Robotica este un domeniu al științei care lucrează cu dispozitive automatizate care efectuează sarcini pe baza unor programe predeterminate și adaptabile și a unor algoritmi, într-un mod automat sau semiautomat. Aceste dispozitive automatizate – denumite de obicei roboți – sunt fie controlate de oameni, fie operează direct sub supravegherea unei aplicații și a unor algoritmi informatici. Robotica este un concept cuprinzător care include construirea, planificarea și programarea roboților. Acești roboți sunt în contact direct cu lumea fizică – și au fost utilizați adesea pentru realizarea sarcinilor monotone și repetitive în locul ființelor umane. Roboții se pot clasifica în funcție de dimensiunea, domeniul de aplicare sau scopul acestora și vom discuta aceste aspecte ulterior.
Robotica prin comparație cu automatizarea
Automatizarea este un concept mult mai cuprinzător decât robotica. Aceasta înseamnă că părți specifice ale unui proces sau un proces complet se realizează fără intervenția umană. În schimb, procesul este operat doar prin aplicații informatice predefinite sau adaptabile și dispozitive automatizate electrice sau mecanice. Aplicațiile predefinite se referă la algoritmi, în care toate operațiunile sunt predefinite și executate independent, indiferent de orice modificări neprevăzute din mediu. Automatizarea adaptabilă înseamnă că algoritmul își poate modifica comportamentul în funcție de modificările procesului sau ale mediului.
Robotica merge mână în mână cu automatizarea, deoarece în majoritatea situațiilor, roboții fac parte dintr-un sistem automatizat. Deși există momente în care roboții sunt utilizați cu puțină sau chiar fără automatizare – și poate exista și automatizare fără robotică – cele două sunt ca niște gemeni care au multe în comun, însă fiecare își are personalitatea proprie distinctă.
Dacă există dispozitive automatizate care realizează sarcinile pentru noi, noi de ce mai lucrăm? În realitate, capacitățile roboților sunt limitate. Chiar dacă roboții arată inteligent, aceste dispozitive automatizate sunt bune de obicei doar la câteva domenii de aplicare de nișă. Chiar dacă aplicăm o armată de roboți pentru sarcinile multiple din viața noastră, aceste domenii nu se suprapun într-un mod care să creeze un sistem complet care să înlocuiască complet oamenii.
Cu alte cuvinte, deoarece acești roboți pot opera doar într-un domeniu foarte limitat – și nu suntem deloc aproape de realizarea inteligenței generale a dispozitivelor automatizate – nu ar trebui să vă fie teamă de roboții cei răi sau de dominația roboților.
Tipurile de roboți
Roboții se pot clasifica în diferite moduri. Vom analiza patru metode principale de clasificare:
Mărime
Domeniu de aplicare
Scop
Număr
Mărime
Din punctul de vedere al dimensiunii, există următoarele categorii:
Nanoroboți sau nanoboți: nanoroboții sunt alcătuiți din nanomateriale și dimensiunea lor variază de la 0,1 la 10 micrometri (pentru a avea o idee de cât sunt de mici, un eritrocit uman are circa 5-10 micrometri). Nanoboții sunt în stadiile inițiale de cercetare – în majoritatea situațiilor se discută conceptul pentru a fi utilizat în medicină și sunt necesari mai mulți ani de muncă asiduă pentru a face din nanoboți o soluție posibilă. O viziune pentru nanoroboți este să fie injectați în organismul unui pacient pentru a identifica și vindeca boli.
Microboți, miliboți și miniboți: acești roboți sunt foarte mici, însă, cu toate acestea, sunt mai mari decât nanoboții – și de fapt există deja în realitate. Microboții, miliboții și miniboții sunt mai mici de 1 mm, 1 cm și 10 cm, respectiv. Cel mai mic robot zburător este RoboBee, cu o întindere a aripilor de 1,2 cm și o greutate de 80 miligrame. Poate bate de 120 de ori pe secundă din aripi, iar robotul poate fi controlat de la distanță. Obiectivul unor dispozitive atât de mici este să formeze un roi zburător pentru căutare și salvare sau pentru polenizare artificială.
Roboții mici și mijlocii: acești roboți sunt de obicei sub 100 cm (mici) sau de aproximativ înălțimea unui om (100–200 cm, de înălțime medie). Majoritatea roboților casnici, a roboților de jucărie și a roboților sociali, a umanoizilor (roboții care au o înfățișare asemănătoare cu cea a oamenilor - de tip „Transformers” din benzile desenate și din filme reprezintă un exemplu obișnuit), precum și asistenții personali digitali au această înălțime. Roboții mici și mijlocii sunt cei de tipul pe care-l vedem și pe care-l întâlnim în majoritatea situațiilor - în filme și în viața reală.
Roboți mari: acești roboți sunt mai mari decât noi. Mult mai mari. Există unii roboți umanoizi mari, chiar de 8–10 metri. Cu toate acestea, roboții mari umanoizi se construiesc de obicei pentru scopuri de cercetare, sau doar pentru distracție. De fapt, majoritatea roboților mari nu arată ca oamenii - se construiesc pentru automatizare în producție, construcții, agricultură, condus autonom și navigație.
Domeniu de aplicare
Este posibil, de asemenea, să se clasifice roboții în funcție de domeniul de aplicare al acestora, fiind împărțiți în roboți personali și roboți industriali.
Roboții personali sunt utilizați în viața noastră cotidiană și sunt meniți să fie utili pentru uzul individual și al familiei. Persoanele fără aptitudini tehnice pot opera roboți personali pentru efectuarea sarcinilor repetitive și, poate, plictisitoare, pentru a nu irosi timp sau pentru a ne distra. Roboții casnici, roboții sociali, asistenții personali digitali și jucăriile sunt roboții personali cei mai răspândiți.
Roboții industriali sunt robuști și sunt creați pentru a realiza sarcini specifice într-un mod preprogramat în producție, construcții sau agricultură, de exemplu. Printre aplicații se includ: asamblarea, dezasamblarea, montarea, strângerea șuruburilor, sudarea, vopsirea, inspecția vizuală și așa mai departe. Roboții industriali sunt foarte buni la executarea unei sarcini specifice: aceștia sunt dispozitive automatizate rapide, precise și fiabile. Fără roboții industriali, nu am fi ajuns în prezent la nivelul acesta de dezvoltare tehnologică.
Scop
O altă clasificare posibilă pentru roboți se referă la scop. Roboții pot avea un scop specific și un scop general. Dar ce înseamnă acest lucru?
Roboți specifici în funcție de sarcină: aceste dispozitive automatizate efectuează o anumită sarcină sau o secvență de sarcini posibile. Poate fi ceva cât se poate de simplu precum brațul unui robot care mută obiectivele de la A la B, însă poate fi ceva la fel de complex ca un robot social cu o interfață lingvistică naturală avansată. Construcția și comportamentul acestor roboți nu se poate modifica; aceștia respectă programe predefinite în funcție de scopul lor original. Roboții casnici și roboții industriali se numără printre astfel de dispozitive automatizate.
Roboții cu scop general: în acest caz, sarcina robotului nu este predefinită. Se pot achiziționa separat diferitele componente ale roboților, iar aceste componente se pot asambla în moduri diferite pentru a soluționa sarcini specifice. Printre componente se pot include brațele, roțile, camerele, motoarele pas cu pas și senzorii suplimentari și actuatoarele. De asemenea, este posibil ca acești roboți să aibă conexiuni fără fir, precum Wi-Fi și Bluetooth. „Creierul” robotului – care este în general un computer mic – poate fi „antrenat” să realizeze diferite sarcini cu componente diferite cu ajutorul unor aplicații personalizate, scrise în limbaje de programare informatică. Printre computerele mici obișnuite – denumite, de asemenea, sisteme integrate – se numără Nvidia Jetson și Jetson Nano, Raspberry Pi și Arduino. Aceste sisteme integrate au conexiuni de intrare și de ieșire cu scop general (GPIO) la care se pot conecta senzorii și actuatoarele cu ajutorul unei interfețe de comunicații standard.
Printre alți roboți cu scop general se includ un corp preconstruit care conține senzori (precum camere și microfoane) și actuatoare (precum brațe și picioare). Cu ajutorul dezvoltării diferitelor aplicații informatice, robotul poate efectua diferite sarcini specifice. Printre exemplele de astfel de roboți se includ Nao, Pepper și Romeo de la Softbank Robotics, sau „câinele” robot de la Boston Dynamics, denumit Spot.
Număr
Roboții se mai pot clasifica în funcție de cât de mulți sunt:
Roboții individuali: un singur robot funcționează de sine stătător. Are o sarcină pe care o efectuează pe baza unui program predefinit. Programul predefinit ar putea implica tehnologii avansate care capacitează robotul să se adapteze la mediul său și ar putea fi conectat la internet, însă acesta funcționează de sine stătător. Chiar dacă există mai mulți roboți individuali într-un singur loc, aceștia sunt de sine stătători, deoarece nu pot comunica unii cu ceilalți.
Echipe de roboți: roboții pot lucra pe echipe, la fel ca oamenii. Adesea, o sarcină se efectuează în secvență de către mai mulți roboți. Gândiți-vă la înregistrările video în care se asamblează autovehicule. Este sudat șasiul, după care vin ușile, ulterior autovehiculul este vopsit, urmează parbrizul și luneta și așa mai departe. Toate aceste etape sunt efectuate de roboți diferiți care pot realiza doar acea sarcină specială.
Roiurile de roboți: roboții mai pot lucra și într-un roi. În această situație, un număr mare de roboți simpli sunt controlați în colaborare. Roboții individuali dintr-un roi nu sunt extrem de valoroși, însă roiul ca atare poate realiza sarcini importante. Gândiți-vă la albinele din natură. O albină nu poate face multe de una singură, însă fără milioanele de albine care lucrează în roiuri, probabil că oamenii nici măcar nu ar exista. Printre aplicările posibile ale roiurilor de albine se numără explorarea și salvarea, microbiologia, supravegherea și polenizarea. Cu toate acestea, în momentul redactării prezentului material (2021) roiurile de roboți se află în mare măsură în etapa de cercetare.
Evoluția roboților
Cuvântul „robot” provine din cuvântul din limba cehă „robota”, care înseamnă „munca șerbilor” în această limbă. Piesa de teatru scrisă de Karel Čapek în 1920 în care dispozitivele automatizate preiau controlul asupra lumii a făcut ca acest cuvânt, „robot”, să fie cunoscut la scară largă. Însă omenirea a fost mereu interesată de regândirea existenței umane. Chiar și înainte de secolul al XX-lea au existat mai multe încercări de recreare a unei ființe umane, precum și legende care povesteau despre oameni care reușiseră. Una dintre cele mai celebre idei îi aparține alchimistului din secolul al XVI-lea, Paracelsus. El afirma că o ființă mică, asemănătoare omului (denumită homunculus) putea fi creată într-o ploscă, doar cu ajutorul procedurilor chimice. Ulterior în secolul al XVI-lea, oamenii au conștientizat sensul cuvântului „golem”. Bazat pe o legendă populară, golemul era alcătuit din lut și îi slujea pe oameni dacă i se introducea un pergament special în gură sau pe fruntea. Potrivit legendei, după un timp, golemul se confrunta cu creatorul său și, până la urmă, se răzvrătea împotriva lui.
Dacă analizăm istoria roboticii, constatăm că există un interes special în a le insufla roboților umanitate sau unele atribute omenești. Acest interes are, în general, trei condiții principale:
robotul trebuie să fie asemănător unei ființe umane într-o anumită măsură (la înfățișare, la gândire etc.)
robotul trebuie să fie mai bun la ceva (mai puternic, mai inteligent etc.)
creatorul robotului trebuie să dețină complet controlul asupra acestuia
A existat un moment de referință în istoria roboticii atunci când au apărut dispozitive automatizate care erau mai puternice decât oamenii. Dispozitivele automatizate care au înlocuit contribuția unei ființe umane la locul de muncă au apărut în cursul primei revoluții industriale în jurul anului 1769. La momentul respectiv, principalul scop îl constituia reducerea costurilor și a intervalului de timp petrecut pe producție și creșterea cantității de produse fără interacțiune umană. Automatizarea a devenit principalul concept la vremea respectivă. Dată fiind automatizarea, mai multe procese se puteau finaliza fără nicio intervenție umană. Deoarece munca era realizată de dispozitivele automatizate, oamenii au ajuns să găsească moduri noi de lucru și de viață. Dispozitivele automatizate nu obosesc așa cum obosesc oamenii, prin urmare, dispozitivele automatizate pot lucra 24 de ore din 24. Riscul de eroare și volumul de deșeuri au scăzut, de asemenea, o dată cu automatizarea.
De asemenea, roboții se mai caracterizează și prin precizie controlată și eficacitate. În anii 1800 nu era prezentă tehnologia computerelor. Cu toate acestea, oamenii au reușit să creeze dispozitive automatizate mari pentru a realiza sarcini complexe. După 1950, a existat un progres important în domeniul roboticii.
Shakey
Se pot face diferite afirmații pozitive în legătură cu existența roboților, însă omenirea nu este satisfăcută 100 %. Piața muncii este supusă unei presiuni continue venite din partea oamenilor care doresc să muncească, deoarece lucrătorii care realizează sarcini repetitive ar putea fi înlocuiți cu dispozitivele automatizate. O anumită temere se naște întotdeauna în legătură cu roboții potrivit căreia aceștia ar înlocui forța de lucru umană, sau ar putea deține mai mult control asupra oamenilor decât s-ar fi dorit.
Pe măsură ce roboții devin mai realiști, se mai naște o temere. În general, oamenii tolerează roboții care arată ca roboții. Creierul nostru poate clasifica ușor roboții umanoizi care arată ca roboții în același fel în care clasificăm roboții industriali în producție. Oamenii ar putea fi dezorientați și chiar frustrați atunci când se întâlnesc cu un robot prea realist. În acest caz, știm că este un robot. Cu toate acestea, creierul nu poate să proceseze cu adevărat acest fapt deoarece robotul are o înfățișare realistă. Pielea, mișcarea și chiar felul în care vorbește sunt foarte asemănătoare cu cele ale unei persoane, însă creierul nostru se luptă cu clasificarea: este cu adevărat un robot? Are gânduri proprii? Pot sau ar trebui să am încredere în robot?
Aceste temeri ar putea fi motivul pentru crearea „regulile roboților” de la jumătatea secolului al XX-lea, cunoscute și sub denumirea de Cele trei legi sau Legile lui Asimov, create și denumite după autorul Isaac Asimov.
Cele trei legi sunt:
Un robot nu poate vătăma o ființă umană sau, prin lipsa de acțiune, nu poate permite ca o ființă umană să fie vătămată.
Un robot trebuie să dea ascultare ordinelor pe care le primește de la ființele umane, cu excepția situației în care aceste ordine intră în conflict cu prima lege.
Un robot trebuie să-și protejeze existența proprie atât timp cât această protecție nu intră în conflict cu prima sau cu cea de-a doua lege.
(Asimov, 1950)
Un alt moment de referință în istoria roboticii a fost atunci când primul robot mobil controlat de la distanță a descoperit suprafața lunii în jurul anilor 1970. Puțin mai târziu, în 1986, Honda a inițiat un proiect pentru crearea de roboți umanoizi care arată asemenea oamenilor. Evoluția a continuat, iar roboții au apărut în din ce în ce mai multe domenii, precum asistența medicală, producția și logistica. Evoluția roboților încă mai este un proces în curs de desfășurare și în prezent roboții fac parte din viața noastră cotidiană. Roboții sunt în locuințe (aspiratoare), la locurile de muncă (roboții de asamblare) și în asistența medicală (roboți sociali în tratamentul pacienților sau roboți chirurgicali), de exemplu.
Umanitatea se află în cadrul celei de-a patra revoluție industrială, care integrează tehnologiile emergente cele mai noi, precum robotica, IoT, 5G, inteligența artificială și multe altele, pentru a duce industria la niveluri noi.
