Dzięki projektowi COMAN+ interakcja między człowiekiem i robotem wkracza na wyższy poziom

Może się wydawać, że gra w piłkę i przenoszenie mebli to dwie zupełnie odmienne czynności, ale mają one kilka wspólnych cech. Po pierwsze, łatwiej jest je wykonywać wspólnie. Po drugie, te pozornie nietrudne zadania wymagają subtelnego połączenia siły, umiaru i synchronizacji. Spróbuj pograć w piłkę lub przesunąć stół z robotem, a zobaczysz, jak trudne jest to przedsięwzięcie.

Jest jednak pewien humanoidalny robot, który wkrótce może przezwyciężyć tę trudność. COMAN+ – rozwinięta wersja humanoida COMAN opracowanego w ramach wcześniejszego projektu 7PR AMARSi – jest opisywany przez swoich twórców jako tańszy, solidny i wszechstronny robot humanoidalny zdolny do wykonywania codziennych czynności.

Prof. dr Jochen Steil, koordynator projektu CogIMon (Cognitive Interaction in Motion), omawia najważniejsze wyniki prac na krótko przed jego zakończeniem zaplanowanym na maj.

Jakiego rodzaju czynności wykonywane wspólnie przez ludzi staraliście się Państwo powtórzyć w tym projekcie i w jakim celu?

Skupiliśmy się na zachowaniach, które wymagają zrozumienia używanych sił i niejawnej komunikacji.

Chodzi tu na przykład o wspólne manipulowanie przedmiotami (przenoszenie stołów, podnoszenie ciężkich przedmiotów) lub rzucanie przedmiotów do siebie i ich łapanie, ponieważ w takich sytuacjach siły są szacowane nad podstawie ruchu. Innym przykładem jest sprzężenie joysticków polegające na tym, że gracze uczą się od siebie podczas gry poprzez komunikację wykorzystującą siły działające na joysticki.

W jaki sposób opanowanie tych czynności może być wykorzystane w przemyśle?

Zrozumienie sił ma fundamentalne znaczenie dla fizycznych systemów asystentów robotycznych, które aktywnie wspierają człowieka poprzez dostosowywanie swojej siły do ludzkich możliwości oraz zadań, które trzeba wykonać.

To coś więcej niż wykorzystanie podatności mechanicznej robota wyłącznie do celów zapewnienia bezpieczeństwa: możemy wykonywać bardziej wyrafinowane i przyjazne dla człowieka czynności, co będzie nieodzowne w przypadku nowych generacji robotów wspomagających. Siły stosowane przez człowieka wykazują duże zróżnicowanie nawet przy powtarzających się zadaniach, dlatego uniwersalny kontroler nie sprawdzi się w przypadku interakcji fizycznej. Roboty wspomagające będą musiały aktywnie kontrolować swoją siłę, aby umożliwić płynną, ergonomiczną i efektywną interakcję.

Dlaczego skoncentrowali się Państwo właśnie na robocie COMAN?

Badania nad humanoidami to taki dziesięciobój, jeśli chodzi o robotykę: wymagają połączenia wielu różnych dziedzin i kompetencji, aby sprostać jednemu dużemu wyzwaniu technologicznemu i naukowemu, które daje nadzieję na znaczne postępy. Jest to fascynująca i wymagająca dziedzina, która w naturalny sposób przyciąga wielu najwybitniejszych naukowców i wymaga wspólnych wysiłków, z których na szczególną uwagę zasługują inicjatywy finansowane przez UE.

COMAN jest jedną z takich europejskich historii sukcesu, których powstanie było możliwe w dużej mierze dzięki dofinansowaniu z unijnych programów badawczych. Robot jest sterowany momentem obrotowym i posiada sprężyny, dzięki czemu może bezpiecznie działać podczas interakcji człowiek-robot i aktywnie regulować podatność całej swojej konstrukcji. Dzięki zaawansowanej technologii siłowników jest to jeden z pierwszych i najlepszych robotów humanoidalnych, który to potrafi.

Ta historia znajduje kontynuację w projekcie CogIMon dzięki opracowaniu COMAN+, robotów humanoidalnych następnej generacji, które będą bardziej wytrzymałe, tańsze, wszechstronne i zdolne do wykonywania codziennych czynności.

Jakie są Pana zdaniem najważniejsze osiągnięcia projektu?

Są to zarówno osiągnięcia naukowe, jak i technologiczne. Jeżeli chodzi o wyniki naukowe, projekt CogIMon przyczynił się do lepszego zrozumienia interakcji ludzi podczas ruchu, a główny wkład w tym zakresie wnieśli nasi partnerzy zajmujący się nauką o ruchu człowieka. Dzięki temu powstały nowe modele opisujące, w jaki sposób ludzie uczą się kontrolować siły podczas interakcji, i modele te są obecnie wdrażane także w sterownikach robotów. Poza tym istotnie poszerzyła się wiedza na temat wykorzystującego podatność sterowania w przypadku robotów humanoidalnych oraz systemów wieloramiennych i wielonożnych.

Jeśli chodzi o osiągnięcia technologiczne, robot humanoidalny COMAN+ umacnia pozycję europejskiego środowiska naukowego jako światowego lidera w zakresie rozwoju sterowania ruchem manipulatorów robotycznych przy użyciu zmiennej impedancji oraz podatnych robotów humanoidalnych. Opracowaliśmy również narzędzia inżynieryjne do symulacji i sterowania takimi robotami i udostępniliśmy je na zasadach open source. Wreszcie, stworzyliśmy technologię umożliwiającą wykorzystywanie sterowników robotów w VR i otworzyliśmy nowe możliwości w zakresie zastosowań dotyczących rzeczywistości mieszanej.

W jaki sposób zademonstrowali Państwo te technologie?

W projekcie CogIMon udało się po raz pierwszy zademonstrować wspólne przenoszenie przedmiotów przez dwa humanoidalne roboty. Projekt pokazał również, jak cztery podatne ramiona robota mogą współpracować ze sobą podczas podnoszenia i przenoszenia ciężkich przedmiotów w interakcji z człowiekiem, a ponadto opracowaliśmy nowe metody miękkiego chwytania przez roboty i opracowaliśmy elementy do chwytania, które dwukrotnie weszły do finałów nagrody Kuka Innovation Award na targach w Hanowerze. Opracowaliśmy także bardzo obiecujące zastosowanie w dziedzinie fizjoterapii, polegające na połączeniu rzeczywistości wirtualnej i sterowania robotem w celu uczenia pacjentów łapania piłki.

Podczas najbliższej konferencji ICRA zaprezentujemy robota COMAN+ i te zastosowania szerokiej publiczności oraz środowisku naukowemu.

Jakie są dotychczasowe opinie branży?

Większość prac przeprowadzonych w projekcie CogIMon ma charakter dość podstawowy, a perspektywa zastosowania naszych humanoidalnych robotów w przemyśle jest nadal odległa. Mamy niewiele bezpośrednich informacji zwrotnych dotyczących konkretnych przypadków zastosowania,

jednak sukcesy w konkursach na najlepsze innowacje i demonstracja zaawansowanych algorytmów podatnego sterowania przekładają się na duże zainteresowanie naszym projektem. Obecnie trwa komercjalizacja siłowników opracowanych dla COMAN+ oraz realizacja pierwszych badań ewaluacyjnych z prawdziwymi pacjentami, dotyczących zastosowania robota w fizjoterapii. Połączenie robotyki i rzeczywistości wirtualnej zaowocowało również nawiązaniem współpracy z pewnym MŚP.

Jakie są plany dalszych prac?

Skupimy się na zastosowaniach w dziedzinie opieki zdrowotnej i fizjoterapii oraz ergonomii, aby dalej rozwijać połączenie rzeczywistości wirtualnej i robotyki oraz umożliwić bezpieczną fizyczną interakcję podczas ćwiczeń. Wymaga to dopracowania sprzętu, jak i narzędzi inżynieryjnych, aby móc rozwijać nasze zastosowania w sposób bardziej spójny, systematyczny, ale i elastyczny.

Dalsze badania będą dotyczyły również zastosowań obejmujących kilka robotów, jak również sterowania robotami humanoidalnymi podczas wykonywania codziennych czynności. Nasze interdyscyplinarne prace nad robotami humanoidalnymi będą z pewnością kontynuowane w nadchodzących latach.