Podle jedné z obecných definic autonomní robot dokáže delší dobu samostatně vykonávat požadované úkoly v nestrukturovaném prostředí bez nutnosti kontinuální asistence člověka.
Když už řešíme definice, posuňme se pro zajímavost na ještě nižší úroveň granularity – na obecnou definici robota.
Jedna z definic předpokládá, že každý robot, a tedy i robot s přívlastkem autonomní, musí mít senzory, vestavěnou řídicí inteligenci a akční členy. Takže podle této definice robotické vozidlo na zneškodňování pyrotechniky řízené operátorem má přívlastek „robotické“ neoprávněně, protože sice má senzory i akční členy, ale v konečném důsledku je ovládané operátorem.
Zkusme jiný příklad – soustavu výtahů v moderní budově. Výtahy mají senzory, mezi které patří i tlačítka, jejichž pomocí lidé výtah přivolají a zadají, na které patro má výtah jet, mají i akční členy, čili mechanismus pohybu, otvírání dveří a zabezpečení, ale mají i řídicí inteligenci. Ta rozhodne, který výtah a kdy pro vás přijede.
V tomto případě jsou tedy splněné všechny podmínky definice, avšak považujete soustavu výtahů za robot?
Aby byl robot považován za autonomní, musí mít implementovaný systém aktivního sběru a zpracovávání informací o svém okolí, musí mít řídicí inteligenci, která bude koordinovat robota, aby splnil, nebo dlouhodobě plnil určitou roli. Robot musí být schopný dlouhodobě fungovat bez asistence nebo časté intervence člověka. Zároveň se robot musí umět bezpečně přesouvat v prostoru, vyhýbat se situacím, které by vedly k poškození zdraví člověka, majetku nebo samotného robota.
Autonomní robot musí také dokázat vyřešit všechny nebo většinu nepředvídaných situací, například vyhnout se pádu, nebo pokud taková podobná situace nastane, musí se dokázat z takové situace sám dostat a pokračovat v úkolech, na které je určený. Proto konstruktéři autonomních robotů věnují mechanismu pohybu stejnou, ne-li i větší pozornost než řídicí inteligenci. K čemu by nakonec byl superinteligentní robot, ať už záchranář nebo robot starající se o bezvládného seniora, když snadno spadne a po pádu zůstane bezmocně ležet.
Pohyb a provádění úkolů
V úvodu jsme kvitovali, že nejen odborníci a konstruktéři robotů, ale i běžní lidé opouštějí představu humanoidních robotů, ať už jako celku, nebo jako části lidského těla jako například robotická ruka. Je to zdánlivě nelogické, vždyť humanoidní robot Pepper by měl naopak utvrdit představu, že budoucnost patří humanoidním robotům s umělou inteligencí, které budou postupně nahrazovat lidi nejen jako informátor a asistent v bankovnictví či retailu, ale také ve službách, výrobě či logistice.
Psychologické aspekty tomu napomáhají. Roboty tohoto typu jsou navržené tak, aby nevzbuzovaly strach, ale přátelské emoce. Proto Pepper měří jen 120 cm, aby se na něj dospělý člověk díval jako na dítě. Váží 32 kg, takže pokud někde bude překážet, nebo spadne, člověk ho dokáže nadzvednout. Pomalu se pohybujícího a přátelsky vypadajícího Peppera se nebojí nikdo, ani malé dítě.
Ale představte si situaci, že se k vám ve vestibulu banky rychlým během nebo přískoky blíží některý z robotů vyvinutých v Boston Dynamics, který tvarem i velikostí připomíná psa baskervilského. Bizarní přirovnání. Avšak na druhé straně robot tohoto typu vás na rozdíl od Peppera může zachránit, když jste v bezvědomí v hořícím domě.
Klíčovou podmínkou autonomie je schopnost robota poradit si v nestandardní situaci, jako je uvíznutí nebo pád. Časté pády a těžkopádnost je charakteristická i při prestižních světových turnajích ve fotbale robotů či jiných robotických disciplínách.
Velmi známá a v kruzích konstruktérů robotů je soutěž DARPA Robotics Challenge, která je zaměřená na prezentaci schopností robotů záchranářů. Robot musí přijet na místo zásahu autem, které sám řídí, otevřít si dveře, překonat několik překážek, projít určitou vzdálenost v náročném terénu a konečně zavřít ventil na potrubí s unikající nebezpečnou látkou. V předchozích ročnících této soutěže dominovaly humanoidní roboty. Dominovaly počtem, avšak neexcelovaly, co se týče koordinovanosti a stability.
Při pohledu na videa z těchto soutěží, kde jsou časté pády humanoidních robotů, pochopíte, proč takové roboty dosud nemohou zasahovat při tragédiích podobného typu, jako byla havárie jaderné elektrárny ve Fukušimě.
Roboty na kolech
Roboty na kolových podvozcích využívají tři základní principy manévrování. Klasické řízení, nazývané také Ackermanovo, které se používá v automobilech, je velmi stabilní i při vyšších rychlostech, ale nejméně obratné. Stačí pozorovat řidiče začátečníka, jak se otáčí v omezeném prostoru, nebo jak se snaží zaparkovat mezi dva vozy. Většina robotů na kolech včetně robotických vysavačů využívá diferenciální řízení, při kterém se dvě hnací kola při manévrování pohybují různou rychlostí. Pokud se pohybují v protisměru, tak se robot dokáže otočit na místě.
K dispozici jsou však i další možnosti, například malé bagry mají čtyři kola bez možnosti natáčení a směr mění změnou směru a rychlosti otáčení, přičemž některé z kol prokluzují. To si však na některých površích vyžaduje značný točivý moment. Ještě zajímavější jsou robotické podvozky využívající kola Mecanum, která jsou upevněná tak, že nemají možnost zatáčení, a přesto má podvozek bohaté možnosti manévrování. Kolo má několik válců připevněných ke svému obvodu. Každý z těchto válců má osu rotace pootočenou o 45°. Střídáním kol s levými a pravými válci tak, že každé kolo působí silou zhruba kolmo na diagonálu rozvoru, je vozidlo stabilní a může se pohybovat v libovolném směru a otáčet se změnou rychlosti a směru otáčení každého kola. Kombinace pohybů kol umožňují pohyb vozidla v libovolném směru s jakoukoli rotací.
Nebo další zajímavý princip. Robot by měl dvoukolový podvozek, který by měl obě kola spojená pevnou osou, takže by se mohla pohybovat pouze stejnou rychlostí. Jak by mohl manévrovat takový podvozek? Stačí si představit kolo jako z motocyklu s několika paprsky, které by mohly měnit délku tak, že by nebyly vůči středu uchycené pevně, ale mohly se posouvat. Kolo by mělo ráfek z pružného materiálu. Podvozek by zatáčel na tu stranu, kde by byly paprsky kratší, čímž by simulovaly kolo menšího průměru. Odtud je už jen krůček k úvaze dát ten ráfek pryč, a robot by se pohyboval jen na vysouvatelných paprscích. To by se však nepohyboval na kolech, ale fakticky by kráčel. Takový podvozek dokáže překonat i velké terénní nerovnosti.
Mechanika kráčení
Zkuste se zamyslet a popsat, jak kráčí člověk. Zvednete nohu, posunete ji dopředu, položíte a přesunete na ni těžiště a stejně pokračujete druhou nohou? Ne! Takto kráčí robot, případně dítě, když napodobuje robota. Člověk kráčí jinak. Vysunete, vlastně téměř jemně vykopnete jednu nohu dopředu, čímž úmyslně narušíte stabilitu těla. Začínající pád intuitivně vyrovnáte a vysunete dopředu druhou nohu. Při chůzi tak využíváte dynamiku pohybu těla, podobně jako kyvadlo.
Z fyzikálního hlediska je to pasivní dynamický pohyb. Proměňujete potenciální energii na kinetickou, takže chůze je vlastně procesem neustálého padání a vyrovnávání pádů. Tento princip pohonu využívá robot Strider vyvinutý v laboratořích Romeo. Má tři nohy a pohybuje se tak, že pokaždé přetočí své diskovité tělo o 180 ° a přitom „vykopne“ jednu ze svých tří nohou mezi ostatní dvě, aby vyrovnal pád.
Týmová spolupráce
Při nejznámější soutěži robotů ve fotbale RoboCup hráči – roboty nejsou řízení na dálku, ale jsou zcela nezávislé. Pomocí kamer a senzorů mohou rekognoskovat situaci, hledají míč, a když ho najdou, snaží se jej prioritně vstřelit do branky. Týmová spolupráce při přihrávkách, tak jak ji známe u lidských hráčů, je zatím spíše výjimkou. Soutěž RoboCup kromě toho, že je zábavná, je zároveň jakýmsi technologickým inkubátorem. Má ambiciózní cíl, aby v roce 2050 tým robotů mohl být rovnocenným soupeřem pro mužstvo, které vyhraje ve světovém šampionátu.
