Loading...

Roboti a robotika

Pojďme pro jednou vynechat Karla Čapka, tu historku zná každý. Pojďme vynechat i Asimova s jeho zákony robotiky, Hvězdné války i Terminátora. Skuteční roboti totiž začínají být zajímavější než ti ze sci-fi. Ostatně bylo už načase.

Robotika stejně jako umělá inteligence – s níž souvisí úzce, ale v lecčems se s ní nepřekrývá – kdysi vzbudila nereálná očekávání, na což doplatila její pověst. Odborníci i laici proto často přehlédnou, že roboti jsou už mezi námi, že jich rychle přibývá a že je potřeba brát je vážně.

Vezměte si třeba takovou firmu Boston Dynamics. Jejím hlavním zákazníkem jsou ozbrojené síly Spojených států, takže lze oprávněně předpokládat, že některé zajímavé výsledky vývoje zatím neuvidíme. Ale to, co si už teď můžete prohlédnout na YouTube, je docela působivé. Robot Cheetah umí běhat rychleji než Usain Bolt. Pravda, nevypadá jako gepard, spíš jako šílený pavouk, ale to může v bojové akci spíš pomoci – nepřítel v hrůze uteče. Robot Atlas je humanoidní, vypadá jako astronaut s batohem na zádech. Zatím je neohrabaný, můžete se bavit záznamy jeho pádů, ale rychle se učí. Podívejte se i na Spota, WildCat a BigDog. A nepřehlédněte, že se roboti učí i vzájemné spolupráci, práci ve smečce.

Jak robota vlastně definovat? Je to složitější, než by se zdálo, protože různých automatizovaných zařízení je kolem nás velmi mnoho, ale zdaleka ne všem chceme přiznat status robota. Poměrně široká shoda dnes panuje kolem definice, že robot je robotem, splňuje-li tři podmínky: vnímá své okolí (má tedy něco jako smysly), reaguje na podněty a situace (algoritmy, umělá inteligence) a působí svou činností na fyzický svět (robotické paže, nástroje apod.). K tomu se někdy ještě dodává, že by se měl umět pohybovat, protože jinak vyhovuje tříbodové definici i termostat Nest. Tříbodová definice se někdy zkracuje na „sense–think–act“, tedy vnímat–uvažovat–jednat.

Je otázkou, do jaké míry tuto definici splňují tzv. průmyslové roboty. Čeština má jazykový nástroj pro velmi jemné odlišení: humanoidnější a inteligentnější roboti jsou životní, jednodušší průmyslové stroje jsou neživotné, proto roboty s ypsilonem. Hranice je samozřejmě rozmazaná. Programovatelné průmyslové stroje se nazývají roboty často hlavně z marketingových důvodů, ve skutečnosti je jejich autonomie malá. Jejich „robotický“ charakter se posuzuje hlavně podle toho, jak snadno a rychle je lze převést z jedné činnosti na druhou, změnit pracovní úkon, který vykonávají. Tedy jak moc jsou univerzální. Pro průmyslové roboty je typické, že jsou součástí výrobní linky, nepochodují po továrně sem a tam, jejich pohyblivé části mají omezený dosah. Velké množství výrobních operací nic sofistikovanějšího ani nevyžaduje.

Pohybuj se

Skuteční autonomní roboti jsou však složitější, což začíná už jejich vzhledem, fyzickou podobou. Předně se vyžaduje, aby se robot mohl pohybovat. Pokud jde o pohyb na pevné zemi, jsou na výběr kola, pásy či různý počet nohou – případně kombinace. Kola jsou výborná, dokud je terén hladký. Nohy zvládnou terénní nerovnosti, ale přinášejí problémy s koordinací a rovnováhou. Algoritmicky je nejobtížnější pohyb na dvou končetinách – který je však zároveň nejvíc žádoucí, pokud má robot interagovat s lidmi, připomínat vzhledem člověka a pracovat v prostředí, které bylo navrženo se zřetelem k podobě, rozměrům a funkčnosti lidského těla – například řídit auto.

Jednodušší než chodit a jezdit je létat. Pohyb ve vzduchu se dobře ovládá. Díky tomu představují drony velmi rozvinutou oblast, ať už jde o vrtulníky nebo letadla, miniaturní i velké stroje. Rozvoji dronů samozřejmě značně napomohly vojenské investice. Drony – v západní vojenské terminologii přesněji UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) – se používají v mnoha provedeních, modelech a velikostech. Americké ozbrojené síly disponují stroji od Ravenů (o velikosti necelého metru; vypouštějí se z ruky jako dětské hračky) po Global Hawk, letadlo dlouhé dvanáct metrů o hmotnosti 13 tun. Používají se obvykle pro rozvědku, ale mohou být a bývají osazeny zbraňovými systémy, především střelami vzduch-země. Ozbrojené drony jsou v současnosti vždy řízeny na dálku člověkem, v principu však jejich autonomní činnosti nic nebrání. Jako zbraně jsou minimálně o desítkový řád levnější než pilotovaná letadla, navíc např. snesou přetížení, které by pilota zabilo, takže mohou manévrovat komplikovaněji a rychleji než stroje s lidskou posádkou – předčí je tedy ve vzdušných soubojích. Nejobtížnějším prostředím pro roboty je voda, ať už jde o pohyb na hladině nebo pod ní – voda je korozivní, ničí elektroniku a senzory, vlny a proudy jsou nevypočitatelné, rádiové spojení nespolehlivé. Ozbrojené síly vedoucích vojenských mocností na robotických plavidlech intenzivně pracují, Američané například testovali hladinová autonomní plavidla už v irácké válce v roce 2003.

Vnímej

Základním smyslem člověka je zrak. Z toho důvodu je pro nás těžko představitelné, že by se bez podobného smyslu obešlo jakékoli autonomní zařízení (což možná není úplně rozumná úvaha). Roboti se tudíž vybavují kamerami a to je kámen úrazu přinejmenším ze dvou důvodů. Zaprvé kamera není oko. I sebelepší kamery se obtížně přizpůsobují extrémním světelným podmínkám, selhávají ve tmě, při oslnění, v mlze, v dešti. Zadruhé zpracování vizuálního signálu je výpočetně velmi náročné. Robot ovšem potřebuje takové zpracování v reálném čase, aby se mohl vizuální informací řídit. To je stále ještě úloha na hranici možností dnešní výpočetní techniky – hardwarově i algoritmicky.

Robotický zrak se však dá doplnit či úplně nahradit jinými technikami. Jednou z nejnadějnějších je lidar – laserová analogie radaru, která měří odraz paprsku od prostředí, a tak ho mapuje. V určitých podmínkách lze použít i sonar, své využití pro hrubší orientaci má samozřejmě GPS.

Kromě vnějšího prostředí monitorují roboti i vnitřní, tedy sami sebe. To slouží jednak ke kontrole funkcí a prevenci závad, ale také k nepřímému odvození informací o okolí. Roboti měří vnitřní a vnější teplotu, magnetické pole, používají detektory pohybu, zrychlení a nárazu, dovedou samozřejmě dobře měřit a vyhodnocovat zvuky a také věci, které jsou lidem smyslově nepřístupné – třeba radioaktivitu. Velmi důležité je stálé měření vzájemné polohy součástí robota – v jakém úhlu je právě teď horní část robotické paže ke střední části?

Uvažuj

Logika činnosti robota je závislá na použitém hardwaru a softwaru. Podléhá dvěma hlavním omezením: limitům výpočetního výkonu a limitům kvality algoritmů. Roboti patří samozřejmě k systémům pracujícím v reálném čase, u nichž musí být výsledek výpočetní operace k dispozici dřív, než se změní vnější podmínky – a ty se mohou měnit velmi rychle. Na straně konstruktérů je Mooreův zákon, dle nějž výpočetní výkon hardwaru rychle roste, ale sám o sobě nestačí. Rozhodující jsou chytré algoritmy.

Klíčem k dobře fungujícímu autonomnímu robotovi je správně zvolený kompromis mezi plánováním postupu a vysloveně reaktivním chováním. Plánování by bylo ideální, ale vyžadovalo by, aby si robot napřed udělal důkladný přehled o prostředí. To bývá nad jeho síly. Pokud jste někdy pozorovali robotický vysavač Roomba, nemohli jste přehlédnout, že pracuje úplně jinak, než kdybyste místnost luxovali sami. Člověk s vysavačem přijde, prohlédne si místnost a rozhodne se, odkud začne a jak bude postupovat. Roomba takhle nepostupuje. Nevidí celek a nestará se o něj. Mapuje vždy jen své nejbližší okolí: narážím do něčeho? Mohu postupovat dál? Pohybuje se proto neúsporně, zato nepotřebuje velký výpočetní výkon, jeho algoritmy mohou být velmi jednoduché a potřebného výsledku se nakonec také dosáhne.

Jednej

Robot je počítač, který je schopen fyzické akce – i tak se na to dá dívat. Jak to dělá? Nic zázračného k dispozici bohužel nemáme, jen krokové motorky (známé již dlouhá desetiletí), hydrauliku pro přenášení pohybu a nějaká ta dodatečná čidla, která zajišťují zpětnou vazbu – což robotovi například umožňuje uchopit skleničku, neupustit ji a nerozmáčknout. (Když je mokrá, musíte k tomu přidat senzor tření, jinak mu vyklouzne. Sami také jinak uchopíte suchý předmět a jinak mokrý. Robot to nepozná, dokud na to nemá senzor a algoritmus, jímž se příslušný signál zpracuje.)

Obecně se dá říci, že „jednej“ je pro robota to nejtěžší, mimo jiné proto, že se nedá oddělit od „vnímej“ a „uvažuj“. Cokoli děláme, je neustále kontrolováno zpětnou vazbou. Když vztahujete ruku po míči, který se zvolna kutálí, provádíte průběžnou opravu pohybu na základě toho, co vidíte. Člověk je pro takovou zpětnovazební smyčku optimalizován, provádí ji bez velké kognitivní zátěže a rychle. Robot to má těžší.

Proč to všechno

Levní roboti zatím neexistují. Kde se vyplatí je nasadit? V angličtině se pro to často používá zkratka 3D: dull, dirty & dangerous tasks, tedy jednotvárné, špinavé a nebezpečné práce. Ještě by se k tomu mělo dodat: opravdu hodně jednotvárné, špinavé a nebezpečné. Protože když to není opravdu hodně, jsou lidé většinou pořád ještě použitelnější a levnější.

Samo sebou jak kde: záleží na ceně a dostupnosti pracovní síly. Roboti však mají dost výhod i v zemích, kde platy nejsou vysoké. Mohou pracovat na tři směny, nevyžadují přestávky, obejdou se bez topení a klimatizace, často i bez osvětlení, není jim potřeba platit zdravotní pojištění a samozřejmě ani plat. Země jako Čína si navíc nemusí lámat hlavu s ochranou pracovních míst, se sociálními důsledky propouštění. V rozvinutých zemích by se nasazení robotů vyplatilo často více, ale právě z těchto důvodů je problematičtější.

V současné době dává největší smysl kombinace práce lidí a robotů. Čím dál tím více velkoskladů používá systém, který jako první zavedl Amazon. Roboti se ve skladech Amazonu nedotýkají přímo zboží, ale jen krabic a palet. Podle požadavku je vyhledávají a přivážejí lidem, kteří z nich pak vyberou požadovanou položku a předají k zabalení. Lidé tak nemusí opakovaně vyhledávat v regálech a chodit na velké vzdálenosti, roboti nemusí rozpoznávat drobné předměty a manipulovat s nimi. Taková kombinace je při dnešním stavu technologií optimální.

Připraví nás roboti o práci? Jak koho. Ohroženi jsou určitě řidiči z povolání, ať už jezdí s taxíkem, kamionem nebo s lokomotivou. V této oblasti je všechno připraveno a překážky jsou spíš právní než technické. Automatizace ve zpracovatelském průmyslu a velkoobchodu bude pokračovat rovněž rychle. Čím je prostředí a práce proměnlivější, tím je nasazení robotů obtížnější – na druhou stranu se ovšem sám charakter a styl práce mohou pod vlivem robotizace změnit. To by se mohlo stát například ve stavebnictví. Drony mohou mimochodem velmi dobře doplnit a možná nahradit dnešní stavební dozor; strojky neúnavně poletující nad staveništěm a pečlivě mapující odchylky od plánu jsou už dnes realitou.

Až dosud každá vlna průmyslové revoluce nakonec vytvořila víc pracovních míst, než kolik jich zrušila. Až dosud se také vždy tvrdilo, že tomu tak nebude a že nová technologie vyvolá masovou nezaměstnanost. V tomto smyslu není robotika žádnou výjimkou – temné předpovědi už slyšíme zas. Zatím není žádný zvláštní důvod se domnívat, že by se tentokrát měly naplnit. Jedna věc však je, co se stane v součtu, v průměru a v dlouhém časovém období – a docela jiná je, jaký bude dopad na některé individuální osudy. Žádná změna takové velikosti není bezbolestná.