Úžasný nový svět robotů

Mohou nám sloužit v domácnosti a dokážou nám i zachraňovat životy. Umí se plazit, létat, ale i špehovat.
    MARKUS MANDAU  

Humanoidní roboti se objevují téměř v každém vědeckofantastickém příběhu popisujícím budoucnost lidstva, s některými se však můžeme setkat již dnes. Jejich předchůdci již desítky let běžně pracují u výrobních linek továren, přichází však doba, kdy si robotického pomocníka můžeme pořídit i domů. Nejčastěji mají domácí roboti podobu válce o průměru 40 a výšce 10 cm. Tato zařízení jsou vybavena poměrně sofistikovanou inteligencí, pohybují se prostřednictvím počítačově řízených servomotorů a jejich jediným posláním je vysávat podlahu. V USA je samočinným robotickým vysavačem vybaveno již více než osm milionů domácností.
To je ale jen pouhý začátek. Výzkum a vývoj robotických pomocníků jsou již v takové fázi, že konečně dochází ke snižování výrobních nákladů, což umožní jejich hromadné rozšíření. Dnešní pohybliví roboti se v okolním světě orientují pomocí pozičních snímačů a dokážou rozpoznávat gesta i tváře svých majitelů. Gesta i tvář majitele dokáže dnes rozpoznávat každý lepší smartphone, chybí mu jen mechanický pohybový systém. Pokud tedy vlastníte chytrý telefon, svého robota si s sebou již nosíte v kapse. Začínající americká společnost Romotive nabízí robota Romo včetně ovládací aplikace pro iPhone cca za 100 eur.
Na roboty již netrpělivě čeká řada potenciálních zaměstnavatelů, i když o pracovně­právním vztahu a o odměně za svou práci si mohou roboti zatím nechat jen zdát – tedy kdyby to uměli. Lze je využít pro ošetřování nemocných nebo jako pomocníky v oblastech postižených přírodní katastrofou. Současní roboti se zatím člověku moc nepodobají, protože vývojáři se zaměřují spíše na jiné přírodní druhy, jako jsou ptáci, blechy nebo například ryby. Ukážeme vám, ve kterých zaměstnáních dokážou nejlépe uplatnit své výhody, a seznámíme vás s nejdůležitějšími projekty, které pokládají základní kameny robotiky blízké i vzdálenější budoucnosti.

Náplň práce našich přátel a pomocníků

Roboti si najdou cestu do lidských domácností nejprve ve formě pomocníků pro úklid, později ale možná také v podobě profesionálních ošetřovatelů či společníků.

Umíte si představit, jaké to je, podat ruku stroji, který vypadá a mluví jako člověk Nám se to může stále zdát jako fikce, ale pro Japonce je splnění této představy otázkou blízké budoucnosti. Umí to totiž robot Asimo, vytvořený v koncernu Honda. Asimo zvládá interakci s lidmi a dokáže vykonat řadu příkazů. Dokáže nejen poznat člověka podle tváře a hlasu, ale umí se i proplést davem lidí. Výrobci mu však zamýšlí svěřit mnohem důležitější funkci – má se starat o staré lidi. Japonsko je totiž zemí, kde průměrné stáří populace přesahuje 65 let. Japonské ministerstvo ekonomiky odhaduje, že každoroční obrat segmentu robotických pomocníků bude dosahovat 13 miliard korun.

Od starostlivých tuleňů po robotické komorníky

Známé univerzity a velké firmy jako Panasonic a Toshiba čas od času přicházejí s podobnými projekty. Riba II dokáže přenášet pacienty s omezenou hybností a MySpoon umí nakrmit pacienty, kteří se nehýbou vůbec. Panasonic nabízí robotickou postel, která se dokáže kdykoliv změnit v kolečkové křeslo. Jedním z důvodů, proč jen málokterý z podobných projektů přichází na trh, jsou finanční náklady. Výjimkou je tulení opatrovník Paro. Vypadá to, že by tento robot mohl na evropském trhu zaznamenat velký úspěch. V Dánsku dnes probíhá klinická studie o vlivu tohoto robota na pacienty s Alzheimerovou chorobou nebo demencí. Do tohoto projektu je zařazeno více než 200 robotů Paro. Umělý tuleň reaguje na hlazení spokojeným vrněním a kombinace ruční stimulace a jí vyvolané reakce následně pozitivně působí i na pacienty. U pacientů s demencí je úspěšnost této procedury více než 70%, výsledkem je zklidnění a rozveselení pacientů. V některých případech vede spolupráce s tímto robotem u pacientů i k vyvolání řečové reakce.
Extrémně složitý je vývoj robotů určených pro obsluhu lidí, jako jsou například Romeo od společnosti Aldebaran nebo Care-O-Bot, vyvinutý ve Fraunhoferově institutu. Care-O-Bot má za úkol postarat se o vykonání každodenních úkolů pro lidi s omezenou hybností. Mezi jeho povinnosti patří například uklízení stolu, přinášení knih z knihovny, nebo dokonce servírování nápojů. Jeho služby ocení nejen v nemocnicích, ale lze jej využít i v bytě pacientů. Care-O-Bot je příkladem technologických možností současné vědy, je ale bohužel velmi drahý. Jeden kus současné, 3. generace tohoto robota přijde přibližně na šest a půl milionu korun, i když je vyroben z běžných součástek, používaných i v levnějších robotech. V současné době kupují tohoto robota pouze výzkumné ústavy, protože Care-O-Bot pracuje s jednotnou platformou opensourcového robotického operačního systému ROS.
Pokud se vám zdá cena hotových robotů příliš vysoká, můžete si postavit vlastního a ušetřit peníze, jako to například udělal vývojář Microsoftu Jordan Correa. Sestrojil robotického házeče míčků, který baví jeho psa, zatímco pán pracuje. Robot hází psovi míčky, ten je nosí zpátky a za odměnu mu robot vydá pamlsek. Autor ovládá robota ze svého pracoviště pomocí konzole Xbox a aplikace Skype.

Tulení terapeut „Paro“
Robot Paro vypadá jako tuleň a reaguje na hlazení a objetí spokojeným vrněním. Úspěšně se používá při léčbě pacientů trpících Alzheimerovou chorobou a demencí.

Detailní pohled na robotickou sestru Care-O-Bot
Tělo tohoto robota, vyvinutého ve Fraunhoferově institutu, je vyrobeno z běžných komponent. Jeho pohybový aparát je doplněn běžnými počítačovými součástkami a volitelně se dodává se senzorem Microsoft Kinect.

Nudí se váš pes Pořiďte mu Darwina!
Na platformě robota Eddie a senzoru Kinect sestrojil vývojář Microsoftu Jordan Correa elektronického trenéra, který hází míčky jeho psu. Rameno s uchycovacím mechanismem hází míček, a když se pes s míčkem vrátí, vypadne z trubice zasloužená odměna.

Záchranáři na nebezpečných místech

Roboti nacházejí ideální uplatnění při přírodních katastrofách. Snadno se dostanou i do míst, kde by lidští záchranáři neměli šanci přežít.

Dokážou prohledávat hromady suti, vlézt do zborcených budov, vyhledávat výbušniny ukryté v automobilu a odstraňovat nástrahy z minového pole. Robotičtí pomocníci se při různých záchranných akcích používají běžně. Americká společnost iRobot vyrobila pro armádu přes 3 000 mobilních pomocníků, kteří jsou určeni pro nasazení v první linii. Zemětřesení, které postihlo v roce 1995 město Kobe, dalo Japoncům podnět k vývoji speciálních robotů, schopných prohledávat ruiny zborcených domů. Kromě jejich průzkumu umí tito roboti také odklízet trosky z nebezpečných míst, kde hrozí zával a kam by bylo příliš nebezpečné posílat lidské záchranáře. Z podobného projektu vznikla i speciální průzkumná kamera ve tvaru hada, která se dokáže sama prosmýknout i nejužšími škvírami a bezdrátově vysílá obraz na povrch.

Havárie reaktoru zatěžkávací zkouškou

Japonský záchranářský robot Quince vypadá stejně obyčejně jako americký robot určený k vyhledávání min. Je přibližně jeden metr dlouhý a pohybuje se pomocí pásů. Tato zařízení toho ale zvládnou mnohem víc, než by se mohlo zdát. Nejenže je Quince vodotěsný a prachuvzdorný, ale umí se sám omýt od potenciálně nebezpečných látek, se kterými přichází během práce do styku. Neocenitelné služby zastal Quince v roce 2011 během jaderné katastrofy v elektrárně Fukušima. Pouze tento robot bych schopen vniknout do nejvyšších pater reaktoru a změřit úroveň uniklé radioaktivity. Katastrofa ve Fukušimě ale ukázala dosud nevyřešená funkční omezení záchranářských robotů. Patří mezi ně i takové drobnosti, jako neschopnost zvládnout schody. Přesně z tohoto důvodu nebylo ve Fukušimě možné použít amerického vojenského robota PackBot. Chůzi po schodech naštěstí zvládl Quince, a to díky nastavitelným pohyblivým pásům, umístěným na obou stranách robota. Během průzkumu byl jeden Quince téměř ztracen kvůli tomu, že se poškodilo kabelové spojení s operátorem a silné betonové stěny jaderné elektrárny neumožnily ovládat robota bezdrátově. Naštěstí situaci vyřešil druhý robot, který poškozeného kolegu odtáhl do bezpečí.
I v Evropě existují roboti s podobnými funkcemi, jako má Quince. Jeden přijde zhruba na 1,8 milionu korun. V této kategorii robotů se jedná o relativně nízkou cenu, ale stejně bychom jej nechtěli ztratit. Právě vývojem cenově dostupných robotů se zabývá projekt Nifti, který je financován EU a který má za úkol vytvořit jednoduché a levné průzkumné roboty. Ti mají být schopni v prohledávané oblasti vytvořit síť a nabídnout tak lidským záchranářům náhled situace i ve vzdálenějších místech, kam by nedosáhl signál osamělého průzkumného robota. Poté, co prostor zmapují levnější roboti, bude do něj vyslán víceúčelový a dražší robot, který bude pro komunikaci s operátory rovněž využívat síť vytvořenou komunikačními roboty a jehož cena bude okolo 13 000 Kč za kus. Nízké ceny těchto „roborepeaterů“ bylo možné dosáhnout proto, že jsou vyráběny ze standardních komponent, jako je běžný router, smartphone a dálkově ovládaný pohyblivý podvozek. Někteří z těchto robotů budou postaveni na operačním systému ROS, ale mohou využívat i Windows nebo Android. Vývoj ROS má na starosti komunita vývojářů, která jej neustále obohacuje o nové funkce včetně ovladačů pro ovládání pomocí smartphonů. Levná robotická zařízení, určená spíše jako pohyblivé kamery, lze použít pro monitorování stavu narušených budov.

Hadí kamera proleze všude
Aktivní trubicová kamera má za úkol vyhledávat lidi zasypané pod troskami. Motorek umístěný uvnitř robotické kamery napodobuje pohyb hada a potřebné tření zajišťují štětiny, umístěné na povrchu trubice.

Robot Quince pracuje ve Fukušimě
Uvnitř zamořeného prostoru reaktoru Fukušimské jaderné elektrárny pracují dva tito roboti. Quince 1 pořizuje fotografie a měří radiaci, Quince 2 slouží jako komunikační prostředník a pomocný stroj v případě selhání druhého robota.

Spolupráce při záchranných akcích
Během záchranných misí je spolupráce základem úspěchu, a to platí i o robotech. V tomto případě mají rekognoskaci terénu na starosti tři roboti. Ten, který vypadá jako auto na dálkové ovládání, slouží jako spojka mezi operátorem a průzkumným robotem, oranžový létající robot nabízí pohled shora a pásový robot prozkoumá zasažené území.

Roboti, kteří se inspirují přírodou

Blechy, ryby, psi, rackové – příroda nabízí spoustu příkladů obratných a odolných organismů a bionika je při vývoji robotů ráda kopíruje.

Musíme si pomalu zvykat na představu, že stejně jako zvířata i roboti budou umět plavat, plazit se, a dokonce létat. Díky inspiraci zvířecí říší se budou moci roboti pohybovat rychleji a obratněji než roboti podobní člověku, kteří mají přirozeně problém už jen s tím, aby udrželi rovnováhu. Na druhou stranu existuje velmi efektivní robopes AlphaDog, který se pohybuje po čtyřech končetinách, dokáže unést až 200kg náklad a díky pozičním senzorům umí běhat rovně i po vratkém povrchu. Pokud jedna z jeho končetin uklouzne, robot se automaticky stabilizuje. Projde-li úspěšně ostrými zkouškami na bitevním poli, bude AlphaDog povolán do armády. Byl sestaven firmou Boston Dynamics za štědré finanční podpory od americké armády a výrobce již pracuje na dalším modelu RHex, který bude mít šest noh, jejichž prostřednictvím bude schopen pochodovat i v bahně. Ozbrojené složky využívají i skákavého robota Sand Flea, který dokáže přeskočit až osm metrů vysoké překážky a který je vybaven kanonem vystřelujícím projektily pomocí stlačeného vzduchu. Nejrychlejším robotem na světě je v současnosti Cheetah (gepard), který dokáže běžet až 30km rychlostí. Podobu psa má i italský robot BigDog, který je určen pro záchranu lidí v oblastech postižených zemětřesením.

Naprostá novinka: Pavouci a ryby

Nejnovějším trendem moderní bioniky je odklon od kovové kostry. Výzkumníci z Fraunhoferova institutu IPA sestrojili osminohého robotického pavouka, jehož součásti jsou vytvářeny pomocí 3D tiskárny, jejíž použití urychluje a zlevňuje vývoj prototypů. Prostřednictvím stejné 3D tiskárny vyrábějí ve Fraunhoferově institutu i samostatně funkční robotické rybičky. Ty jsou vyrobeny z porézního a prodyšného polyamidu a ve vodním prostředí se orientují pomocí infračervených senzorů. Chování hejna ryb simuluje program napsaný v jazyce C, který řídí mikrokontrolér ATmega8A (cca 50 Kč). Celková cena součástek robotické ryby se pohybuje okolo 500 Kč, a proto se brzy počítá i se sériovou výrobou. Roboryby si budete moci koupit pro pobavení živých rybiček v akváriu nebo vám poslouží jako dobrý simulátor pro vlastní programování v opensourcových programech a budete je moci například naučit různé „taneční“ kreace.
Světem zvířat se vývojáři robotů inspirují i částečně – lépe řečeno se snaží napodobit některé orgány či schopnosti zvířat. Můžeme se tak setkat s robotickým sloním chobotem, který dokáže jemně uchopit a podávat křehké předměty, s přístroji, které dokážou šplhat po rovné zdi jako gekoni, nebo s roboty vybavenými ptačím zobákem, kteří umí pevně uchopit předmět a nepustit jej. Nejúžasnějším robotem je ale asi SmartBird, který dokonale imituje let racků a doopravdy létá stejně jako oni.
Představa robota s lidskou postavou a chováním ale není zapomenuta. Americká vojenská agentura Darpa bude v příštím roce pořádat soutěž robotů postavených podle prototypu robota Atlas od firmy Boston Dynamics. Ambiciózním cílem je postavit humanoidního záchranáře, který by dokázal prohledávat prostory postižené katastrofou, odstraňovat překážky a transportovat raněné. Je tedy dobře možné, že se v roce 2013 setkáme s robotem, který se s námi rozloučí známou hláškou Arnolda Schwarzeneggera: „I”ll be back!“.

Gepard mezi roboty
Při vývoji robota Cheetah se vývojáři ze společnosti Boston Dynamics inspirovali pohybovým ústrojím gepardů. V současnosti se jedná o nejrychlejšího robota na světě, který na běžícím pásu dosahuje rychlosti až 30 km/h. Při pohybu mu pomáhají ohebná záda.

Smart Bird:
Létá jako pták
Létající robot, vyvinutý společností Festo, se skládá z desítek součástí, které dohromady neváží ani půl kilogramu. Tajemství tohoto robotického ptáka spočívá v pohybu kloubů, které Smart Birdu při letu umožňují napodobit pohyby křídel racka.

Hejno rybiček vyrobené 3D tiskárnou
Tito drobní a levní roboti z Fraunhoferova institutu IPA se ve vodě orientují pomocí infračervených očních senzorů. Software nahraný do jejich mikrokontroléru dokáže simulovat chování ryb v hejnu. Integrovaná lithiumiontová baterie vydrží na čtyři hodiny provozu a poté, co dojde, lze rybičku během 45 minut dobít.


ASIMO
POUŽITÍ:  Určen pro použití v domácnosti. Specialista na interakci mezi roboty a lidmi.
FAKTA:  Umí se pohybovat rychlostí až 9 km/h, je vysoký 130 cm a váží 48 kg. Dokáže rozpoznat obličej majitele.
LS3 „ALPHADOG“
POUŽITÍ:  Podpora pěchoty, přenášení nákladů
FAKTA:  Za den dokáže urazit cca 32 km, unese až 200 kg nákladu, je poháněn spalovacím motorem
RIBA II
POUŽITÍ:  Pomoc zdravotním sestrám v domovech důchodců při manipulaci s fyzicky hendikepovanými starými osobami.
FAKTA:  Unese až 80 kg, sériová výroba od roku 2015, cena okolo 1,5 milionu Kč.
SMARTBIRD
POUŽITÍ:  Výzkumný projekt, který dokáže přesně simulovat pohyb křídel a let racka.
FAKTA:  Rozpětí křídel dosahuje dvou metrů, hmotnost 450 gramů a má příkon 23 wattů.
SIMUS
POUŽITÍ:  Okrasná akvarijní roborybička, která ale poslouží i ke zkoumání chování rybího hejna.
FAKTA:  Délka 9 cm, obal a ploutve vyrobeny pomocí 3D tiskárny. Cena materiálu cca 500 Kč.
SAND FLEA
POUŽITÍ:  Použití ve vojenských, policejních nebo záchranných operacích. Dokáže rozehnat dav.
FAKTA:  Umí vyskočit do výšky osmi metrů a je vybaven kanonem na stlačený vzduch. Délka 33 cm, hmotnost cca 5 kg.
CARE­O­BOT 3
POUŽITÍ:  Pomáhá pacientům v nemocnicích i v domácím léčení.
FAKTA:  Hmotnost 180 kg a výška 145 cm. Orientuje se pomocí tří laserových skenerů, 3D kamery a pohybuje se prostřednictvím osmi motorků.
PARO
POUŽITÍ:  Nabízí psychickou podporu pacientům trpícím Alzheimerovou chorobou a demencí.
FAKTA:  Ve světě se používá přes 1 700 robotických tuleňů. Váží 2,7 kg a je 57 cm dlouhý.
ROBOT – SPOJKA
POUŽITÍ:  Záchranné mise, prvotní prozkoumání neznámého terénu.
FAKTA:  Stojí jen asi 13 000 Kč. Jeho mozkem je program umístěný ve smartphonu s Androidem nebo v miniaturním počítači.
ATLAS
POUŽITÍ:  Humanoidní záchranářský robot. Dokáže odklízet překážky a vynášet zraněné.
FAKTA:  Stále ve vývoji. Předpokládaná rychlost 15 km/h a schopnost unést až 450 kg.
ROMO
POUŽITÍ:  Robotický pohyblivý stojan na smartphone. Můžete jej programovat pomocí vlastního SDK.
FAKTA:  Ovládá se pomocí aplikace pro smartphony s iOS nebo Androidem, stojí cca 2 500 Kč a je dlouhý 12,4 cm.
ROMEO
POUŽITÍ:  Pomoc nemocným a fyzicky hendikepovaným pacientům v domácím léčení.
FAKTA:  Měří 143 cm, váží 40,5 kg, pohybuje se pomocí 14 motorků a je řízen prostřednictvím operačního systému ROS.
QUINCE
POUŽITÍ:  Odolný robot pro záchranné mise. Používá se v radiací zamořených prostorách jaderné elektrárny Fukušima.
FAKTA:  Vybaven senzory pro detekci tepla, radiace a plynů. Má laserový 3D skener a váží 27 kg.
RHEX
POUŽITÍ:  Odstraňování překážek a záchranné operace v bahnitém terénu.
FAKTA:  Dosah 700 metrů, odolný proti prachu a vodě, vybaven infračervenou kamerou.