Kyborgové, roboti a androidi

Pod vlivem hollywoodských akčních filmů - snad až na pár výjimek - by člověk mohl snadno získat dojem, že soužití lidí a jejich umělých protějšků nebude žádná procházka růžovým sadem. Typickými představiteli robotické technologie jsou v nich obvykle inteligentní systémy jako Terminátor, různí Predátoři, Robocopové apod., ovšem obvykle prezentovaní jako bytosti nepříliš nakloněné spolupráci s člověkem. Jsou však robotická monstra s téměř lidskými vlastnostmi, ale nadlidskými schopnostmi získanými díky uplatnění špičkových technických vynálezů skutečným předobrazem našich budoucích souputníků?

Mechanické bytosti umí smontovat automobil lépe než člověk a v roce 2050 by měly dokázat porazit i lidský fotbalový tým

Vizionář Karel Čapek

Karel Čapek, který dal robotům jméno, a světu tento termín, poprvé použil slovo robot ve své hře R.U.R. I když jeho roboti byli pojati jako inteligentní humanoidi, tedy bytosti podobné lidem, což se dodnes nepodařilo plně uskutečnit, v jednom spisovatel předpověděl jejich budoucnost s obdivuhodnou přesností: Vizí robotů nasazených v průmyslové výrobě. Řada výrobců průmyslových robotů jako FANUC, FESTO, Panasonic, KUKA, Micubiši aj. přivedla své systémy téměř k naprosté dokonalosti, a jejich vývoj, jak ukázala např. nedávná výstava Automatica v Mnichově, stále pokračuje. Pravda, vzhledem se ani vzdáleně nepodobají Čapkovým představám, ale svou funkčností je možná dokonce předčí - jsou neúnavní, přesní a hlavně (tedy pokud nedojde k poruše systému) ani nepomyslí na revoltu proti člověku. Jejich strojová inteligence je do puntíku přesně naprogramovaná k vykonávání velmi specializovaných operací na výrobní lince. Anebo k použití tam, kde člověk kvůli svým omezeným možnostem nemá přístup, jako například při práci v člověku nepřátelském prostředí jako jsou hlubiny oceánů, či stejně bezedné prostory vesmíru.

Během několika let by roboti měli pomáhat i obyvatelům mezinárodní kosmické stanice ISS. Americká NASA testovala loni schopnosti těchto robonautů v Johnsonově kosmickém středisku v Houstonu. Roboti pomáhali sestrojit hliníkové struktury a instalovat elektrický kabel a jejich úkolem by bylo vykonávat hlavně práce mimo orbitální stanici. Speciální robotickou ruku ostatně astronauti už při manipulaci v nákladovém prostoru raketoplánu úspěšně vyzkoušeli. Konstruktéři těmto kosmickým robotům vytvořili velmi schopné ruce, takže budou moci pracovat se stejnými nástroji jako lidé. První roboti by se na ISS měli objevit do čtyř let a NASA s nimi počítá jako s významnými pomocníky při dlouhodobých kosmických expedicích

Dalším současným typem robotů jsou kosmičtí cestovatelé. Robotické sondy pronikají kromě průzkumných misí v rámci naší sluneční soustavy za její hranice, aby jako autonomní systémy získaly nejrůznější informace, které odesílají na Zemi k detailnímu prozkoumání. Join the Robot Scouts! Staňte se robotickými průzkumníky, hlásá reklamní slogan v expozici kosmických sond v muzeu NASA v Kennedyho kosmickém centru na Floridě. Kam člověk nemůže, nastrčí robota. Kromě sond vyslaných do vesmíru se automaty či dálkově řízení roboti významnou měrou zasloužili o průzkum našich vesmírných sousedů - ať už jde o Lunochod, který dokázal poskytnout vědcům nové poznatky o povrchu Měsíce v 70. letech, nebo jeho nejmodernější následovníky jako úspěšný Sojourner, díky němuž jsme mohli na vlastní oči poprvé uvidět skutečné panorama marsovské krajiny, nebo Opportunity a Spirit, kteří zkoumají rudou planetu nyní.

O strojích a lidech

V Praze se na jaře letošního roku opět na skok zastavil britský vědec Kevin Warwick. Autor knihy "Úsvit robotů, soumrak lidstva", jeden z předních světových expertů, kteří mají k této problematice nejblíže zde představil projekt propojení mozku a stroje. Jeho vize je založena na propojení lidské nervové soustavy a počítače. Podle britského vědce budou mozek člověka a stroje v blízké budoucnosti pracovat dohromady. Zdůraznil, že využití této symbiózy bude široké. Jako další příklady uvedl situaci, kdy jazyk, kterým člověk právě hovoří, bude okamžitě prostřednictvím počítače překládán do jiného. Lidský mozek by měl podle něj využít schopností, které nabízejí stroje: vnímat infračervené a ultrafialové světlo, rentgenové paprsky, nebo přijímat miliony podnětů najednou.

Podle Warwicka bude propojení člověka a stroje už v blízké budoucnosti možné využít k usnadnění života lidí, např. tělesně postižených, nebo k ovládání bytu pomocí myšlenek. Elektronické čipy, voperované pod kůži, budou posílat impulzy do počítačových procesorů, které úkoly provedou.

Na přednášce v rámci seminářů "Věda pro život" profesor kybernetiky z univerzity v Readingu posluchačům na promítacím plátnu například ukázal, jak lze pomocí čipu implantovaného do lidského zápěstí ovládat přes internet ruku robota. Umožňují to nervové impulzy, které mozek vysílány do ruky. Z ní je dráty přenesou do počítače. Podle Warwicka není problém pak toto "zboží" transportovat internetovou sítí kamkoli na světě.

Jako správný výzkumník oddaný vědě si jako prvního dobrovolníka pro pokusy si zvolil sám sebe. V rámci experimentu nazvaného "Projekt Kyborg" si nechal do ruky voperovat elektronický implantát, který používal k ověřování různých pozoruhodných řešení. Křemíkový implantát komunikoval s počítači v budově ústavu, s jeho pomocí se otevíraly dveře i rozsvěcovaly světla když vědec potřeboval, a počítač ho ráno po příchodu do práce přivítal a oslovoval jménem. S jeho pomocí však například dokázal i pohyby své ruky přimět umělou dlaň na druhé straně Atlantského oceánu sevřít předmět. Energie produkovaná jedním člověkem tak podle něj může pomoci v pohybu druhému. Jednoduchý implantát v ruce je však podle Warwicka jen začátek, ani ne 40tiletý vědec, který se projektem spojení lidské inteligence s počítači začal zabývat v roce 1996 věří, že další etapa tohoto projektu - přímé napojení na mozek- bude uskutečnitelná ještě za jeho života.

Budou se nám podobat?

I když většina robotů je konstruována především tak, aby byli co nejlépe schopni vykonávat funkce, pro které jsou určeni, a vypadají tedy obvykle jako ryze mechanické konstrukce propojené svazky kabelů, pokračuje několik projektů, které pojímají mechanickou bytost s výrazně humanoidními rysy. Je to dáno mj. tím, že k něčemu, co vypadá (a částečně se i chová) jako my by měl člověk - uživatel mít větší důvěru, než k soustavě plechových či plastových objektů a drátů.

Na robotech tohoto typu pracuje jako na prestižním projektu např. japonská společnost HONDA - známý je její humanoidní robot Asimo. Ten dostal nyní zdokonaleného nástupce P3 (zatím v prototypu) - 21,6 m vysoký a 130 kg těžký robot s magneziovou kostrou si v karbonovém ruksaku na zádech si nese výkonný řídící počítač a baterie, jako oči fungují dvě na sobě nezávislé kamery, je vybaven mikrofonem pro snímání zvukových podnětů. Vývojáři tvrdí, že takovíto roboti by mohli v budoucnu zastávat roli pomocníků a pečovatelů o starší nebo handicapované lidi, kterým by tak byla k dispozici neustále kvalifikovaná, neúnavná obsluha. V současné podobě by takovéto řešení bylo však zřejmě dost drahé, nicméně uplatnění by mohli najít i v průmyslu. Jejich hlavní výhodou oproti specializovaným robotům na automatických linkách je mobilita - nejsou vázáni na určité místo. Zatím však i zde fungují spíše účelová řešení v podobě různých automatizovaných dopravníků. Tito mobilní roboti sice postrádají eleganci humanoidů, jsou však levnější, stabilnější, a lépe přizpůsobeni svému poslání. I zde se objevují zajímavá řešení - například automat, který pro orientaci v objektu používá místo obvyklých speciálních vodicích tras uložených pod podlahou systém optické navigace. Funguje na základě snímání a vyhodnocování pozice tmavé pásky - na podobném principu jako optická myš, kterou známe z běžné práce s počítačem. Lákavá na tomto řešení je hlavně jeho relativní jednoduchost - namísto složité instalace vodičů pro senzory robota stačí například při změně prostorového řešení výrobní linky, kterou má zásobovat pouze strhnout vodicí pásky a nalepit nové...

Roboti objevují svět lidských smyslů

V drtivé většině jde u současné generace robotů o průmyslové automaty, a o rozvoj mechanických schopností robotů, a jejich využití k víceméně jednoduchým úkolům, které se případně skládají do složitějších operací. Nicméně existují i projekty, které se snaží vštípit mechanickým systémům skutečnou umělou inteligenci a svět lidských smyslů. Na jednom z nich pracuje např. firma Siemens - výsledkem je robot, který vidí a cítí. Tedy aspoň funguje v podobě odpovídající zhruba práci těchto lidských smyslů.

"Roboti přicházejí, a budou nezávislejší, chytřejší a vnímavější", tvrdí slogan na jedné z webových stránek firmy Siemens. Podle představitelů C-LAB, inovačního centra operovaného společně firmou Siemens a Německou Univerzitou v Paderbornu roboti budoucnosti nebudou jen schopni interpretovat lidské pocity, ale i vyjadřovat emoce. Pracovníci laboratoře začali vytvářet robota s lidskými charakteristikami. I když vzhledově se představě humanoidního robota příliš nepodobá (viz obr.), měl by fungovat s ekvivalenty lidských pocitů. Jako možnost využití se nabízejí například průvodcovské služby, ale výsledky práce vývojového týmu najdou jistě uplatnění v různých dalších oblastech. Jiný tým Siemens vyvinul sofistikované procesy, které umožňují robotům, podobně jako u těch, kteří jsou používáni na úklidové práce, nezávislou navigaci, a v budoucnu se počítá s jejich vzájemnou spoluprací, kdy budou fungovat jako autonomní tým. Aby vybavili roboty určitým stupněm obecných smyslů, museli vědci vytvořit sítě obsahující milióny umělých ekvivalentů nervových buněk, které suplují funkce lidského mozku ovládající např. mimiku.

Androidi, s nimiž se lze ve vědeckotechnické literatuře rovněž občas setkat, jsou specifickým typem: zčásti člověk, zčásti stroj. Nicméně něco podobného už opravdu existuje: nejen člověk s implantovaným čipem jako při pokusu Kevina Warwicka, ale spíše projekty využívající technická řešení označovaná jako tzv. wearable, tedy nositelné systémy, výrazně zlepšující naše smyslové a pracovní možnosti, které budeme moci mít na sobě, a tudíž stále sebou.

Jde hlavně o projekty tzv. nositelných počítačů (wearable computers), miniaturních zařízení, která umožňují používat počítač jak jsme zvyklí v kanceláři i v terénu, často využívající speciálních technologií jako ovládání hlasem, miniaturní průhledové displeje, které nebrání běžnému vidění apod. Uplatnění mohou najít např. jako speciální pomůcka tam, kde uživatel potřebuje získávat informace aniž by musel používat tradiční způsoby - kupříkladu. servisní technik může při montáži listovat digitálním manuálem a přitom mít obě ruce volné pro práci. Na projektech tohoto typu pracují jak specializovaná oddělení velkých IT společností jako IBM, či Unisys, nebo menší firmy zaměřené právě na tuto oblast - na veletrh CeBIT vystavovala jeden z těchto přístrojů např. společnost Xybernaut. Díky pokročilé miniaturizaci a výraznému nárůstu výkonu procesorů a paměťových médií, i sníženým nárokům na spotřebu energie u moderních počítačových součástek tak a systémy hlasové navigace se začínají blížit realizaci

Sportovci i pomocníci

Jedním z výzkumných pracovišť je Georgia Tech Mobile Robot Lab. Cílem laboratoře na výzkum mobilních robotů deklarovaným v její chartě je objevit a rozvíjet základní vědecké principy a praktiky, které by byly aplikovatelné v systémech mobilních robotů. Nicméně tento cíl laboratoře slouží k transferu technologií pro řešení problémů reálného světa, nejen výzkum sám o sobě, pro široké spektrum aplikací.

Japonští vědci, kteří se věnují výzkumu robotů asi nejintenzívněji, si stanovili ambiciózní cíl: věří, že do roku 2050 bude reálné sestavit z plně autonomních humanoidních robotů fotbalové mužstvo, které si ve sportovním klání změří své síly s lidskými soupeři, a bylo schopno je porazit. To je ostatně hlavním cílem projektu. Jako jedna ze základních disciplín mezinárodní soutěže RoboCup funguje proto fotbalové utkání robotů. To je však jen část aktivity nazvané RoboCup. RoboCup (původně nazývaný Robot World Cup Initiative) je mezinárodní výzkumná a vzdělávací iniciativa, zaměřená na oblast umělé inteligence a robotiky s využitím širokého spektra různých technologií - a samozřejmě i na řešení, jak tyto technologie mohou vzájemně spolupracovat.

V současné době má RoboCup tři hlavní domény: fotbalovou (soutěží se v různých kategoriích od simulací přes malé, střední a čtyřnohé roboty až po humanoidy), záchranářskou a juniorskou pro nejmladší vývojáře (jejich roboti hrají fotbal , zachraňují a tančí). Nejde však zdaleka jen o hraní si s technikou. Pro RoboCupRescue jsou organizovány workshopy a konference, na kterých vývojáři vyhodnocují pokroky ve výzkumu s použitím standardních porovnávacích procesů, takže výsledky jsou velmi dobře měřitelné. Výsledky práce vývojářů v záchranářské sekci už našly uplatnění v podobě robotů pomáhajících hledat a zachraňovat oběti po velkých živelných katastrofách apod. Ani fotbalové klání není jen samoúčelnou libůstkou organizátorů projektu, ale je využito jako standardní modelová situace, kdy se musí vyvinout různý stupeň úsilí na řešení pohybu a odpovídajících akcí v měnících se podmínkách. Roboti využívají řadu technik - logistiku, dlouhodobé plánování, vyhodnocování a spolupráci mezi týmy apod.

Dalším z mezinárodních akcí zaměřených na předvedení reálných možností robotů je DARPA Grand Challenge - organizovaná sdružením DARPA. Tato instituce však není zaměřena na humanoidní roboty, ale vývoj mobilních automatických systémů, vyvíjených hlavně pro armádu a záchranáře. Cílem je otestovat v terénu možnosti robotických vozidel, které by jednou mohly zastoupit lidské vojáky a zachránit tak na bojištích budoucnosti jejich životy. Letošní první ročník se však příliš nevydařil a pro tvůrce roboaut byl spíše fiaskem: z 25 týmů (robotů) vyslaných do soutěže jich na trať vyrazilo 15, ale závod v plném rozsahu nedokončil v podstatě žádný ze soutěžících systémů, žádnému z týmů se nepodařil zdolat více než pouhou dvacetinu předepsané délky trasy. Příští velká robotí cena, DARPA Grand Challenge 2005, je stanovena na říjen příštího roku. Uvidíme, zda tvůrci robotických vozítek dokáží překonat letošní fiasko. Motivací by k tomu mohly být peníze: Oproti letošnímu nepříliš úspěšnému ročníku robotických vozidel se organizátoři rozhodli zvýšit cenu pro vítězný tým, který by si měl ze soutěže odnést (po splnění příslušných podmínek) na dva miliony dolarů.

V Čechách jsou roboti doma

Také v zemi, která dále robotům jméno se věnuje jejich výzkumu a vývoji několik firem a vědeckých pracovišť. Např. 1. Robotická s.r.o., která vznikla na konci roku 2000 a připravuje projekty robotů od návrhu strojních částí přes elektroniku až po programování. Zakladatelé firmy se podíleli na vývoji požárního robota Brouček I, který probíhal pod hlavičkou Fakulty strojní ČVUT. Podmínky pro projekt však nebyly takové, jak by si jeho účastníci přáli, a aby bylo vývoj vůbec možné dokončit byla založena právě 1. Robotická. Jejich dílo bylo korunováno úspěchem a podařilo se vyvinout stroj, který je světově unikátní v řadě parametrů. Vývoj byl zaměřen především na schopnost likvidace nebezpečí výbuchu tlakových lahví a robot už úspěšně funguje ve službách Hasičského záchranného sboru hl. m. Prahy.

Líhní robotického výzkumu jsou tradičně i univerzity, a nemusí to být je prestižní pracoviště typu americké MIT. V ČR se výzkumu robotů daří zřejmě nejlépe na Moravě. V armádních službách řeší vývoj automatických robotizovaných systémů Katedra technické kybernetiky a vojenské robotiky Fakulty letectva a protivzdušné obrany na Vojenské akademii v Brně, včetně robotů a mobilních robotických systémů určených pro činnost v konfliktním prostředí. V civilním sektoru se v ČR věnuje této problematice např. Vysoká škole báňská - na technické univerzitě v Ostravě, kde působí Katedra měřicí a řídicí techniky vzniklo několik úspěšných prototypů létajících robotů. K jejich stavbě byly využity konvenční součástky doplněné speciálními systémy - např. stavebnice modelového vrtulníku, vybavená kamerkou, senzory apod. Právě v tom tkví půvab těchto řešení - relativně jednoduchá a nenákladná konstrukce přinese výsledek, který umožňuje vykonávat různé činnosti běžnými postupy špatně proveditelné či finančně nákladné. Místo běžné helikoptéry může mapovat terén, zkoumat nebo monitorovat dění na zemi pomocí termovize dálkově řízený nebo automatický létající robot, jehož letová hodina stojí řádově méně, než provoz skutečného vrtulníku.

Dalším univerzitním pracovištěm zasvěceným robotům je Ústav výrobních strojů, systémů a robotiky Fakulty strojního inženýrství Vysokého učení technického v Brně (je součástí Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii při ČVUT v Praze). Pracoviště řeší projekt nazvaný Automatická manipulace v technologických pracovištích a ve výrobních systémech (robotizace a výrobní logistika). Projekt byl inspirován pracovníky ústavu po seznámení se zkušenostmi světových výzkumných ústavů a jeho cílem je mj. snaha o kompatibilitu s výzkumnými centry jako Hsin Chu Taiwan, Tsukuba Research Centre Japonsko, Stanford Research Institute (SRI) CA USA, Produktion Technisches Zentrum (PTZ) Berlin, NTH Siutef Norsko, Fraunhofer Institut (FhI) Německo, univerzit WASEDA University Tokyo, Oxford University a Loughborough University of Technology UK, Technische Universität (TU) Mnichov a TU Wien a světových firem (FANUC a Yamazaki MAZAK - Japonsko, VW Chemnitz, BMW Mnichov a Mercedes Stuttgart). Výsledky společného výzkumu v tzv. "open labs" by měly najít uplatnění i v českém průmyslu v podobě vývoje nových výrobků, robotů a inteligentních výrobních systémů a jejich inovaci

Kde hledat informace o robotech:

www.honda.robots.com
www.robots.net
www.robocup.org
www.robotics.com/robots.html
www.robothalloffame.org
www.darpa.org
www.kevinwarvick.com

Zdroj: Technik