Přihlásit

Robot musí pomáhat a nesmí ublížit

V mezinárodním projektu zkoumajícím interakce člověka a stroje spojily síly univerzity ze čtyř zemí. O pravidlech interakce mezi člověkem a strojem jsme hovořili s Janem Koprnickým z Fakulty  mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Technické univerzity v Liberci, která se na projektu podílí.

Technická univerzita v Liberci se zapojila do mezinárodního projektu „Výzkumu a vývoje senzitivních robotických systémů spolupracujících s člověkem s využitím výhod aditivní výroby (R2P2)“. Můžete nám tento projekt přiblížit?

Tříletý projekt je financován z evropského programu Horizont 2020 a zapojily se do něj univerzity čtyř zemí. Dvě francouzské univerzity: Institut national polytechnique de Toulouse a Université Toulouse III – Paul Sabatier (UPS), španělská Mondragon Goi Eskola Politeknikoa Jose Maria Arizmendiarrieta, S.Coop a dánská Aalborg Universitet. Zaměřujeme se na interakci člověk–stroj. Základními pilíři projektu jsou robotika v průmyslové výrobě, fyzioterapeutické a rehabilitační robotické systémy a tzv. aditivní technologie, tedy 3D tisk, zejména jako technologický postup pro tvorbu chytrých pomůcek vytvářených uživatelům na míru. Pod interakcí člověka a stroje chápeme vliv robotických systémů na živé organismy a naopak. Nejedná se však jen o robotické systémy, které se hýbají nebo se podobají člověku. Může to být i nějaký autonomní systém – třeba osvětlení. Vlivem osvětlovacích systémů na člověka a kamerovým viděním se zabývají francouzští kolegové. Řeší mimo jiné působení osvětlovací techniky na člověka – například její intenzity a intervalů při blikání na lidský zrak. Kolegové z dánské a španělské univerzity pracují v oblasti senzorických a robotických systémů. Na dánské univerzitě se zkoumá, jak společná práce s robotem ovlivňuje lidskou psychiku.

Hovořili jsme spolu v této souvislosti o kolaborativních robotech. Co si máme pod tím pojmem představit?

Kolaborativní roboty – tzv. koboty – jsou schopné spolupracovat s jinými roboty podobných nebo různých architektur nebo i s lidskými operátory, na plnění společného úkolu. Kolaborativní robot nemá nahradit člověka, ale má s ním spolupracovat. Ve firmách často používají samostatně pracující konvenční průmyslové roboty a čím dál častěji i právě koboty. Slouží k tomu, aby pracovaly po boku lidí ve výrobě, přičemž mají převzít hlavně obtížné operace. Dříve byly roboty z bezpečnostních důvodů odděleny od lidí různými zábranami. Dnes je třeba, aby byly schopny pracovat mezi lidmi v určitém prostoru bez klecí a zábran vymezujících jejich pracovní prostor. Tedy aby reagovaly na překážky, neublížily lidem a samy se nepoškodily. Jedná se o tzv. „měkké řízení“. To znamená, že robot musí udělat určitou, třeba i velmi těžkou operaci, ale musí se zastavit nebo změnit dráhu, pokud mu do dráhy vstoupí člověk nebo pokud se objeví nečekaná překážka. Kolaborativní nebo také kooperativní roboty jsou svým způsobem citlivé, umějí zpomalit, aby nenarazily do překážky, a pohybují se tak, aby neublížily svému lidskému spolupracovníkovi. To je moderní trend nasazování robotů a robotických systémů. Čím konkrétně se zabýváte vy osobně? Zabývám se senzitivní robotikou. Zajímá mě použití technologie 3D tisku pro vytvoření robotických ramen, robotických soustav či robotických rukou. S tím souvisí řešení otázky, jak se má takový robotický systém spojit s člověkem. Jako řídicí systém lze využít snímače elektroniky, kterou každý nosí u sebe – třeba mobilní telefony nebo různá chytrá elektronická nositelná zařízení. Takové snímače, které snímají světlo, vibrace nebo různé biologické signály, mohou z lidského těla získat informaci, která pak může sloužit jako řídicí povel pro robotický systém třeba v chytré ortéze pro končetiny. Data je tedy možné nějakým způsobem analyzovat a posílat do robotického systému.

Vy už máte v této oblasti určité zkušenosti?

Ano, sleduji projekty, které se zabývají aktivní protetikou. Na naší fakultě jsme s tím začali v roce 2015, když student student Petr Najman sestrojil podle japonského open-source projektu Hackberry robotickou, bionickou ruku poháněnou třemi servomotory. To u nás vyvolalo velký zájem o chytré protézy. Je to produkt velice personifikovaný a poměrně drahý. Vždyť protéza s jedním motorem, která se komerčně zatím vyrábí standardními technologiemi obrábění, stojí okolo 300 tisíc korun. A přesto si je lidé kupují, protože bez rukou se žije těžce. Intenzivnější využití 3D tisku v této oblasti by přineslo mimo jiné i výrazné zlevnění a nové možnosti, protože 3D tiskárna může vytisknout kompletně protetický systém na míru a v relativně krátkém čase. Využitím 3D tisku v protetice či ortotice se zabývají vědecké, komerční i dobrovolnické týmy napříč celým světem. Se studenty tuto problematiku sledujeme a snažíme se být v kontaktu s novými technologiemi 3D tisku i s technologiemi nositelných zařízení. Monitorujeme snahy vše propojit ve funkční robotický, mechatronický systém a aktivně se do toho procesu zapojujeme, aby se studenti naučili pracovat s pokročilými technologiemi a dokázali změnit konzervativní způsob myšlení při návrhu systému.

Co to je robotický mechatronický systém? Co má umět?

Je to spojení pohybu schopného mechanického systému s elektrickými pohony a elektronickými řídicími systémy. Takový systém je schopen se samostatně pohybovat bez působení vnější síly člověka. Může mít elektronický, pneumatický nebo hydraulický pohon. Mechanický systém je možné vytvořit za pomoci technologie 3D tisku a díky tomu může mít i organické tvary. Mohou to být třeba bionické ruce nebo paže. Kdyby se povedlo elektrickou část systému – pohony – vytisknout zároveň s mechanickou částí, zjednodušila by se výroba i tohoto elektromechanického systému. A pak je tu vědecká otázka, proč nevytisknout i elektroniku, tedy tu řídicí část, a odstranit tak hodně nákladný krok montáže? Je to sen renomovaných týmů i vesmírných agentur. Představa, že se všechno vytiskne najednou a že si například kosmonauti všechno, co potřebují, vytisknou v kosmické lodi a povezou si do vesmíru jen kanystr s nějakou hmotou, protože náhradní díly i nářadí si v případě potřeby vytisknou, je zatím utopií a vidíme to jen ve sci-fi filmech. Ale pracuje se na tom. Cílem je vytisknout celý systém kompletně.

Jak jste daleko vy v Liberci?

Jsme blízko, zbývá nám už jen krůček. [smích] Ne, bohužel, není to tak jednoduché. Určitě nepředběhneme týmy světových agentur. Ale také na tom pracujeme. Jsme schopni udělat první krok – ten mechanický systém, bez montáže tak, aby se hýbal. Je to ideální úloha pro aplikaci 3D tisku. Jako další krok řešíme tisk elektronického systému. Zanedlouho budeme mít na fakultě k dispozici 3D tiskárnu na elektronické části – třeba desky plošných spojů. To je ale elektronický nepohyblivý systém, nikoliv elektromechanický. Třetím krokem by bylo vytištění elektromotoru. To, bohužel, ještě neumíme, ale bylo by to velmi hezké. Při spolupráci s naší bezrukým kolegou jsme narazili i na další konkrétní problém: jak vytištěnou robotickou rukou ovládat třeba mobilní telefon. Představte si běžnou 3D tiskárnu, která tiskne z plastové struny, přičemž plast funguje jako izolátor. Když se dotknete displeje [kapacitního – pozn. red.] robotickým prstem vytištěným z tohoto materiálu, na rozdíl od „živé“ ruky nefunguje. Mobil ale můžeme ovládat v rukavicích se specifickým zakončením. Fungují i speciální „gumičky“ na propisovacích tužkách. Takže je zde základní otázka: najít speciální tisknutelný materiál, aby robotická ruka fungovala jako lidská. Pak si také musíme položit otázku, jak fungují dotykové displeje. Ve zkratce: ve většině případů je potřeba částečně odvést elektrický náboj. Snažíme se tedy najít tisknutelný materiál stejné vodivosti, jako má lidský prst, který se navíc potí, má nějakou teplotu a není příliš tvrdý, aby displej nepoškrábal. Na trhu jsme ho zatím nenašli. Snad jsme ho jen nepřehlédli.

A co jste zkoušeli?

Zkoušeli jsme třeba uhlík, protože ta „gumička“ na tužce obsahuje uhlíkové částice. Ale takový materiál se nehodí pro 3D tisk. Zkoumali jsme přidání kovových částeček, které jsou ve speciálních rukavicích, ale ty značně komplikují tisknutelnost. Takže hledání není zdaleka u konce. Třeba to ale nebude nutné, protože se zdokonalí dotykové obrazovky na bezdotykové tak, že je bude možné ovládat pomocí gest. Když potom dokážeme vytisknout robotickou ruku stejně pohyblivou jako ta lidská, můžeme ovládat mobil bezdotykově pomocí gest. Možná převládne moderní metoda ovládání hlasem, kterou na naší fakultě stále zdokonaluje tým profesora Nouzy. To všechno je potřeba zkoumat a ponořit se do hloubky. Souvisí to i s tím, že na trhu je stále více cenově dostupných nositelných zařízení, která snímají informace z člověka nebo kamer a s použitím umělé inteligence umějí rozpoznat předměty. Takové informace je možné zpracovávat a posílat je do řídicího systému. Dnes se už pro ovládání protéz končetin běžné snímají a zpracovávají povrchové elektrické (EMG) signály z lidského těla. Jsou to třeba informace o zatnutých svalech. To přesahuje rámec robotiky a nutně přitom musíme spolupracovat s lékaři. Zapojují se i psychologové a psychiatři, kteří musejí někdy řešit nedůvěru a traumata lidí způsobených těsnou blízkostí robotů v pracovním procesu. V tom jsou velmi dobří naši projektoví partneři z Dánska a Španělska. Na některé roboty jsme si zvykli – máme robotické vysavače, nebojíme se létat letadlem, i když víme, že je zapnut automatický pilot. Velká nedůvěra ale panuje ještě třeba k autonomním automobilům nebo k některým volně se pohybujícím robotům – třeba na stavbách některých zemích. Je potřeba tuto problematiku lidem přibližovat. Nechceme, aby robotům důvěřovali bezhlavě, ale aby je respektovali, a přitom z nich neměli strach. A o tom je i náš projekt – o zkoumání interakce od robota k člověku i od člověka k robotu za použití různých technologií.

Chcete říci, že si budeme muset zvyknout na to, že roboti budou více a více součástí našeho každodenního života?

Určitě. A proto je interakce mezi roboty a lidmi velmi aktuální, zajímavá a jednoznačně mezioborová problematika. Robotika proniká do všech sfér našeho života. Začalo to v průmyslu, dneska jsou roboti v domácnostech, využívají se i v medicínské oblasti a ty vazby mezi strojem a člověkem se zužují. Podstatné je, aby se člověk s robotem domluvil, aby spolu dokázali komunikovat a spolupracovat, aby si nepřekáželi, ale naopak aby si vycházeli vstříc a uměli využít synergických efektů. Robot dokáže člověku pomoci na základě velmi sofistikovaných signálů a algoritmů. Je jasné, že práce v této oblasti zdaleka nekončí, je potřeba sbírat ještě víc informací a dále je analyzovat.

Jak si mají ale navzájem člověk a robot vycházet vstříc?

Robotika a vše, co s ní souvisí, se překotně vyvíjí. Nové informace soustavně přibývají a my chceme s vývojem pokročilých technologií udržet krok. Ten vývoj je tak rychlý, že začínáme narážet na limity těch technologií, ale i na limity lidského chápaní nejen u laické, nýbrž i u odborné veřejnosti. Rozdílné reakce jednotlivců velmi dobře demonstruje video ze Singapuru, kde je do parku zkušebně nasazen „robotický pes“, který kontroluje hygieniky nařízené rozestupy. Kromě hlasové projevu je vybaven i kamerami s cílem odhadnout, kolik lidí je v parku. Někteří lidé se ho bojí, jiní si ho naopak zvědavě prohlížejí. Ukazuje se, že rozvoj robotiky přináší i problémy sociální a psychologické. Do budoucna je nezbytné ve vědě a výzkumu spojovat biologickou oblast s technickou a postupně zvyšovat důvěru k technickým zařízením včetně robotů. Otázky týkající se této oblasti řešíme společně se studenty. Jsem přesvědčen, že technologické i lidské limity dokáže mladá technicky vzdělaná generace překonat. A není pochyb, že to bude i při dodržování oněch třech zákonů robotiky, které ostatně platí obecně a určitě by platily, i kdyby nebyly tak zajímavě literárně popsány.

Autor: Jaroslava Kočárková
Zdroj: Technický Týdeník, 11/2020

Hlavní partneři
  • ČEZ
    ČEZ
  • Škoda Auto
    Škoda Auto
Partneři
  • ABB
    ABB
  • Actis
    Actis
  • Adient
    Adient
  • INISOFT
    INISOFT
  • MicroNova
    MicroNova
  • RS Components
    RS Components
  • Siemens
    Siemens
Školy
  • SPŠ a VOŠ Jičín
    SPŠ a VOŠ Jičín
  • SPŠ Česká Lípa
    SPŠ Česká Lípa
  • SPŠSE a VOŠ Liberec
    SPŠSE a VOŠ Liberec
  • SOŠ, SPŠ Varnsdorf
    SOŠ, SPŠ Varnsdorf
  • SPŠ Mladá Boleslav
    SPŠ Mladá Boleslav