Najważniejsze wiadomości - Poręczne technologie dla wprawnych robotów
Bill Gates twierdzi, że już niedługo w każdym domu będzie się znajdował robot. Robotyka nie jest już w początkowym stadium rozwoju - inteligentne i kognitywne systemy pojawiają się dosłownie wszędzie. Kamery i czujniki ruchu w konsolach do gier stanowią przykład tego, że w przyszłości będziemy mogli kontrolować urządzenia za pomocą głosu i gestów. Obecnie istnieją nawet odkurzacze, które samoczynnie przemieszczają się po domu i sprzątają go, podczas gdy ich właściciele są np. w pracy. Jednak manipulowanie przedmiotami od zawsze stanowiło duże wyzwanie dla twórców robotów. "Nie chodzi tu o chwytaki", podkreśla Profesor Bruno Siciliano z Uniwersytetu Neapolitańskiego we Włoszech (Università degli Studi di Napoli Federico II). "Roboty przemysłowe stosunkowo dobrze radzą sobie z podnoszeniem i kładzeniem przedmiotów. Jeśli roboty mają naprawdę zmienić nasze życie i współpracować z ludźmi, to niezbędne jest, by potrafiły posługiwać się przedmiotami dokładnie tak, jak czynią to ludzie używając dłoni. Manipulowanie przedmiotami to złożone zadanie, którego roboty muszą się nauczyć". Jako koordynator projektu Dexmart (1), Prof Siciliano przewodził grupie naukowców-robotyków, którzy opracowali antropomorficzną, pięciopalczastą dłoń robotyczną, która jest w stanie chwytać jajka, podnosić i obracać karty kredytowe oraz sięgać po długopis podany przez inną osobę. "Wzorzec dla naszych prac stanowiła ludzka dłoń", tłumaczy Profesor Claudio Melchiorri, pracownik Uniwersytetu w Bolonii (Włochy), gdzie stworzono pierwszy prototyp, "gdyż nasze dłonie stanowią doskonały przykład sprawnego manipulowania przedmiotami". Uczestnicy projektu pragnęli zbudować sztuczną dłoń, której ruchy i wygląd w możliwie największym stopniu odzwierciedlałyby jej ludzki odpowiednik. Jak dotychczas nikomu nie udało się zbudować robotycznego odpowiednika ludzkiej dłoni o naturalnej wielkości. "Przedstawiliśmy prosty, a jednocześnie niezwykle efektywny pomysł: używając cięgien naprężanych przez bardzo małe, wysokoobrotowe silniki, udało nam się uzyskać duże siły mając do dyspozycji ograniczoną przestrzeń", twierdzi Chris May, naukowiec specjalizujący się w mechatronice, pracujący na Uniwersytecie w Saarland (Niemcy). Robotyczna dłoń jest w stanie dotykać rozmaite obiekty, chwytać i podnosić je, a następnie delikatnie układać je w nowym miejscu. To nowe rozwiązanie zastosowano w robotycznej dłoni zwanej "Dexmart Hand", która jest w stanie chwytać i podnosić zarówno jajka wielkanocne, jak i ciężkie, szklane butelki. Cięgna w formie plecionki wykonane są z wytrzymałego polimeru i sprawiają, że prototypowa dłoń może podnosić ciężar do pięciu kilogramów na wysokość trzech centymetrów w ciągu ułamka sekundy, dzięki niewielkim silniczkom elektrycznym zlokalizowanym w przedramieniu (a nie w obrębie sztucznych stawów), co pozwala nadać dłoni prawidłowe wymiary. "Każdy robotyczny palec stanowi wierną kopię swego rzeczywistego odpowiednika i składa się z trzech segmentów, którymi można precyzyjnie sterować dzięki indywidualnym, sztucznym ścięgnom", twierdzi Gianluca Palli, członek bolońskiego zespołu "Zdolności robotycznej dłoni są tak bliskie ludzkiego odpowiednika, że wizja zrobotyzowanych pomocy domowych oraz robotycznych asystentów na salach operacyjnych i w środowisku przemysłowym staje się bardzo rzeczywista. Uważamy, że połączenie niewielkich silniczków elektrycznych i sztucznych ścięgien wykonanych z plecionki może znaleźć szereg ciekawych zastosowań". Poręczny mózg Robotyczna dłoń posiada także mózg. "Jednym z celów robotyki, zwłaszcza w kontekście robotów-towarzyszy oraz robotów-pomocników, jest osiągnięcie przez te urządzenia autonomiczności", twierdzi Prof. Siciliano. "Roboty powinny odpowiednio reagować na napotykane przez siebie sytuacje, jednak reakcje te nie zawsze można uprzednio zaprogramować. Roboty powinny zatem samodzielnie decydować jaką reakcję podjąć oraz wykonywać odpowiednie ruchy, by osiągnąć obrany cel". Jednak jaki jest najlepszy sposób, by wyposażyć roboty w zdolności kognitywne? Prof. Siciliano wierzy, że roboty, podobnie jak ludzie, powinny uczyć się poprzez obserwację. Zespół naukowców z Uniwersytetu Karlsruhe (Niemcy), Drugiego Uniwersytetu Neapolitańskiego (Włochy) oraz brytyjskiego przedsiębiorstwa technologicznego OMG zastosował zaawansowane techniki przetwarzania obrazów, w celu zbadania szczegółów działania ludzkiej dłoni. Badacze umieścili znaczniki wizualne na specjalnej, wyposażonej w czujniki rękawicy, którą następnie filmowano podczas realizowania różnych czynności. Algorytmy przetwarzania obrazu umożliwiły śledzenie ruchu każdego ze znaczników, a pozyskane w ten sposób dane pozwoliły stworzyć reguły określające sposób, w jaki robotyczna dłoń powinna manipulować niewielkimi przedmiotami. Wydajne, bezpieczne oraz elastyczne mechanizmy sterowania stanowią nieodzowny element złożonego, robotycznego manipulowania przedmiotami. Jednak koordynowanie ruchu pięciu palców, z których każdy posiada cztery stawy, to bardzo trudne wyzwanie. "Jeśli spróbujemy rozważyć każdy staw w sposób indywidualny i określić, jak powinny pracować poszczególne silniczki, to będziemy mieć do czynienia z 20 stopniami swobody, co jest po prostu zbyt złożone", tłumaczy Prof. Siciliano. By uprościć powyższy problem zespół badawczy z Uniwersytetu w Neapolu, któremu przewodzi Prof. Siciliano, zaczerpnął inspirację w biologii. "Z badań nad sterowaniem ruchami dłoni oraz nad koordynacją wynika, że nie kontrolujemy każdego stawu w sposób niezależny; nasz mózg steruje wszystkimi stawami jednocześnie, w skoordynowany sposób. Neurobiolodzy udowodnili, że pozycję oraz ruchu ludzkiej dłoni można opisać przy pomocy zaledwie trzech tak zwanych "synergii posturalnych". Stosując powyższe synergie można opisać około 80% wszystkich możliwych czynności chwytnych oraz pozycji dłoni", twierdzi Fanny Ficuciello, naukowiec i członek zespołu neapolitańskiego. Zespół z Neapolu opracował system sterowania, który na wejściu przyjmuje dane z czujników optoelektronicznych umieszczonych na dłoni (mierzących siłę uchwytu), a następnie oblicza synergie oraz aktywuje ruchy robotycznej dłoni. Precyzja uchwytu, uzyskiwana dzięki powyższym trzem synergiom, jest zadziwiająco wysoka i umożliwia bardzo precyzyjną manipulację przedmiotami. Czujniki optoelektroniczne także stanowią ważną innowację, zastosowaną przez uczestników projektu Dexmart w opracowanej przez nich dłoni robotycznej. Opracowano czujniki mierzące kąty ugięcia stawów, siły napięcia ścięgien oraz kontakt dotykowy z przedmiotami. Dzięki czujnikom dotykowym oraz zaawansowanej analizie obliczeniowej natężenia światła wewnątrz szeregu czułych elementów możliwe jest określenie siły wywieranej na przedmiocie przez palce oraz stwierdzenie, czy przedmiot w danym momencie wyślizguje się z dłoni. Profesorowie Giuseppe De Maria oraz Ciro Natale, wraz z naukowcem Salvatore Pirozzi z Drugiego Uniwersytetu Neapolitańskiego, opracowali powyższy czujnik oraz nadzorowali prace nad opatentowaniem go w Europie. "Sukces w zakresie opracowywania dłoni Dexmart wynika z wdrożenia wszystkich powyższych, nowatorskich technologii oraz koncepcji - czujników, serwomotorów oraz mechanizmów sterowania i uczenia się", twierdzi Prof. Siciliano. "Prototypowa, robotyczna dłoń dowiodła swej sprawności, a obecnie otrzymujemy zapytania i wiadomości od grup badawczych z wielu krajów. Pomimo zastosowania wielu nowych technologii cena robotycznej dłoni Dexmart jest znacznie niższa, niż cena konkurencyjnych, dostępnych obecnie na rynku rozwiązań, oferujących znacznie mniejszy stopień zręczności". Prototypowa dłoń, wyposażona w dwa palce w pełni monitorowane przez czujniki, pracowała bezbłędnie przez dwa dni, podczas zorganizowanej w grudniu zeszłego roku wystawy RobotVille, skutecznie przejmując różnorakie przedmioty z rąk zwiedzających. Członkowie konsorcjum Dexmart analizują obecnie opłacalność produkcji komercyjnej wersji w pełni funkcjonalnych, robotycznych dłoni, przeznaczonych dla społeczności naukowej badającej zagadnienia związane z robotyką. Projekt Dexmart uzyskał wsparcie finansowe na badania naukowe w wysokości 6,3 milionów euro (całkowity budżet projektu wyniósł 8,1 milionów euro) w ramach podprogramu TIK, będącego częścią Siódmego Programu Ramowego UE (7PR). (1) "Zwinne i autonomiczne manipulowanie przedmiotami przy użyciu robota o dwóch ramionach/dłoniach, wyposażonego w inteligentne zdolności czuciowo-motoryczne: pomost pomiędzy naturalną a sztuczną percepcją" - 'Dexterous and autonomous dual-arm/hand robotic manipulation with smart sensory-motor skills: A bridge from natural to artificial cognition'. Użyteczne odnośniki: - Strona internetowa projektu "Zwinne i autonomiczne manipulowanie przedmiotami przy użyciu robota o dwóch ramionach/dłoniach, wyposażonego w inteligentne zdolności czuciowo-motoryczne: pomost pomiędzy naturalną a sztuczną percepcją" - Informacje na temat projektu Dexmart w bazie danych CORDIS Odnośne filmy: - http://wwwiaim.ira.uka.de/users/jaekel/share/Dexmart_FZI_Video.mov - http://www.dexmart.eu/fileadmin/dexmart/public_website/downloads/attentional-CNRS-UNINA_JAN-2012.mpg - http://www.dexmart.eu/fileadmin/dexmart/public_website/downloads/BeerRobot.wmv - http://www.dexmart.eu/fileadmin/dexmart/public_website/downloads/tactile_new.wmv - http://wpage.unina.it/lvillani/ftp/Dexmart/video_unibo_unina.mp4 - http://www.dexmart.eu/fileadmin/dexmart/public_website/downloads/00013-HandsUp.MTS Odnośne publikacje: - Najważniejsze wiadomości - Inspiracja dzięki wyzwaniu - nasza robotyczna przyszłość