Robotyka to znacznie więcej niż tylko duże roboty przemysłowe i maszyny o zaprogramowanej funkcjonalności. Współczesne roboty zmieniają się, podobnie jak możliwości ich komunikacji oraz relacje pomiędzy nimi a ludźmi. W artykule, będącym kolejną częścią cyklu IoT Hub współtworzonego z firmą Farnell element14, dokonujemy przeglądu wersji o bardzo zróżnicowanych rozmiarach i funkcjach, następnie omawiamy nowe możliwości, jakie stwarza integracja robotów z IoT w celu stworzenia Internetu Rzeczy Robotycznych (IoRT).

────── Artykuł firmowy ──────

Całość artykułu przeczytasz w IoT Hub firmy Farnell element14

Dzisiejsze roboty zaś bardzo różnorodne. Na przykład niektóre platformy wiertnicze oraz rurociągi naftowe korzystają z robotycznych węży zdolnych do pełzania po morskich głębinach w celu przeprowadzania inspekcji podwodnych czy prac konserwacyjnych i naprawczych. Natomiast na lądzie firma Boston Dynamics prezentuje robota humanoidalnego, który potrafi dokonać niesamowitych wyczynów w skokach i przewrotach. Firma wyprodukowała wiele robotów, które funkcjonują w sposób niesamowity, a czasami przerażający, jak ludzie czy zwierzęta.

Dubaj ma duże ambicje, aby stać się inteligentnym miastem z dronami i robotami w centralnym miejscu dla lokalnych planów rozwoju. Miasto przetestowało już drona, który ma ułatwić funkcjonowanie systemu transportu lotniczego, być może w ciągu najbliższych pięciu lat. Z kolei podczas Arabia Saudyjska postanowiła przyznać obywatelstwo Sophii, robotowi zbudowanemu przez firmę Hanson Robotics.

Nie tylko roboty przemysłowe

Ze statystyk International Federation of Robotics wynika, że w 2017 roku sprzedano 380 tys. robotów. Około jedna trzecia z nich trafiła do sektora motoryzacyjnego, niewiele mniej do firm z branży elektrycznej i elektronicznej, zaś kilkanaście procent do przemysłu metalowego i maszynowego. Pozostałe trafiły do tak różnych gałęzi przemysłu jak przemysł lotniczy i kosmiczny, branża opakowań żywności czy przemysł farmaceutyczny.

Roboty w produkcji

Duże roboty trafiają do mniejszych przedsiębiorstw, co dzieje się dzięki temu, że postęp w zakresie technologii robotycznej i niższe koszty usuwają bariery utrudniające wdrożenie systemów sterowania i automatyzacji. Podczas montażu elementy składowe są coraz częściej prezentowane robotowi przez systemy wizyjne, natomiast czujniki siły umożliwiają mu ścisłą regulację i adaptację tak, jak uczyniłby to człowiek — w istocie roboty stają się coraz bardziej zręczne.

Nowa fala robotów, znacznie bardziej zaawansowanych niż te obecnie powszechnie stosowane przez producentów samochodów i innych producentów przemysłu ciężkiego, zastępuje pracowników na całym świecie, zarówno w automatyzacji produkcji, jak i dystrybucji. Na przykład w holenderskiej fabryce Philips Electronics w Drachten 128 robotów, prowadzonych przez kamery wideo, dokonuje wyczynów znacznie wykraczających poza możliwości najbardziej zręcznych ludzi. Jedno ramię robota tworzy w nieskończoność trzy idealne zagięcia w dwóch przewodach łączących i wsuwa je w otwory, które są niemal za małe, aby zobaczyć je gołym okiem. Ramiona pracują tak szybko, że muszą być zamknięte w szklanych klatkach, aby zapobiec zranieniu osób je nadzorujących. I robią to wszystko bez przerwy na kawę — przez trzy zmiany dziennie, 365 dni w roku.

Drony i mikroroboty

Większość ludzi wyobraża sobie drona jako samotną, zdalnie sterowaną zabawkę ze śmigłami lub może duży, bezzałogowy samolot wojskowy. Przyszłość może być jednak bardzo inna. Według raportu BBC „Futurenow” drony stają się coraz mniejsze oraz tańsze w produkcji i niedługo zaczną roić się w grupach po sto lub nawet po tysiąc, by latać jak stada ptaków. Na polu bitwy takie roje mogłyby przewyższyć uzbrojenie i technologie, których wojskowi używają od dziesięcioleci.

W przyszłości roje mogłyby również tanio i łatwo sprawdzać rurociągi, kominy, linie energetyczne i zakłady przemysłowe. Na farmie mogłyby wykrywać choroby roślin i pomagać w gospodarowaniu wodą albo robić opryski pestycydami i herbicydami precyzyjnie tylko w odpowiednim miejscu, pracując wspólnie, aby pokryć dany teren i wypełnić luki.

W jeszcze mniejszej skali w projekcie RoboBee w Wyss Institute na Uniwerswytecie Harvarda opracowywane są maleńkie drony — mniejsze niż spinacz biurowy i ważące dziesiąte części grama. Tysiące dronów RoboBee można by wykorzystywać do monitorowania pogody, inwigilacji, a nawet zapylania roślin w miarę spadku liczebności pszczół miodnych.

Roboty… z DNA

Chociaż RoboBee może się wydawać mikro-wcieleniem robota, w żadnym razie nie jest on najmniejszy. Naukowcy z California Institute of Technology w Pasadenie odkryli, że miniaturowe roboty z elementami z DNA mogą sortować i dostarczać ładunki drobinowe. Te roboty z DNA mogą mieszać nanocząsteczki wokół obwodów, łączyć związki terapeutyczne, oddzielać składniki molekularne od odpadów do recyklingu lub doprowadzać leki tam, gdzie są potrzebne w organizmie.

Robot do inspekcji kominów i silosów

Humanoidalne roboty i androidy

Niektóre definicje rozróżniają te dwa typy, mówiąc, że robot humanoidalny jest jedynie zbliżony do ludzkiej postaci, podczas gdy androidy są zaprojektowane z myślą o jak najwierniejszym naśladowaniu człowieka. Zgodnie z tym poglądem humanoidy budowane są z tą samą podstawową strukturą fizyczną i zdolnościami ruchowymi co ludzie, ale nie mają naprawdę przypominać ludzi. Mogą mieć na przykład połączone ramiona i nogi, które poruszają się w taki sam sposób jak ludzkie kończyny, ale mieć plastikową lub metalową powierzchnię zewnętrzną, która w żaden sposób nie przypomina ludzkiego wyglądu. Mogą mieć widoczne silniki i przewody hydrauliczne. Przykładami tego typu androidów są m.in. robot Nao firmy Aldebaran Robotics oraz należący do firmy Google robot Atlas wyprodukowany przez Boston Dynamics.

Androidy natomiast przypominają ludzi tak bardzo, że można je pomylić z żywymi ludźmi. Ten typ androida jest często modelowany na żywego człowieka. Dwa przykłady to Eve-R, android zbudowany w Korea Institute of Industrial Technology (KITECH), oraz Geminoid DK.

Zawody robotów

Wojny i zawody robotów do największych obecnie robotów należą gigantyczne pilotażowe roboty bojowe produkowane przez firmę MegaBots, Inc. do walk na stadionowych arenach. Te wysokie na 4,5 metra humanoidalne roboty strzelają do siebie kulami paintballowymi o rozmiarze kul armatnich osiągających prędkości ponad 190 km/h. Zwycięzcą zostaje ostatni niezabity robot.

Nowatorskie pomysły

W zaledwie pół dnia nowy typ robota zbudował budynek w kształcie igloo o średnicy połowy kopuły amerykańskiego Kapitolu – całkiem sam! Cyfrowa platforma konstrukcyjna, opracowana przez zespół zajmujący się materiałoznawstwem z Massachusetts Institute of Technology (MIT) oraz zespół projektantów z laboratorium Mediated Matter w Cambridge, składa się z dużego ramienia hydraulicznego na podwoziu przypominającym to z czołgu. Na końcu tego robotycznego ramienia znajduje się mniejsze ramię elektryczne do precyzyjnych ruchów, wyposażone w zestaw czujników do pozycjonowania i kontroli stabilności, wraz z wymiennymi narzędziami do spawania, kopania i drukowania. Łączny zasięg ramion wynosi ponad 10 metrów. Robot zawiera również panele słoneczne i akumulatory oraz elektroniczną końcówkę, która rozpyla linię rozszerzalnej pianki do drukowania konstrukcji. Przykład jeszcze innych robotów przedstawiono poniżej

Internet Rzeczy robotycznych

A gdyby połączyć IoT i roboty, tworząc coś zupełnie nowego? Dodanie robotom połączenia internetowego zapewniłoby cenne źródło informacji wspomagających podejmowanie decyzji przez robota i jego interakcje. Następnym logicznym krokiem byłoby sprawienie, aby ta wszechobecna komunikacja doskonaliła inteligentne urządzenia, które nie tylko wykonują swoją pracę, ale także tworzą sieć połączonej inteligencji i określają najlepszy sposób funkcjonowania dla danych urządzeń.

Koncepcja integracji zespołów robotów i IoT została określona terminem „Internet rzeczy robotycznych” (IoRT). Firma ABI Research definiuje IoRT jako „inteligentne urządzenia, które mogą monitorować zdarzenia, łączyć dane z różnych czujników oraz wykorzystywać lokalne i rozproszone ‚dane wywiadowcze’ w celu określenia najlepszego sposobu funkcjonowania”. Robotyczne zasady wykrywania, przemieszczania, mobilności, manipulacji, autonomii i wywiadu są wzbogacane przez Internet rzeczy.

Źródło: https://ieeexplore.ieee.org/document/7805273

Połączone roboty IoRT stanowią logiczną ewolucję robotyki. Przekształcenie koncepcji „maszyna-maszyna” w koncepcję „robot-robot” wydaje się naturalną ewolucją, ponieważ od robotów oczekuje się wykonywania zadań w sposób bardziej efektywny, dokładny i niezawodny, tak samo jak oczekujemy, że technologie „maszyna-maszyna” zapewnią nam znakomite wyniki w porównaniu z tradycyjnymi procesami sterowania przemysłowego i automatyzacji.

Postępy AI sprzyjają robotyce

W czym algorytmy z obszaru sztucznej inteligencji mogą pomóc robotyce? Robot może się na przykład uczyć, rozpoznając, czy określone działanie, takie jak poruszanie nogami w określony sposób, przynosi pożądane rezultaty, jeśli chodzi o omijanie przeszkód. Robot zapisuje te informacje i próbuje podjąć skuteczne działanie przy następnym napotkaniu tej samej sytuacji. Zdolność ta jest jednak ograniczona, ponieważ roboty nie są w stanie wchłonąć żadnego rodzaju informacji znanych człowiekowi. Niektóre roboty mogą wchodzić w interakcje społeczne. Więcej rozważań na temat rozwoju AI można znaleźć w artykule Miejsce AI w infrastrukturze IoT

Jak rozpocząć?

Roboty z pewnością oferują fascynujące możliwości, a w każdym razie na pewno z nami zostaną — ale jak inżynier może poradzić sobie z opanowaniem tej technologii? Z pewnością postawienie pierwszych kroków w świecie robotyki mogą ułatwić gotowe zestawy, takie jak łatwa w obsłudze mechatroniczna platforma programistyczna i demonstracyjna FSLBOT firmy NXP czy ekonomiczny, autonomiczny system robotów mobilnych RP6v2. Oba rozwiązania zapewnią doświadczenie w zakresie rozwoju mechatroniki, programowania i procesorów. System RB6v2 umożliwia pomiary natężenia światła, wykrywanie kolizji i niskiego poziomu naładowania akumulatora, pomiary i sterowanie prędkością obrotową silników za pomocą enkoderów wysokiej rozdzielczości oraz wymianę danych z innymi robotami lub urządzeniami.

Dalsze informacje można znaleźć w cytowanym artykule na stronie Farnell element14.

Artykuły opublikowane w ramach cyklu IoT Hub

IoT Hub: Technologie Internetu Rzeczy

Wi-Fi w systemach Internetu Rzeczy

Bluetooth LE i jego wykorzystanie w IoT

ZigBee – otwarty standard sieci mesh

LoRaWAN i SigFox – dwa standardy sieci IoT

Iot Hub: Bezprzewodowe sieci czujnikowe i zasilanie systemów IoT

Internet Rzeczy… bez Internetu, czyli o cyberbezpieczeństwie systemów IoT