Od automatických po autonomní, postaví se prosím skuteční roboti?

Sci-fi nabízí znázornění robotů, které jsou varovné a ambiciózní - ale ne nutně praktické. Jak si stojí roboti v reálném světě ve srovnání s ikonickými postavami jako C-3PO nebo Mr. Data? Ukázalo se, že jsme jimi obklopeni.

Když vám řeknu, že jsem dnes viděl robota, co vás napadne? Co je to robot?

Toto není triková otázka.

Roboti ve sci-fi

Protože jsme viděli tolik robotů. Viděli jsme robota Robbieho z filmu Zakázaná planeta z roku 1956, hospodyni Rosie z Jetsonových, animovaného Gigantora, C-3PO a R2-D2 z konce 70. let Star Wars, Optimus Prime, Data ze Star Treku, T-Arnolda Schwarzeneggera. 800 Terminator nebo pozdější roboti jako Wall-E, Dolores (a všichni syntezátoři) z Westworldu a všichni ostatní roboti v různých vedlejších produktech Star Wars.

To vše dohromady během let vybudovalo náš pohled na roboty, alespoň ve filmech a televizi.

Známe také příběhy, které tito roboti vyprávějí. Data ze Star Treku chtějí být jen lidštější. Isaac z The Orville je Kaylon, rasa robotů, která ničí organická stvoření. (Přesto Isaacova cesta byla cestou vykoupení, protože je to soucitný Kaylon a pomáhá zvrátit příliv organických látek.) Roboti Star Wars, zvláště ti, kteří jsou navrženi pro merchandising, se stali přáteli a společníky svých organických kamarádů.

Pak je tu mnoho zlých robotů usilujících o zničení, jako je Ultron; Hal 9000; Dalekové a Kybermani z Doctora Who; různé inkarnace robotů Terminátor; Nomad, Lore, Peanut Hamper a Control ze Star Treku; a sbírka droidů ze Star Wars.

Všichni tito roboti poskytli spisovatelům příležitost reflektovat lidské rysy a problémy zpět na mechanických bytostech a hrát si s tím, co se stane, když vytvoříte umělý život s nebo bez morálních omezení, kterými se řídí většina lidí.

Roboti v reálném světě

Ale roboti existují v reálném světě. A nechovají se jako C-3PO nebo pan Data. Místo toho se pohybují od obřích automatizovaných továren po roboty pro svařování automobilů, od 3D tiskáren po hračky pro děti. Co dělá tyto roboty...roboty? A čím se liší od robotů sci-fi?

Pro začátek jsou roboti sci-fi často plně autonomní. Pan Data ze Star Trek: The Next Generation a The Doctor ze Star Trek Voyager (holografická AI) byli dokonce prohlášeni za legální osoby v očích fiktivní Federace. Nikdo netvrdí, že Tesla mého přítele je legálně osoba.

Automobilový průmysl ve skutečnosti vyvinul soubor aspiračních kritérií definujících "autonomnost" robotického vozidla a tato kritéria můžeme aplikovat i na jiné roboty. Kritéria SAE J3016 mají šest úrovní: úrovně 0, 1 a 2 popisují limity automatizace, zatímco úrovně 3, 4 a 5 popisují plně autonomní fungování:

Jak vidíte, modrá kritéria specifikují, že lidský řidič musí mít stále kontrolu, i když mu asistuje vůz, zatímco zelená kritéria specifikují (většinou), že vůz je schopen učinit všechna nezbytná rozhodnutí.

Většina skutečných robotů, které dnes máme, spadá na modrou stranu spektra. Proto pro odlišení robotických schopností používám termíny automatizovaný vs. autonomní. Ačkoli slova znějí podobně, zde je návod, jak se liší:

Automatizované systémy provádějí konkrétní úkoly podle předem definovaných pravidel.
Autonomní systémy mohou fungovat nezávisle, rozhodovat se a přizpůsobovat se novým situacím.

Dnes tvrdím, že většina robotů jsou pouze automatizovaná zařízení, která mají určitou úroveň pohybu v reálném světě. Provádějí řadu kroků, případně modifikovaných na základě určitých kritérií. (Například 3D tiskárna přestane tisknout, když jí dojde filament, a obnoví se, jakmile bude vložen další materiál.) Mezi autonomní zařízení patří C-3PO, Mr. Data, T-800 nebo sen Amazonu pro lidi bez lidí doručovací roboty.

Právě teď to automatizujeme opravdu, opravdu dobře. Autonomní, ne tolik. Ale už se tam dostáváme.

Obrovský dynamický rozsah

Dnešní roboti, přestože nejsou tak všestranní jako pan Data, jsou obecně docela užiteční a funkční.

Jedná se o průmyslové roboty, lékařské roboty, vojenské a obranné roboty, domácí roboty, zábavní roboty, roboty pro průzkum a údržbu vesmíru, zemědělské roboty, maloobchodní roboty, podvodní roboty a teleprezenční roboty, které pomáhají lidem účastnit se činnosti na dálku.

Můj osobní zájem se soustředil na roboty dostupné a přístupné výrobcům a fandům, roboty, které mohou jednotlivcům umožnit stavět, navrhovat a prototypovat projekty, které byly dříve proveditelné pouze pro ty, kteří měli obchod plný výrobních strojů.

Mluvím o 3D tiskárnách, které staví předměty z vrstev roztaveného plastu; CNC zařízení, která často řežou, vyřezávají a odstraňují dřevo nebo kov za účelem vytváření objektů; laserové řezačky, které jsou ideální pro řezání, gravírování a výrobu velmi detailních dílů a desek plošných spojů; a dokonce i vinylové řezačky pro pečlivé řezání lehkého, flexibilního materiálu ve složitých vzorech.

Tyto stroje jsou naprogramovány pomocí softwaru CAD, aby definovaly - neboli design - budovaný objekt. Tyto návrhy jsou poté převedeny na řadu pohybových instrukcí, které vedou stroj při provádění opakujících se složitých pohybů.

Použil jsem například CNC k výrobě série identických zakázkových organizérových regálů pro skladování dílů.

Zatímco jsem navrhoval a sestavoval organizér, robot se stal multiplikátorem síly, vyřezával přesné prvky pro držení stojanu, což je proces, který byl daleko za hranicemi mých dovedností v oblasti zpracování dřeva, které se většinou omezují na zatloukání hřebíků a šroubování.

Roboti dnes mají obrovský dynamický rozsah, od dětských učebních hraček až po něco tak úžasně složitého a obrovského, jako jsou chytré sklady Amazon. Každý z těchto skladů obsahuje tisíce robotů, ale protože všichni pracují ve vzájemné shodě, lze celý sklad sám o sobě považovat za obřího robota.

Rozsah autonomie

Vraťme se k naší diskusi o automatizovaných robotech vs. autonomních robotech. Automatizovaní roboti mohou sledovat řadu úkolů, na které obvykle dohlíží (nebo alespoň pravidelně kontrolují) lidský operátor.

Moje 3D tiskárny jsou dobrým příkladem. Když vytvořím návrh v softwaru CAD a poté jej převedu do kódu gcode, vytvořím sérii instrukcí pro pohyb. Pokyny specifikují polohu X a Y tiskové hlavy spolu s tím, jak vysoko musí být extrudér, aby se zohlednily vrstvy, které se neustále přidávají. Pokyny také specifikují teplotu extrudéru a určují, jak rychle a hladce se plast nataví na předchozí vrstvu.

Obvykle spustím tisk a poté jej sleduji pomocí fotoaparátu. Při příležitostech, které nejsou dost vzácné, že se tisk nezdaří nebo se tiskárna prostě rozhodne vychrlit roztavený plast do vzduchu, to obvykle chytím dostatečně rychle, spěchám do Fab Lab a tisk zruším. Tiskárna je automatizovaná - postupuje podle pokynů - , ale v tomto procesu není nic autonomního.

Novější tiskárny obsahují určitou umělou inteligenci: Kamery předávají snímky do procesoru, který pomocí strojového učení prozkoumá každý snímek a určí, zda došlo k selhání. Zatímco stroje nedokážou opravit tyto poruchy, strojové učení může proces vypnout, čímž se zabrání ztrátě materiálu a možnému bezpečnostnímu riziku.

Když navštívíte továrny Amazonu, uvidíte více robotů. Po podlaze se pohybují povozní roboti a doručují produkty. Většina z nich je automatizovaná, nikoli autonomní. Divoce složité dopravníkové systémy Amazonu však mají inteligentní zobrazovací systémy, které sledují produkty, když procházejí kolem, a rozhodují o objektech, když procházejí. Zde začínáme pozorovat známky většího řízení, které probíhá bez lidského dohledu.

Mám dron, který také vykazuje určité autonomní chování. Pokud jej při nasměrování přes ruční ovladač pošlu mimo dosah rádia, převezme řízení sám dron. Vytyčí kurz zpět ke svému původu, obrátí kurz, vyhne se překážkám, jako jsou stromy a elektrické vedení, a vrátí se zpět domů bez jakékoli interakce. Bude se chovat stejně, když zjistí, že jeho baterie je příliš vybitá na to, aby mohl pokračovat v letu.

V každém z těchto tří příkladů (monitorování 3D tiskáren za pomoci umělé inteligence, monitorování skladových dopravníků a let s návratem domů) vidíme autonomní chování vytvořené jako rozšíření většinou automatizovaného systému. Myslím, že se tak dočkáme zavedení autonomních funkcí. Budou k dispozici pro každou situaci, dokud nebude zohledněno více a více situací.

Nakonec budete moci vlézt do svého auta a získat dalších 45 minut zavřeného oka, zatímco vás vozidlo odveze do Starbucks nejblíže vaší kanceláři. Ale jak ukazuje graf SAE Levels of Driving Automation, o kterém jsme hovořili dříve, úroveň 5 je velký krok. V tu chvíli věříme, že vozidlo zvládne jakékoli podmínky na silnici a bude reagovat inteligentně, opatrně, rychle a bezpečně. Většina odborníků se domnívá, že auta s touto schopností začneme vidět někdy po roce 2030.

Když ChatGPT chybuje s jednou ze svých slavných halucinací, je to pouze nepříjemné - a možná i trapné, pokud někdo tento materiál použije v nějakém psaní. Pokud se ale robot při provozu v reálném světě zmýlí, může se něco fyzicky pokazit, dokonce i smrtelně. Vzhledem k tomu, že sázky jsou vysoké, je třeba věnovat mnohem větší péči nejen vývoji plně autonomních systémů, ale také při zavádění a uvádění těchto systémů na trh, abychom se ujistili, že je lze bezpečně spustit v našem sdíleném prostředí.

Těšíme se: Roboti zítřka

Zopakujme si naše tři hlavní poznatky: Za prvé, sci-fi nám poskytlo obrázek robota, který je varovný i ambiciózní - ale ne nutně praktický. Za druhé, mnoho věcí lze v reálném světě považovat za roboty. A za třetí, rozsah autonomie se může u různých robotů v reálném světě lišit.

Na první pohled se zdá, že umělá inteligence a robotika jsou neoddělitelně propojeny. Ale jak jsme viděli, umělá inteligence může informovat všechny, část nebo žádnou funkci robota, v závislosti na úrovni použité technologie a účelu robota. I když by pro výrobního robota bylo hezké vědět, kdy selže a zastaví se, my odvozujeme velkou hodnotu z automatizovaných CNC zařízení a 3D tiskáren, které pouze dodržují jejich pokyny gcode.

Když se podíváme do budoucnosti, uvidíme více autonomních systémů. Siemens má fascinující vizi toho, jak bude továrna vypadat v nadcházejících desetiletích, a představuje mnoho autonomních systémů, které celkově interagují s výrobním procesem.

Mimo svět zábavních postav jsou roboti složitými mechanismy, které ospravedlňují náklady a úsilí na jejich vytvoření hodnotou, kterou vytvářejí, ať už jde o úsporu nákladů, úsporu času, schopnost převzít jinak obtížné procesy, schopnost pracovat v prostředí nebezpečná pro člověka, nebo schopnost silou znásobit úsilí jejich lidských operátorů.

Schopnost interagovat se skutečným světem a provádět automatizované kroky jsou sázky na účast v robotické revoluci. Jak se pohneme vpřed, očekávejte spojení mezi strojovým učením, inteligentním viděním, generativní umělou inteligencí, tradičními programovacími dovednostmi a schopností mechanického navrhování, které otevírá nové dveře, poskytuje nové příležitosti a pomáhá robotům všech velikostí a schopností dělat více, aby nám pomohli.

Na druhou stranu, pokud - někdy v budoucnu - začnou roboti křičet: „Vyhubte! ...tak tedy... Nebezpečí, Wille Robinsone, Biddi Biddi Biddi, Tohle nejsou droidi, které hledáte.

Hasta la vista, zlato!