Μπορεί να φαίνονται χαριτωμένα, αλλά δύο ρομπότ που εμφανίστηκαν πρόσφατα στο Van Dyke Transmission Plant της Ford Motor Company στο Ντιτρόιτ, είναι πρακτικές μηχανές εργασίας. Μπορεί, πράγματι, να δείχνουν το μέλλον του αυτοματισμού. Η τοποθέτηση ρομπότ σε εργοστάσια δεν είναι νέα ιδέα – περίπου 2,4 εκατομμύρια από αυτά βρίσκονται ήδη σε λειτουργία σε εργοστάσια σε όλο τον κόσμο. Αλλά τα περισσότερα από αυτά είναι λίγο περισσότερα από τα γιγαντιαία χέρια, στερεωμένα σταθερά στο έδαφος, που συγκολλούν και χρωματίζουν αντικείμενα. Τα λίγα που έχουν την ικανότητα να διαχειρίζονται εργασίες, όπως η παράδοση εξαρτημάτων, το κάνουν πάνω σε τροχούς. Οι νέες συσκευές στο Van Dyke είναι διαφορετικά είδη. Μπορούν να περπατήσουν.

Αυτό το ζευγάρι τετράποδων σε φωτεινό-κίτρινο μοιάζει λίγο με σκύλους, και οδήγσησε να ονομάσουν το ένα Fluffy και το άλλο Spot (το τελευταίο όνομα είναι επίσης το επίσημο που δόθηκε από την Boston Dynamics, την αμερικανική εταιρεία που τα κατασκευάζει, σε αυτό το συγκεκριμένο μοντέλο ρομπότ). Το ζευγάρι δεν είναι εκεί για να διασκεδάσει τους εργάτες του εργοστασίου, αλλά για να εκτελέσει ένα σημαντικό έργο που η Ford ελπίζει ότι θα εξοικονομήσει πολλά χρήματα. Με σαρωτές λέιζερ τοποθετημένους στις πλάτες τους, οι Fluffy και Spot μπορούν να τριγυρίζουν περίπου 200.000 τετραγωνικά μέτρα συλλέγοντας δεδομένα. Αυτά τα δεδομένα θα χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ενός λεπτομερούς μοντέλου υπολογιστή ολόκληρης της κατασκευαστικής λειτουργίας. Αυτό το είδος μοντέλου ονομάζεται ψηφιακό δίδυμο και οι μηχανικοί της Ford θα το χρησιμοποιήσουν για να μάθουν πώς να αναδιατάξουν τη γραμμή παραγωγής για να δημιουργήσουν ένα νέο κιβώτιο ταχυτήτων.

Καλά τα τέσσερα πόδια, αλλά τα δύο πόδια καλύτερα

Με την πάροδο των ετών, τα εργοστασιακά σχέδια ξεπερνιούνται καθώς τα πράγματα αλλάζουν και εισάγεται νέος εξοπλισμός. Η επιθεώρηση της μονάδας κιβωτίων ταχυτήτων με το χέρι θα διαρκέσει εβδομάδες και θα κοστίσει περίπου 300.000 δολάρια. Η Ford εκτιμά ότι το Fluffy και το Spot, τα οποία μπορούν να ανεβούν σκάλες και να σέρνονται σε δυσπρόσιτες περιοχές, θα μειώσουν το χρόνο που απαιτείται πάνω από το μισό και θα ολοκληρώσουν τη δουλειά για «ένα κλάσμα του κόστους». Παρόλο που η Ford εκμισθώνει τα ρομπότ, η Boston Dynamics τα έχει πουλάει για 75.000 δολάρια ανά μονάδα. Με τέτοιο τίμημα πολύ σύντομα θα βγάζουν το κόστος τους σε εργασίες όπως αυτές που πραγματοποιούνται στο Van Dyke.

Η σειρά Spot είναι το πρώτο από τα ρομπότ που περπατούν της Boston Dynamics. Περισσότερα τέτοια μηχανήματα αρχίζουν να εμφανίζονται από άλλες εταιρείες και ερευνητικές ομάδες. Μερικά είναι τετράποδα. Άλλοι είναι δίποδα. Το είδος με δύο πόδια μπορεί να είναι πιο ευέλικτο και, εάν είναι εξοπλισμένο και με χέρια, ταιριάζει καλύτερα σε εργασίες όπως η παραλαβή των πραγμάτων ή η λειτουργία χειριστηρίων. Αυτό που έχουν όλα αυτά τα μηχανήματα είναι ότι αντιπροσωπεύουν ένα τεράστιο βήμα προς τα εμπρός στη ρομποτική.

Εάν τα ρομπότ πρόκειται να πάνε εκεί που πηγαίνουν οι άνθρωποι, πρέπει να είναι σε θέση να κινηθούν με τον τρόπο που μετακινούνται οι άνθρωποι. Οι τροχοί είναι άχρηστοι για πλοήγηση σε μεγάλο μέρος του κόσμου – απλώς ρωτήστε οποιονδήποτε χρησιμοποιεί αναπηρικό καροτσάκι, λέει ο Aaron Ames, ειδικός ρομποτικής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Caltech). «Μπορούμε να κάνουμε τα ρομπότ να περπατούν πολύ καλά τώρα», λέει ο Δρ Ames. Τέτοια ρομπότ μπορεί, ωστόσο, να φαίνονται λίγο περίεργα. Όταν ένας κορμός με δύο πόδια περπατά έξω από το εργαστήριο του Δρ Ames, προκαλεί αίσθηση στην πανεπιστημιούπολη του Caltech. Αλλά αυτό είναι κάτι που οι άνθρωποι θα πρέπει να συνηθίσουν, επειδή έρχονται πολλά περισσότερα.

Τα προβλήματα πρέπει να λυθούν και να γίνουν βελτιώσεις. «Αλλά μόλις φτάσουμε εκεί, θα έχουμε εκατομμύρια ρομπότ που περπατούν σε ανθρώπινα περιβάλλοντα», λέει ο Jonathan Hurst, συνιδρυτής της Agility Robotics, μιας εταιρείας που εδρεύει στο Albany του Όρεγκον. Η Agility μόλις κυκλοφόρησε το Digit, ένα δίποδο, με δύο χέρια ρομπότ που έχει την εμφάνιση στρουθοκαμήλου. Προς το παρόν, το Digit κοστίζει 250.000 δολάρια. Αλλά είναι νωρίς ακόμα. Καθώς όλο και περισσότερα ρομπότ με πόδια μπαίνουν στη βιομηχανία, η ανάπτυξή τους θα επιταχυνθεί και ο όγκος παραγωγής τους θα αυξηθεί, μειώνοντας το κόστος ενός μηχανήματος όπως το Digit σε δεκάδες χιλιάδες δολάρια.

Αυτή η διαδικασία είναι παρόμοια με την εμφάνιση των ιπτάμενων drone. Κάποτε κοστίζαν εκατομμύρια, και είχαν περιορισμένες χρήσεις, έως ότου οι ερευνητές επεξεργάστηκαν πώς να κάνουν τα μικρά αεροσκάφη να αιωρούνται χρησιμοποιώντας πολλαπλούς συντονισμένους ρότορες. Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να πετάξουν εύκολα και αυτόνομα. Οι τιμές μειώθηκαν στα 500 $ ή λιγότερο και τα drone με πολλαπλούς ρότορες χρησιμοποιούνται πλέον για όλες τις δουλειές, από την κινηματογραφία, την αεροφωτογραφία, έως την παράδοση πακέτων. Κάποιοι στον τομέα της ρομποτικής πιστεύουν ότι τα ρομπότ με πόδια ξεκινούν σε παρόμοιο μονοπάτι.

Τι άλλαξε λοιπόν; «Καταλαβαίνουμε τώρα τα μαθηματικά της κίνησης σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό», εξηγεί ο Δρ Ames. Τα ρομπότ που περπατούν παλιού τύπου, όπως ο Asimo, ένα διάσημο ανθρωποειδές που παρουσιάστηκε το 2000 από τη Honda, έχουν ένα «σφιχτό» βάδισμα. Αυτό συμβαίνει επειδή βαδίζουν με σύρσιμο – τοποθετώντας το ένα πόδι προς τα εμπρός, ελέγχοντας την ισορροπία τους, μετακινώντας το άλλο πόδι προς τα εμπρός, επανεξετάζοντας την ισορροπία τους και ούτω καθεξής. «Όταν περπατάτε, δεν το κάνετε», λέει ο Δρ Ames. «Τα πόδια σου κατεβαίνουν και στηρίζεις τον εαυτό σου».

Ο τρόπος με τον οποίο περπατούν οι άνθρωποι μερικές φορές περιγράφεται από τους μηχανικούς ως ελεγχόμενη πτώση. Ένα βήμα περιλαμβάνει την ταλάντευση ενός ποδιού και την τοποθέτησή του με μικρές υποσυνείδητες διορθώσεις για τη διατήρηση της σταθερότητας καθώς η μάζα του σώματος πάνω από αυτό μετατοπίζεται προς τα εμπρός. Κάθε πόδι λειτουργεί σαν ελατήριο. Αυτές οι κινήσεις είναι προβλέψιμες και τα τελευταία χρόνια οι ερευνητές ανακάλυψαν πώς να τις μοντελοποιήσουν μαθηματικά. Μαζί με καλύτερους ενεργοποιητές για τη λειτουργία των άκρων ενός ρομπότ και αισθητήρες που μπορούν να μετρήσουν τα πράγματα με μεγαλύτερη ακρίβεια, αυτά τα μοντέλα έχουν καταστήσει δυνατή την αναδημιουργία αυτού του στυλ περπατήματος σε ρομπότ. Δεν απαιτεί καμία φανταχτερή μηχανική εκμάθηση ή τεχνητή νοημοσύνη για να γίνει, απλά καλός ντεμοντέ υπολογισμός, προσθέτει ο Δρ Ames.

Η διαφορά ανάμεσα στο βάδισμα του Asimo και στο νέο είδος είναι εντυπωσιακή. Ενώ τα χοντρά πόδια του Asimo φαίνονται βαριά σαν από μολύβι, ο Digit περπατάει με αυτοπεποίθηση σε ένα λεπτό ζευγάρι άκρων, αιωρώντας άνετα τα χέρια του καθώς πηγαίνει. Ο Άτλας, ένα πειραματικό ανθρωποειδές φτιαγμένο από την Boston Dynamics, είναι ακόμα πιο ικανό. Μπορεί να περπατήσει, να τρέξει, να πηδήξει και ακόμη και να κάνει ανάποδες τούμπες. Ο Asimo έκανε πολλές διάσημες εμφανίσεις, αλλά δεν μπήκε ποτέ στην παραγωγή. Η Honda σταμάτησε αθόρυβα το έργο το 2018, για να επικεντρωθεί σε πιο «πρακτικές» μορφές ρομποτικής, όπως συσκευές κινητικότητας για ηλικιωμένους.

Είναι εύκολο να συμπεράνουμε, όπως πολλοί, ότι αυτά τα νέα ρομπότ μιμούνται απλά τη φύση. Αλλά αυτό δεν ισχύει. Ένα τετράποδο, που είναι μια σταθερή πλατφόρμα, είναι ένα καλό σημείο εκκίνησης από το οποίο μπορείτε να σχεδιάσετε ένα ρομπότ που περπατάει. Μετά το συντονισμό των τεσσάρων άκρων, την καλή ισορροπία και την τοποθέτηση ενός συστήματος όρασης που επιτρέπει στο ρομπότ να καταλάβει πού να βάλει τα πόδια του, οι σχεδιαστές του Spot κατέληξαν με ένα σκυλί. Ο Michael Perry, επικεφαλής της επιχειρηματικής ανάπτυξης της Boston Dynamics, λέει ότι αυτό δεν προκαλεί έκπληξη επειδή η φύση αναπτύσσει αποτελεσματικά σχέδια για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Ένα άλλο παράδειγμα της τέχνης που εξελίσσεται για να μιμηθεί τη φύση εμφανίστηκε κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού του Digit. Αυτό κληρονόμησε την όψη της στρουθοκαμήλου από την Cassie, έναν κορμό με δύο πόδια που η Agility πούλησε σε μια σειρά ερευνητικών ομάδων. Οι προγραμματιστές της Cassie έπρεπε να βρουν έναν τρόπο να σταματήσουν να λειτουργούν οι κινητήρες του ρομπότ σε ανταγτωνισμό μεταξύ τους. Η λύση τους αποδείχθηκε ότι μοιάζει με ένα ζευγάρι από τα πόδια του πουλιού.

Στη συνέχεια, η Cassie απέκτησε χέρια και εξελίχθηκε σε Digit ως αποτέλεσμα των προσπαθειών των μηχανικών να λύσουν ένα άλλο πρόβλημα. Όταν έστρεφε ένα πόδι προς τα εμπρός, το σώμα της Cassie στρεφόταν λίγο, κάτι που μερικές φορές έκανε το ρομπότ να πέφτειι αν περπατούσε γρήγορα. Στη φύση, ορισμένα ζώα χρησιμοποιούν ουρές για να βελτιώσουν την ισορροπία τους όταν κάνουν ελιγμούς με ταχύτητα. Δανειζόμενοι αυτής την ιδέα, οι ερευνητές του Agility συνέδεσαν ένα ζευγάρι προσαρτημάτων ουράς, ένα σε κάθε πλευρά του κορμού του ρομπότ, για να βελτιώσει την κινητικότητά του. Αυτό λειτούργησε. Στη συνέχεια, μετέτρεψαν τα εξαρτήματα σε ένα ζευγάρι χεριών. Αυτά μπορούν να πιάσουν το ρομπότ σε περίπτωση πτώσης και να το βοηθήσουν να σηκωθεί ξανά.

Τα χέρια μπορούν, ωστόσο, να εκτελέσουν άλλες χρήσιμες εργασίες, όπως η μετακίνηση κουτιών σε μια αποθήκη. Το Digit μπορεί να μεταφέρει έως 20 κιλά. Η διανομή και η παράδοση αγαθών είναι πιθανό να είναι μια σημαντική εφαρμογή για ρομπότ που περπατούν, πιστεύει ο Δρ Hurst, ειδικά τώρα που το ηλεκτρονικό εμπόριο έχει αναπτυχθεί ως αποτέλεσμα των περιορισμών που επιβλήθηκαν μετά το covid-19. Ορισμένα γιγαντιαία αυτοματοποιημένα κέντρα διανομής έχουν δημιουργηθεί για συμβατικά σταθερά και τροχοφόρα ρομποτικά συστήματα, αλλά αυτά τα κτίρια έχουν κατασκευαστεί συνήθως από το μηδέν. Οι περισσότερες αποθήκες έχουν σχεδιαστεί από ανθρώπους. Τα ρομπότ με πόδια, τα οποία κινούνται με παρόμοιο τρόπο με τους ανθρώπινους εργαζόμενους, θα ταιριάζουν.

Με την περαιτέρω ανάπτυξη, τα ρομπότ με πόδια θα αναλάβουν πιο περίπλοκα καθήκοντα, όπως παραδόσεις στο σπίτι. Η Ford εργάζεται σε αυτό με ένα ρομπότ Digit που δουλεύει από το πίσω μέρος ενός φορτηγού. Παρόλο που τα ρομπότ με τροχούς κάνουν ήδη κάποιες παραδόσεις, η πρόσβαση σε πολλά σπίτια είναι δύσκολη και μπορεί να περιλαμβάνει σκαλοπάτια ή σκάλες. «Με τα πόδια μπορείτε να φτάσετε στις περισσότερες μπροστινές πόρτες για να παραδώσετε ένα πακέτο», παρατηρεί ο Δρ Hurst.

Ακριβώς πώς μπορεί να γίνει αυτό απομένει να το δούμε. Εκτός αν βρίσκονται σε μια προγραμματισμένη αποστολή, τα περισσότερα ρομπότ απαιτούν από έναν χειριστή να παρέχει βασικές οδηγίες, για παράδειγμα, να προχωρήσει σε ένα συγκεκριμένο σημείο. Το ρομπότ περπατάει εκεί από μόνο του, αποφεύγοντας εμπόδια και ανεβαίνοντας ή κατεβαίνοντας σκαλοπάτια και σκάλες στο δρόμο. Αυτό σημαίνει ότι ένα ρομπότ που κάνει παραδόσεις από πόρτα σε πόρτα μπορεί να χρειαστεί κάποιο είδος ψηφιακού χάρτη της γειτονιάς, για να γνωρίζει εκ των προτέρων τις διαδρομές που μπορεί να διασχίσει και τα παρτέρια που πρέπει να αποφύγει. Αυτό μπορεί να συνεπάγεται μια μεγάλη προσπάθεια απόκτησης δεδομένων, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ψηφιακών χαρτών για αυτοκίνητα χωρίς οδηγό. Ομοίως, σε ένα εργοστάσιο ή μια αποθήκη, ένα ρομπότ με πόδια θα έπρεπε να εκπαιδευτεί από έναν άνθρωπο προτού αφεθεί να δουλέψει μόνο του.

Αυτοδιάθεση

Ένα πλήρως αυτόνομο ρομπότ που θα μπορούσε να περπατήσει σε ένα άγνωστο περιβάλλον και να αποφασίσει από μόνο του τι έπρεπε να κάνει παραμένει πολύ μακρινό μέλλον. Ένα από τα πιο δύσκολα καθήκοντα για μια τέτοια συσκευή θα ήταν να φροντίζει αυτόνομα κάποιον στο σπίτι. Το ρομπότ θα πρέπει να είναι σε θέση να λαμβάνει πολλές περίπλοκες αποφάσεις, όπως η χορήγηση του σωστού φαρμάκου, να αποφασίζει εάν θα αφήσει ξένους στο σπίτι ή να μάθει πότε να πάρει το σκυλί για μια βόλτα. Ωστόσο, πολλοί ρομποτιστές πιστεύουν ότι θα φτάσουν εκεί, ή τουλάχιστον κοντά σε αυτό, μια μέρα.

Εν τω μεταξύ, η νέα γενιά ρομπότ που αναπτύσσεται τώρα θα συνεχίσει να αυξάνει τις δυνατότητες των μηχανών. Στην Boston Dynamics, ο κ. Perry εκτιμά ότι, εκτός από την έρευνα, το Spot θα βρει πολλούς ρόλους στην επιθεώρηση και τη συντήρηση.

Αντί να ψάχνει μόνο για προβλήματα, το επόμενο κόλπο του Spot θα είναι να αναλάβει δράση για την επίλυσή τους, όπως το κλείσιμο ενός διακόπτη ή η περιστροφή μιας βαλβίδας. Αυτό θα το κάνει με ένα βραχίονα χειριστή που θα το κάνει να μοιάζει λιγότερο με σκύλο. Ένα πρωτότυπο αυτής της διαμόρφωσης λειτουργεί ήδη γύρω από τα γραφεία της εταιρείας, ανοίγοντας και κλείνοντας πόρτες.

Αυτή η έκδοση του Spot θα κυκλοφορήσει το επόμενο έτος. Όσο για το Atlas, το ανθρωποειδές της Boston Dynamics, είναι επί του παρόντος πολύ ακριβό για να οδηγήσει σε μια εμπορική έκδοση. Αλλά τα διδάγματα που αντλούνται από αυτό θα βοηθήσουν στην παροχή της απαραίτητης γνώσης για να έρθουν άλλα ρομπότ, λέει ο κ. Perry.

Μερικά από αυτά τα ρομπότ του μέλλοντος ενδέχεται να μην έχουν χρησιμοποιηθούν σε αυτόν τον κόσμο. Στο Caltech, ο Δρ Ames πιστεύει ότι τα ρομπότ με πόδια θα έχουν πλεονεκτήματα στην πλανητική εξερεύνηση – για παράδειγμα, κίνηση σε δύσκολο έδαφος και είσοδο σε σπηλιές. Εν τω μεταξύ, πίσω στη Γη, αυτός και ορισμένοι συνάδελφοι του σε άλλα ιδρύματα χρησιμοποιούν τη νέα γνώση της ρομποτικής κίνησης για να αναπτύξουν ελαφριές προσθετικές συσκευές για όσους δεν μπορούν να περπατήσουν εύκολα και εξωσκελετούς για όσους δεν μπορούν να περπατήσουν καθόλου. Σε έναν κόσμο που δεν είναι φτιαγμένος για τροχούς, αυτό ενισχύει την προκλητική προοπτική ότι τα ρομπότ με πόδια θα βοηθήσουν μια μέρα να απαλλάξουν τον κόσμο από τα αναπηρικά αμαξίδια.