludźmi. W wyniku tychprac powstało dość obszerne opracowanie [2].Dokument ten kładzie nacisk na ekonomiczną koniecznośćtworzenia nowych typów robotów. Szczególniepodkreślany jest ujemny przyrost naturalnyw krajach rozwiniętych oraz stale pogarszająca sięproporcja ludzi pracujących do nieaktywnych zawodowo.Odwrócenie tego trendu nie wydaje się możliwe,a na pewno nie w najbliższych latach (nowe rocznikiwchodzące w wiek produkcyjny są coraz mniejliczne, a rodzące się teraz dzieci wejdą w wiek produkcyjnydopiero za 20-25 lat). Środkiem zaradczym możebyć zastąpienie brakujących rąk do pracy przez roboty.Należy tu podkreślić, że szczególnie będzie brakowałopracowników nisko wykwalifikowanych wykonującychmonotonne zajęcia. Ich pracę będzie względnie łatwozastąpić pracą robotów. Ponieważ coraz mniej ludzipracuje przy produkcji, a coraz więcej w usługach, wysiłekmusi być skoncentrowany na tworzeniu robotówusługowych. Ponadto ludzie żyjący dłużej często w podeszłymwielu niedołężnieją, a więc wymagają dodatkowejopieki. W związku z tym wszelkie urządzeniawspomagające ludzi starszych w ich codziennej aktywnościbędą ze wszech miar pożądane. Dla zachowaniaobecnego standardu życia wymagane będzie znacznezwiększenie efektywności pracowników, a to jest możliwejedynie poprzez uzbrojenie ich stanowisk pracyw znacznie udoskonalone narzędzia, a wiec równieżroboty. EURON wskazał następujące obszary robotykijako te, na których warto skoncentrować badania:Zaawansowane systemy produkcyjneRoboty-służący oraz inteligentne domySieci robotówRoboty terenoweRoboty dla służby zdrowia oraz polepszające jakośćżycia,Architektury robotów.Roboty stosowane w zaawansowanych systemachprodukcyjnych będą musiały cechować się przedewszystkim zwinnością oraz elastycznością swoich działań,w związku ze stale skracającymi się czasami cykliod projektu do produktu oraz czasami wytwarzaniatych produktów. Tak więc istotna będzie ich modularnakonstrukcja oraz nowe metody ułatwiające ichprogramowanie przez personel o niezbyt wysokichkwalifikacjach. Współpraca z ludzką siłą roboczą narzucatu ostre wymagania dotyczące bezpieczeństwaużytkowania tych urządzeń. Ze względu na ochronęśrodowiska tego typu urządzenia będą stosowane nietylko do wytwarzania, ale również do rozmontowywaniazużytych lub zniszczonych produktów w celupowtórnego użycia materiałów. Istotne jest równieżzmniejszenie stosunku masy robota do jego udźwigu.W ciągu ostatnich 25 lat stosunek ten zmniejszył sięz 20:1 do 2:1, ale nadal oczekiwany jest istotny postępw tym względzie. Ponadto konieczne jest rozszerzeniegamy obiektów, którymi roboty mogą manipulować,na przedmioty o nieregularnych kształtach, deformowalne,śliskie, kleiste itp.Zmniejszająca się pula siły roboczej w krajach wysokorozwiniętych, zwiększające się wymagania co dojakości wytwarzania oraz konieczność zachowań proekologicznychprzemawiają za potrzebą prowadzeniaprac nad stworzeniem robotów o wzmiankowanychcechach. Od wielu lat utrzymuje się trend wskazującyna stałe zwiększanie się możliwości robotów przemysłowychprzy silnym spadku ich ceny. Należy oczekiwaćutrzymania tego trendu w najbliższych latach, copowinno skutkować zwiększonym zapotrzebowaniemna tę kategorię robotów. Stąd zainteresowanie wytwórcówrobotów przemysłowych (a europejski przemysłdominuje w produkcji tych urządzeń na świecie) prowadzeniembadań zwiększających możliwości tegotypu robotów. Wskazuje się na kilka istotnych kierunkówbadawczych:realizacja komunikacji robota z człowiekiem za pomocągłosu, gestów, przedstawiania rysunków lubinterfejsów haptycznych (poprzez wyczuwaniesił)analiza i interpretacja sceny, a w szczególności analizadanych z kamer 3D i skanerów laserowychplanowanie ruchu i koordynacja, a w szczególnościkoordynacja ruchów robota i człowiekabezpieczeństwo i diagnostyka, a w szczególnościwykrywanie błędów i awarii oraz radzenie sobiew sytuacjach nadzwyczajnychmechatroniczne podejście do projektowania i miniaturyzacja,a w szczególności zmniejszenie masyrobotów i polepszenie zdolności do chwytania i manipulowaniaróżnorodnymi obiektamiulepszanie czujnikównowe architektury systemów sterujących.10

Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010Przewiduje się, że w perspektywie następnych25 lat nasze domy będą wyposażone w wiele czujnikówi inteligentnych urządzeń wykonawczych orazroboty-służących. Oczywiście i w tym przypadku mo-Zręczne chwytanie realizowane przez DLR handFot. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrttywacją do zrealizowania takiej wizji jest starzeniesię społeczeństwa i zmniejszanie się liczby ludzi aktywnychzawodowo. Niemniej jednak i ludzie sprawnichętnie zrezygnują z uciążliwości życia codziennego,jeżeli tylko roboty będą w stanie wyręczyć ichw sprzątaniu domu, robieniu drobnych napraw, gotowaniu,opiece nad dziećmi bądź ludźmi zniedołężniałymi.Część środowiska badawczego, szczególnie w Japonii,uważa, że tego typu roboty powinny cechowaćsię dużą dozą antropomorfizmu, stąd intensywne badanianad robotami humanoidalnymi. Posiadanie nógumożliwia poruszanie się po schodach i innych nierównościach,ale większość domów ma płaskie podłogi,stąd stosowane są również bazy mobilne na kołach.Ludzie są bardziej skłoni akceptować w swoimotoczeniu roboty przypominające człowieka, ale jednaknie imitujące dokładnie jego powierzchowności.W przypadku robotów domowych szczególną uwagęprzykłada się do ich zdolności do interakcji z ludźmi,a w tym także do rozpoznawania i wyrażania emocji.Użytkownikami tego typu robotów będą w większościludzie bez kwalifikacji technicznych, a więc porozumiewaniesię człowieka z maszyną musi się odbywaćna tych samych zasadach, na których porozumiewająsię ludzie między sobą. W tego typu robotach ponownieobjawia się konieczność zdobywania doświadczeńprzez uczenie się od właściciela, a zachowanie się tychurządzeń musi być na tyle inteligentne i naturalne, abynie irytowało użytkownika.Asimo zbudowany przez Hondę jestuważany za najbardziej zaawansowanegorobota chodzącego. W 2003 r.towarzyszył premierowi Japoniipodczas wizyty w Czechach. Złożyłwtedy kwiaty na grobie pisarzaKarela Čapka, który pierwszy użyłsłowa robot.Fot. HondaAsimo zbudowany przez Hondę jest uważany zanajbardziej zaawansowanego robota chodzącego.W 2003 r. towarzyszył premierowi Japonii podczas wizytyw Czechach. Złożył wtedy kwiaty na grobie pisarzaKarela Čapka, który pierwszy użył słowa robot.Roboty w przyszłości będą zaludniały świat o wielebardziej nasycony urządzeniami technicznymi niżobecnie. Już teraz prowadzi się prace nad inteligentnymotoczeniem (ang. ambient intelligence) oraz wykorzystujewszechobecne moce obliczeniowe (ang.ubiquitous computing), więc należy się spodziewać,że roboty będą wykorzystywały technologie sieciowew niewspółmiernie większym stopniu, niż się to dziejeobecnie. Stąd koncepcja robotów sieciowych. Sieć(np. Internet) nie tylko będzie wykorzystywana jakorepozytorium ogromnych ilości wiedzy, ale równieżjako medium komunikacji oraz środek postrzeganiaUniwersytet w Osace prowadziprace nad robotami o wyglądziei zachowaniach zbliżonychdo ludzkich. Badanesą również reakcje ludzi naobcowanie z maszyną do złudzeniapodobną do znanychosób – w tym przypadku dokonstruktora robota.Fot. Intelligent RoboticsLaboratoryotoczenia dzięki wykorzystaniu dołączonych sieci sensorycznych.W tym przypadku granica między robotamiposiadającymi własne ciało, czyli robotami upostaciowionymi,a robotami wirtualnymi działającymiw sieci staje się mniej wyraźna. Będą powstawały zespołyrobotów upostaciowionych, wirtualnych orazludzi wykonujące bardzo złożone zadania. W tym przypadkuopracowanie odpowiednich protokółów komunikacyjnych,uwzględniających kontekst semantyczny,jest dużym wyzwaniem badawczym. Istotnejest uzmysłowienie sobie potencjału tkwiącego wewspólnym działaniu. Żaden członek takiego zespołunie musi posiadać wszystkich niezbędnych do sprawnegodziałania komponentów (czujników, narzędzi,wiedzy etc.). W związku z tym badania koncentrująsię na współdziałaniu w heterogenicznych systemachrozproszonych, a nie na tworzeniu robotów uniwersalnych.W szczególności badania dotyczą wspólnejlokalizacji i nawigacji, tworzenia map, postrzeganiaśrodowiska, transportu przedmiotów ciężkich i nieporęcznych,podejmowania decyzji, alokacji zasobówi zadań do wykonania oraz łączności.Szczególnie istotna jest kwestia wspólnego postrzeganiaśrodowiska. Oznacza to, że wszyscy członkowiegrupy muszą korzystać ze wspólnej reprezentacji tegośrodowiska, aby móc wymieniać się w sposób zrozu-11

Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010miały dla siebie spostrzeżeniami, oraz sprawnie dokonywaćsyntezy danych, w szczególności sensorycznych,pochodzących z czujników odmiennych typów.Wspólny transport wymaga implementacji odpowiednichalgorytmów sterowania pozycyjno-siłowego, takaby roboty i ludzie wspomagali się, a nie przeszkadzalisobie wzajemnie. Natomiast w zakresie łączności interesującesą sieci ad hoc, gdzie połączenia pomiędzyczłonkami grupy powstają i znikają w zależności odich wzajemnego położenia i warunków propagacji sygnałówradiowych.Współdziałanie z sieciami sensorycznymi z kolei wymagarozwiązania problemu zasilania czujników w energię,a w szczególności oszczędzania energii, i utrzymaniałączności z tymi czujnikami. Ponieważ roboty mogąstanowić ruchome węzły takiej sieci, więc interesującastaje się łączność wieloskokowa (ang. multi-hop) w sieciacho zmiennej konfiguracji. W szczególności możedochodzić do czasowej dezintegracji pojedynczej siecina kilka rozdzielnych jej fragmentów. Bardzo istotne jestzabezpieczenie sieci przed niepowołanym użyciem jejelementów, a konkretnie robotów, które są zdolne dofizycznego oddziaływania na otoczenie.Widoczna wielość technologii zaangażowanychw utworzenie takiej sieci wskazuje, że muszą być stworzoneformalne metody opisu tego typu systemów, biorącepod uwagę heterogeniczność elementów składowych,różnice w posiadanych mocach obliczeniowychtych elementów, aspekty czasu rzeczywistego, ontologiczneróżnice w postrzeganiu otoczenia oraz wielowarstwowośćreprezentacji tego otoczenia. Biorąc poduwagę, że mamy tu do czynienia z sieciami składającymisię z receptorów i efektorów (ang. sensor actuatornetwork – SAN) badania będą się koncentrowały nasyntezie metod właściwych dla telekomunikacji i automatyki,a konkretnie teorii sterowania i podejmowaniadecyzji. Takie sieci nie powinny jedynie biernie oczekiwaćna rozkazy człowieka, ale powinny zachowywaćsię proaktywnie, antycypując potrzeby ludzi. Sieci robotówbędą wykorzystywane do nadzoru, zabezpieczaniai poszukiwań na rozległych terenach oraz miejscachnieprzyjaznych człowiekowi. Mogą to być magazyny,lotniska, instalacje rurociągowe, tamy, mosty, dworce,stadiony lub obszary objęte katastrofami.Badania dotyczące robotów terenowych koncentrująsię na samochodach poruszających się bez kierowcy,robotach latających i podmorskich stosowanych doinspekcji oraz autonomicznych maszynach rolniczychi do robót leśnych. Oczywistym powodem prac nad autonomicznymisamochodami jest chęć istotnego zredukowanialiczby śmiertelnych wypadków na drogach.W większości przypadków do tego typu zdarzeń dochodziwskutek błędów ludzkich, a więc wyeliminowanieczynnika ludzkiego powinno mocno zwiększyćbezpieczeństwo na drogach.Sukces we wdrażaniu robotów terenowych w dużymstopniu zależy od stworzenia czujników odpornych nawszelkie warunki środowiskowe oraz energetyczniewydajnych sposobów przemieszczania się po nierównymterenie. Chodzi tu przede wszystkim o maszynykroczące. Należy podkreślić, że analiza i interpretacjasceny w środowiskach naturalnych, w których panująbardzo różne warunki pogodowe, jest problememo wiele większym niż w przypadku wnętrz budynków.Istotnym czynnikiem są ciemności, wiatr, deszcz, mróz,mgła, upał, kurz etc. Modelowanie środowiska i wnioskowaniena podstawie tych modeli jest tu szczególnietrudne. Czynnik czasu rzeczywistego uwidaczniasię ze szczególną ostrością ze względu na wymaganeduże prędkości ruchu oraz zmienność otoczenia i warunkóww nim panujących.BigDog, czyli Wielki Pies, to robot zbudowany z myślą o poruszaniusię w trudnym terenie. Potrafi chodzić, biegać, wspinać się pozboczach o nachyleniu do 35 stopni i przenosić ciężkie ładunki. Maokoło metra długości i waży ponad 100 kG.Fot. Boston DynamicsStarzenie się społeczeństw krajów wysoko rozwiniętychuwidacznia potrzebę rozwijania infrastruktury dlaopieki zdrowotnej. Wskazuje się, że robotyka może tuodegrać istotną rolę. Przede wszystkim chodzi o różnegorodzaju urządzenia rehabilitacyjne, wspomagająceruch (egzoszkielety), protezy oraz monitorowanie pacjentów.Ponadto robotyka może dostarczyć technologiido stworzenia realistycznych symulatorów, na którychmogliby trenować chirurdzy i na których możnaby planować operacje. Do tego jednak trzeba wiernieodtworzyć wzajemne oddziaływanie narzędzia chirurgicznegoi tkanki zarówno twardej, jak i miękkiej.W szczególnych przypadkach, wykorzystując fakt, żeręka robota nie drży, można wykorzystać telemanipulatordo przeprowadzenia operacji na rzeczywistympacjencie. Niestety dotychczasowe zastosowanie robotówdo celów chirurgicznych nie przyniosło sukcesów.Większość producentów tego typu urządzeń musiałasię wycofać z ich wytwarzania wobec braku akceptacjiprzez Food and Drug Administration wywołanym domniemaniembłędów operacyjnych. Dopiero zwiększenieniezawodności tych urządzeń może spowodowaćzmianę tego nastawienia. Obecnie badania koncentrująsię na czujnikach monitorujących stan pacjenta i interfejsachbionicznych umożliwiających odzyskanie czuciaprzez człowieka. Najistotniejsza jest tu biokompatybilność.Ponadto, zasilanie w energię jest w tym przypadkuznaczącym wyzwaniem technologicznym.Powyższy przegląd wskazuje, że różne kategorie robotówwymagają rozwoju tych samych technologii.We wszystkich przypadkach konieczne są odpowiednieinterfejsy człowieka z maszyną, czujniki, lekkie12

Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010efektory, efektywne i odporne na niepewność metodyfuzji danych, algorytmy interpretacji tych danych,a w szczególności przejście od poziomu sygnałów dopoziomu symbolicznego (rozwiązanie tzw. problemukotwiczenia (ang. anchoring), polegającego na przypisaniuznaczenia uzyskanym danym cyfrowym, czyzapewnienie bezpieczeństwa interakcji człowiekaz maszyną i odpowiedniej niezawodności urządzeń.Niemniej jednak u podstaw rozwoju całej dziedzinysą odpowiednie architektury systemów oraz sposobyich implementacji. Należy pamiętać, że obecne systemysterujące głównie bazują na oprogramowaniu,więc nie jest dla nich obojętny sposób jego tworzenia.Istotnymi kwestiami są tu reagowanie w czasierzeczywistym, odporność na błędy, niezawodność,zdolność do radzenia sobie z sytuacjami nieprzewidzianymi,zdolność do samodoskonalenia, a takżemodularność umożliwiająca wielokrotne użycie redukującekoszt tworzenia nowego oprogramowania.Ten ostatni postulat zapewne znajdzie rozwiązanie nagruncie programowych struktur ramowych. Podkreślasię tu szczególną użyteczność technologii agentowych.Na podkreślenie zasługuje fakt, że dokumentstworzony przez EURON, a więc przez robotyków,w tak silny sposób uwypuklił aspekt informatyczny,który leży u podstaw implementacji wszelkich systemówsterowania robotami.Projekty unijneOprócz lektury dokumentów wskazujących oczekiwanei pożądane drogi rozwoju robotyki warto sprawdzić,wco już inwestuje Unia Europejska, a więc naczym się koncentrują badania ostatnio zrealizowanew ramach tzw. projektów zintegrowanych (IntegratedProject – IP) 6. Programu Ramowego.Projekt COGNIRON dążył do stworzenia robotówkognitywnych nie tylko wspomagających człowieka,ale nadających się na kompanów ludzi. Zakłada się, żeroboty tego typu będą stale doskonaliły swoje umiejętnościi dostosowywały się do potrzeb ich właścicieli.W związku z tym percepcja, metody porozumiewaniasię z człowiekiem i innymi robotami, uczenie sięoraz rozumienie otaczającego środowiska przyciągałyuwagę zespołu badawczego. W sferze zainteresowańprojektu I-SWARM były roje mikrorobotów. Duże nadziejesą pokładane w zdolności do samoorganizacjirojów, a w szczególności do budowy (samomontażu)różnorakich konstrukcji. Badania koncentrowały sięna zbiorowej percepcji oraz współpracy tysięcy agentów.Istotne jest wytworzenie pojedynczego mikrorobotao szerokich zdolnościach percepcyjnych i komunikacyjnychoraz możliwościach adaptacyjnych.Projekt NEUROBOTICS dążył do stworzenia systemówbionicznych, w których dojdzie do integracjiurządzeń technicznych z tkanką ożywioną. Szczególnymzainteresowaniem cieszy się łączenie ciała człowiekaz urządzeniami technicznymi (np. protezami),a w szczególności bezpośrednia komunikacja z mózgowiem.Z kolei projekt CoSy zmierzał do opracowaniametod konstruowania systemów zdolnych dopercepcji, rozumienia i fizycznych interakcji ze swymśrodowiskiem. Dąży się do osiągnięcia takiego stop-Politechnika w Lozannie prowadzi prace zmierzające do stworzeniaurządzeń sterowanych falami mózgowymiFot. Ecole Polytechnique Federale de Lausannenia doskonałości w wykonywaniu zadań, jaką osiągaczłowiek. Aby to było możliwe, opracowywany systempowinien mieć zdolność do wyczuwania kontekstu,w jakim działa, oraz prowadzenia różnych form rozumowaniaw celu inteligentnego zachowania się.Projekt RobotCub miał za zadanie stworzenie otwartejplatformy badawczej do prowadzenia eksperymentówdotyczących zdolności poznawczych humanoidów.Szczególnie istotne jest prowadzenie badańiCub to humanoid wielkości 3,5-letniego dziecka stworzony w ramachprojektu Komisji Europejskiej, a przeznaczony do badań nadprocesami poznawczymiFot. RoboCubnad kognitywistyką biorących pod uwagę posiadaniefizycznego ciała przez robota oraz to, że robot operujew rzeczywistym środowisku. W wyniku tego projektupowstał robot humanoidalny CUB (ang. CognitiveUniversal Body) przeznaczony do prowadzeniawzmiankowanych badań.13

Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010Natomiast projekt SMErobot miał na celu stworzeniarobota dla potrzeb małych i średnich przedsiębiorstw,a więc taniego, o dużym stopniu adaptacjido różnych wymagań tych przedsiębiorstw w zakresieautomatyzacji produkcji. Rozwiązania tak postawionegoproblemu upatruje się w programowaniu robotapoprzez demonstrację, czyli prezentację przezoperatora, jak ma być zrealizowane zadanie. Instrukcjerobotowi przekazywane są za pomocą głosu i gestówoperatora oraz poprzez przedstawianie grafiki(np. rysunków). Powstały robot powinien być na tylebezpieczny, aby mógł współdzielić przestrzeń robocząz człowiekiem.Bezpiecznej współpracy człowieka z robotemZłożonej manipulacji, a więc konstrukcji rąk i dłoniwyposażonych w odpowiednie czujniki, tak abysprawnie realizować czynności manualneManipulatorów mobilnych oraz ich wzajemnejwspółpracySieci robotów, gdzie badania będą zogniskowane nakomunikacji między robotami oraz na architekturachzorientowanych na usługi (ang. Service OrientedArchitecture – SOA).Jak widać obecne zainteresowania przemysłu dalekoodsunęły się od robotów przemysłowych oraz ichwykorzystania do realizacji różnych zadań technologicznych.PodsumowanieProjekt DustBot, finansowany przez Komisje Europejską, miał zazadanie doprowadzić do opracowania i przetestowania zespołu robotówwspółpracujących ze sobą przy porządkowaniu przestrzenimiejskiej.Fot. Materiały projektu DustBotW 7. Programie Ramowym nadano robotyce wyższypriorytet i powiązano ją z systemami kognitywnymi.Dąży się do opracowania systemów, które będą reagowałyinteligentnie oraz autonomicznie radziły sobiez lukami w swej wiedzy, zmieniającymi się sytuacjamii kontekstem działania. Innymi słowy, roboty mają sobieradzić z sytuacjami, które nie były przewidziane w momencieich projektowania. Systemy te powinny współdziałaćz ludźmi w sposób naturalny. Nacisk jest kładzionyna rozumienie dynamicznie zmieniającego sięśrodowiska. Oczywiście poza badaniami prowadzącymido rozszerzenia zdolności umysłowych robotów, finansowanesą również prace dotyczące zwiększenia zdolnościmanipulacyjnych, chwytania, bezpieczeństwa, nawigacjiitd. Jednym z ciekawszych przedsięwzięć jestECHORD (European Clearing House for Open RoboticsDevelopment), którego zadaniem jest wzmocnieniewspółpracy między przemysłem a instytucjami badawczymizajmującymi się robotyką. W ramach tegoprzedsięwzięcia finansowane są projekty nakierowanena aktualne potrzeby przemysłu, ale w zamian przemysłeuropejski udostępnia laboratoriom badawczym produkowanyprzez siebie sprzęt po zniżkowych cenach. Dokonkursu o finansowanie projektów stają instytucje badawczezajmujące się robotyką. Przewiduje się, że propozycjeprojektów będą dotyczyć:Należy zwrócić uwagę, że robotyka może odegraćobecnie taką samą rolę, jaką odegrały programy kosmicznew latach 50., 60. i 70. ubiegłego stulecia. Możestać się motorem postępu, rozwoju technologii i wyzwaniemoddziałującym na wyobraźnię. Z tym, że robotykaw niewspółmiernie większym stopniu nakierowanajest na zastosowania pokojowe niż programykosmiczne, które były elementem wyścigu zbrojeń. Ponadtoupowszechnienie się robotów będzie miało kolosalnywpływ nie tylko na przemysł i usługi, ale równieżna sektor edukacji. Tak jak obecnie uczniów szkoli sięw wykorzystaniu komputerów, tak w przyszłości będąuczyć się współdziałania z robotami. To oznacza, że oddziaływanierobotów będzie wykraczało poza sektoryich produkcji i zastosowań, obejmując także działy gospodarkibezpośrednio z nimi nie związane: edukację,serwisowanie etc.Przeanalizowane opracowania koncentrowały się nazagadnieniach badawczych i technologicznych. Należyjednak nadmienić, że bardzo istotne są również zagadnieniaprawne związane z bezpieczeństwem użytkowaniatych urządzeń, zachowaniem intymności czypoufnością danych. Jeżeli dojdzie do wypadku, w którymbrał udział pojazd bez kierowcy, to kto ponosi odpowiedzialność?Skoro pacjent lub zniedołężniały staruszekmonitorowany jest przez robota, to czy możesię to odbywać w każdej sytuacji życiowej? Robot-kompanzgromadzi bardzo szczegółową wiedzę o nas, cosię stanie, jeżeli ta wiedza trafi w niepowołane ręce?Stworzenie powłoki robota do złudzenia imitującej obliczeludzkie już obecnie nie jest trudne. Czy ludzie zaakceptująurządzenia, które mogą ich wprawić w konsternację?Próba znalezienia odpowiedzi na te i wielepodobnych pytań z zakresu etyki stanowi dodatkowewyzwanie. Pewną wskazówką mogą tu być prawarobotyki sformułowane przez pisarza science fictionIsaaca Asimova w latach 40. XX wieku.Urzeczywistnienie wizji wyrażonych w tym artykulewymaga rozwoju wielu technologii, np. autonomicznejnawigacji, uczenia maszynowego, percepcji otoczenia,reprezentacji środowiska, planowania, wspólnych protokółówkomunikacyjnych, rozpoznawania obrazówi mowy, rozumienia języka naturalnego. Robotyka jest14

Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010w dużej mierze rozwijana jako rezultat rozwoju technologicznego.Innymi słowy nowe zastosowania powstająwskutek pojawiania się nowych możliwości. Takiepodejście niestety niesie za sobą kłopoty z integracjąwielkich systemów. Potrzebne są prace nad ogólną teoriąrobotyki, a więc nad formalizacją wielu zagadnień,które dotychczas były rozwiązywane intuicyjnie. Bardzoistotna jest formalizacja opisu środowiska oraz robotaczy wielu współdziałających robotów. Należy tupodkreślić to, że postrzeganie otoczenia związane jestz niepewnością wnoszoną zarówno przez samo środowiskorobota, jak i czujniki traktowane jako urządzeniapomiarowe oraz przez interpretację danych z nichotrzymanych. Planowanie w obliczu niepewności jestzagadnieniem bardzo trudnym. Jednym z najistotniejszychproblemów do rozwiązania jest powiązanie niskopoziomowychpętli sprzężenia percepcja-akcjaz wysokopoziomowym wnioskowaniem symbolicznymwymagającym odpowiedniej reprezentacji danych.Wynika z tego, że największym wyzwaniem jestrozwój algorytmów zaliczanych do inteligencji maszynowej.Należy tu podkreślić, że roboty są urządzeniamidziałającymi w czasie rzeczywistym, wiec opracowywanealgorytmy muszą działać dostatecznie szybko.Inną kwestią jest odporność na błędy i odpowiedniereagowanie na te błędy. Postulowane systemy muszącechować się niezawodnością nie mniejszą niż ta oczekiwanaod wyrobów przemysłu lotniczego, natomiastnieoczekiwanych sytuacji może tu być znacznie więcejniż w trakcie lotu samolotu.Tempo rozwoju systemów o postulowanej złożonościuwarunkowane jest zdolnością do powtórnegowykorzystania raz stworzonego oprogramowania.Stąd prace nad programowymi strukturami ramowymi,modularnością oprogramowania oraz wzorcamiprogramowymi. Zapewne nie uda się stworzyć jednegostandardu, ale na pewno pisanie oprogramowaniadla nowych systemów za każdym razem od początkunie wchodzi w rachubę. W przeważającej mierze dotej problematyki podchodzi się w oparciu o doświadczeniazdobyte przez programistów. Niemniej jednakwątpliwe jest, czy uda się uzyskać w ten sposób rozwiązaniezadowalające dla wszystkich typów robotów. Należyoczekiwać, że jedynie odpowiednia formalizacjarozważań da tu oczekiwane rezultaty.Szybki postęp w robotyce jest uwarunkowany postępemczynionym w wielu dziedzinach techniki.W szczególności potrzebne są lekkie i wydajne źródłaenergii, lekkie i wytrzymałe materiały konstrukcyjne,szybkie komputery, różnorodne czujniki, algorytmysztucznej inteligencji etc. Wymienienie obiecującychkierunków badawczych w tych i wielu innych przemilczanychtu dziedzinach zostało poza zainteresowaniemtego opracowania. Nie należy stąd wyciągać wniosku,że te badania są nieistotne, ale jedynie należy skonstatować,iż tak krótkie opracowanie nie mogło odnieśćsię w pełni do tak rozległego materiału.Ze względu na szczupłość zasobów zarówno finansowych,jak i względnie nieduże środowisko robotyków,w Polsce należy się skoncentrować na kilku zastosowaniach,ale niestety, jak widać z przedstawionego tumateriału, nie ogranicza to w zasadniczy sposób liczbytechnologii niezbędnych do realizacji rozpatrywanychurządzeń. Ten artykuł można potraktować jakomateriał do dyskusji nad racjonalnym wyborem owychzastosowań.Bibliografia1. Computing Community Consortium, ComputingResearch Association: A Roadmap for US Robotics.From Internet to Robotics. 21.05.2009.2. EURON - European Robotics Network, Network ofExcellence, Information Society Technologies PriorityDR.1.3: Research Roadmap V.4.1. 26.08.20083. EUROP - European Robotics Technology Platform:Robotic Visions to 2020 and Beyond. The StrategicResearch Agenda for Robotics in Europe. 7/20094. Chatila R., Merlet J.P. (red.): IEEE/RSJ 2008 InternationalConference on Intelligent RObots andSystems, IROS 2008, 22–26 września, 2008, Nicea,Francja.5. Ikeuchi K. (red.): The 2009 IEEE InternationalConference on Robotics and Automation (ICRA-2009), 12–17 maja 2009, Kobe, Japonia.6. Kozłowski K. (red.): Robot Motion and Control2009. Lecture Notes in Control and InformationSciences, vol.396, Springer 2009. (7th InternationalWorkshop on Robot Motion and Control,RoMoCo’09, 1–3 czerwca, 2009, Czerniejewo,Polska)7. Kozłowski K.: Robotyka w Polsce. WydawnictwoPolitechniki Poznańskiej, Poznań 2006.8. Takanishi A., Nakamura Y., Heimann B. (red.): 17thCISM-IFToMM Symposium on Robot Design, Dynamics,and Control, RoManSy’2008, 5–9 czerwca2008, Tokyo, Japan. International Centre forMechanical Sciences CISM, 2008.9. Tchoń K., Zieliński C. (red.): Problemy robotyki,Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej,Prace Naukowe – Elektronika, z. 166, Warszawa,2008. (X Krajowa Konferencja Robotyki, 3–6 września2008, Piechowice, Polska).10. Xi N., Hamel W.R.: IEEE/RSJ 2009 InternationalConference on Intelligent RObots and Systems,IROS 2009, 11-15 października, 2009, St. Louis,USA.11. Zielińska T., Zieliński C. (red.): 16th CISM-IFToMMSymposium on Robot Design, Dynamics andControl, RoManSy’06, 20-24 czerwca 2006,Warszawa, Polska. International Centre for MechanicalSciences CISM Courses and Lectures No.487,Springer, Wien, New York. 2006.REKLAMA15