Kolaborativní roboti se spojí, budují vesmírné stanice a zachraňují životy

Struktury jako Mezinárodní vesmírná stanice jsou příliš velké a těžké na to, aby mohly být postaveny na Zemi a poté vypuštěny na Zemi jako jeden kus. Místo toho byla ISS sestavena ve vesmíru jako obří stavebnice Lego s použitím velkých modulů, které byly dodány prostřednictvím několika raketových startů v průběhu 12 let. To je dost těžké, když máte co do činění se strukturou navrženou tak, aby se vznášela na oběžné dráze Země. Ale co když průzkum vesmíru udělá další krok a lidstvo bude chtít stavět složité stavby dále, například na Marsu?

To je místo, kde a nový projekt MIT přichází do hry. Ztělesňuje mantru „týmová práce dělá sen funguje“ a představuje systém malých kolaborativních robotů – přezdívaných relativní roboti – kteří by jednoho dne mohli spolupracovat na budování vysoce výkonných struktur, od letadel přes domy až po vesmír osad.

Roboti ve tvaru V, nazývaní Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorers (nebo BILL-E), připomínají miniaturní ramena. Pohybují se jako inchworms a mohou skládat dohromady malé trojrozměrné modulární kusy, nazývané voxely, do větších struktur. Stejným způsobem, jako lze na obrazovce reprodukovat obraz jakékoli složitosti pomocí jednoduchého čtverce pixelů, myšlenkou tvůrců BILL-E je, že roboti by mohli dosáhnout stejného v trojrozměrný svět. Každý voxel mohou roboti vyzvednout a umístit na místo a poté je spojit pomocí speciálního západkového systému, který je součástí každé stavební jednotky.

„Naši roboti mohou stavět struktury větší a přesnější než oni sami,“ řekl pro Digital Trends Benjamin Jenett, jeden z hlavních výzkumníků projektu. „Neexistuje žádný nárůst nákladů na infrastrukturu kromě výroby jednotlivých komponent voxelů a jednoduchých robotů. V tomto smyslu přichází geometrická složitost za malou nebo žádnou cenu. Relativní robotická montáž používá jednoduchý, opakovatelný postup k výrobě vysoce výkonných struktur na vyžádání, kde jediná montáž je konečná montáž.

Díky týmové práci funguje robot snů

Není pochyb o tom, že roboti BILL-E pro stavbu voxelů MIT jsou vzrušující. Ale možná nejzajímavějším aspektem z nich je to, co naznačují o další hranici pro roboty. Již více než půl století, přinejmenším od doby, kdy výzkumníci SRI International postavili první univerzální mobilní robot, byli inženýři právem nadšeni z možnosti použití robotů.

Dnes se roboti používají v široké škále aplikací. Lidé, kteří je staví, slibují, že budou schopni vykonávat nudné, špinavé, nebezpečné a vysoce dolarové práce, na které se lidé méně hodí. Ale i když jeden robot může být užitečný, je to stále více týmy robotů, kteří nabízejí pohled na to, kde mohou být nejcennější. Důkazy o tom, kde mohou týmy strojů triumfovat, jsou evidentní ve všech různých měřítcích. Existují malí roboti, jako jsou relativní roboti vyvinutí MIT. Stejné principy spolupráce však platí i pro větší roboty.

Loni Boston Dynamics zveřejnilo krátké video ve kterém dva roboti SpotMini spolupracovali na dosažení společného cíle: otevření dveří kanceláře. To je omezená, zjednodušená ilustrace spolupráce, ale přesto ukazuje, jak mnohonásobná stroje mohou spolupracovat při provádění úkolů, které by byly mnohem obtížnější nebo dokonce nemožné jejich vlastní.

Existuje široká škála problémů, které takové kolaborativní roboty slibují vyřešit. V některých případech je to vyhýbání se nebo odstraňování překážek, jako je tomu v případě SpotMinis s otevíráním dveří. V jiných by to mohlo být prozkoumávání velkých oblastí pomocí několika robotů, z nichž každý sleduje své vlastní individuální cesty, ale koordinovaně tak, aby pokryl širokou oblast, aniž by si navzájem šlapali na prsty. To může být užitečné pro věci, jako je mapování. Může také umožnit robotům zlepšit jejich schopnosti tím, že se budou učit metodou pokusu a omylu a poté tyto informace předají ostatním ve skupině; umožňuje všem zúčastněným růst chytřeji rychleji.

Robotické týmy jsou všude

Příklady týmových kolaborativních robotů jsou všude. Profesor Hod Lipson a jeho tým na Kolumbijské univerzitě v New Yorku vyvinul roj diskovitých robotů které se mohou spojit a vytvořit řadu různých tvarových faktorů. Pokud se například potřebuje pohybovat mezerou, roboti se mohou přestavět do tvaru, který jim umožní projít skrz ni, než se znovu sestaví jako širší struktura na druhé straně.

Mezitím je renomovaná vesmírná agentura součástí programu NASA Innovative Advanced Concepts práce na projektu točící se kolem skupiny robotů zvaných „coboti“. Tito koboti mohou pracovat jako tým na prozkoumávání oblastí, jako jsou jeskyně, ale také spolupracovat, aby umožnili nové typy pohybu. Jednoho dne NASA doufá, že by mohly být použity k průzkumu jiných planet.

Tyto přístupy jsou neuvěřitelně vzrušující. V obou příkladech jsou však použité roboty navzájem identické. Nemusí tomu tak být. Ve skutečnosti by v mnoha scénářích mohlo být užitečnější, kdyby se týmy robotů skládaly z robotů se značně odlišnými dovednostmi. Víte, jako efektivní týmy lidí.

Vezměme si například týmy spolupracujících robotů, které spolupracují při pátrací a záchranné misi po přírodní katastrofě. To je něco, co už je aktivně zkoumán kvůli nebezpečí spojenému s vysíláním lidských zachránců. Ale i když mít více jednotek stejného robota, může být nepochybně užitečné při určité záchraně Schopnost dát dohromady roboty s různými sadami dovedností může dokázat ještě více cenný.

Představte si, že používáte robota průzkumného typu s pokročilými optickými schopnostmi v kombinaci s těžším robotem, který je tu k tomu, aby odsunoval suť z cesty nebo přinášel jídlo a vodu obětem. Tato schopnost používat více typů robotů společně je něco, co se v současnosti zkoumá Podzemní velká výzva DARPA. Účastníci soutěže musí vyvinout autonomní roboty pro průzkum podzemních prostředí. Namísto toho, aby se omezovali na jeden typ robota, však mohou sestavit týmy značek skládající se z několika typů strojů, od čtyřnohých botů inspirovaných psími zvířaty až po létající drony.

Vše je o ovládání

Každý, kdo někdy pracoval v týmu, samozřejmě ví, že vedení je velkou otázkou, pokud jde o diktování cílů. Pokud jde o roboty, není to o nic menší problém – a existuje několik možných odpovědí.

„Používáme centralizovanou, na rozdíl od distribuované architektury řízení,“ řekl Benjamin Jenett, výzkumník projektu BILL-E. „To znamená, že jediná entita, v tomto případě notebook, vypočítá [celou] sekvenci sestavení a plánování cesty robota a bezdrátově odesílá příkazy mobilním robotům. Roboti pak provedou tuto cestu, která se skládá z malé sady předepsaných pohybů – krok, otočení, zvednutí, umístění – s omezeným množstvím snímání pro zpětnou vazbu.

Jenett poznamenává, že tento druh centralizované řídicí architektury může dosáhnout optimálních výsledků snadněji, protože vše je naprogramováno předem. V tomto případě je „jediná entita“, o které mluví, jako projektový manažer na staveništi: plánování vše předem a ujistit se, že každý člen týmu ví, co má být dělá. Není to však dokonalé řešení, protože je zranitelné vůči jedinému bodu selhání. V důsledku toho Jenett řekl, že tým hledá distribuované řídicí systémy pro budoucnost.

"To vyžaduje větší autonomii od robotů, [to znamená] snímání a rozhodování," řekl. "Máme však pocit, že náš hardware lze snadno upravit tak, aby tyto změny začlenil do nadcházejících fází této práce."

Tato výzva bude pokračovat i v následujících letech. Přimět více robotů, aby spolu mluvili, je nesmírně složitý problém, který vyžaduje spoustu předběžného plánování. Pokroky v inteligenci rojů však také umožní robotům fungovat společně v určitých aplikacích s distribuovanými formami inteligence. Jako hejno ptáků, kde každý pták odpovídá svým nejbližším sousedům, ale žádný pták nevede hejno, má to obrovský potenciál. Zejména pokud jde o improvizační strategie.

Jen začátek příběhu

Právě teď jsme stále na začátku této konkrétní cesty. Stejně jako spolupráce mezi lidmi a roboty na pracovišti zůstávají kolaborativní týmy robotů převážně oblastí výzkumných laboratoří. Ale tak to nezůstane.

Jak dokazuje vše od Doručovací roboti Starship Technologies společnosti ANYbotics ANYmal roboty pro kontrolu ropných plošin, roboti se stávají součástí každodenního života. A tam, kde právě nyní společnosti zaměstnávají jednoho nebo dva roboty k provádění úkolů, tento počet nutně poroste.

Takže by spolu měli začít vycházet – pro naše dobro.

Doporučení redakce

• Seznamte se s novým nadhazovacím robotem, který dokáže dokonale napodobit jakýkoli lidský hod
• Vtipná formulka: Proč je strojově generovaný humor svatým grálem A.I.
• Část Terminátor, část Otřesy: Tento robotický červ dokáže plavat pískem
• Zvuk vědy: Proč je zvuk další hranicí v průzkumu Marsu
• Vyvíjející se, samoreprodukující se roboti jsou tady – ale nebojte se povstání