Humanoidní roboti: není nad dobrého androida

Je jasné, že o opravdových humanoidních robotech v moderním slova smyslu můžeme mluvit až od druhé poloviny 20. století a za jejich pradědečka můžeme považovat Unimate, který byl instalován do výrobních linek společnosti General Motors. Vysloužil si to díky tomu, že měl k dispozici jednu robotickou ruku, která od roku 1961 sloužila k práci se vstřikovacími stroji, při níž manipulovala s horkými odlitky a také svářela jednotlivé části karoserie. Prováděla prostě pro lidi nepříjemnou či rovnou nebezpečnou práci. Koncept tohoto robota přitom vymysleli už v roce 1956 vynálezci George Devol a Joseph Engelberger, kteří se sešli v diskuzi nad tehdejší sci-fi literaturou. Robota pak zkonstruovala firma Unimation, první, která se zabývala výrobou těchto zařízení.

Ruka robota Unimate se mohla pohybovat v 6 osách dle programu, který byl uložen v magnetickém bubnu, předchůdci dnešních pevných disků. Byla přitom schopna manipulovat s břemeny o hmotnosti 500 liber, čili nějakých 227 kg a má co říci i dnes. Jeho jednoduchý kontroler je totiž využíván na školách, kde se na něm učí základy industriální robotiky.

Ke konci 50. let se také objevili roboti, které zkonstruoval Klaus Scholz, jemuž se přezdívá "vídeňský otec robotů". Ten v letech 1957 a 58 zkonstruoval robota MM7 Selektor, který byl vytvořen především za účelem studia pohybu kybernetických strojů. Jeho hlavním přínosem bylo využití jednosměrných voličů (v němčině je volič selektor) a vizuálních receptorů, díky čemuž je MM7 obecně považován za předchůdce dnešních průmyslových robotů. Klaus se pak zaměřil na vývoj robotů, kteří by mohli do jisté míry sami myslet a byli autonomní.

Mladšímu modelu MM8 Scholz plánoval vytvořit "tranzistorový mozek" aby mohl slyšet a mluvit, čili sám reagovat na dotazy, ale je zřejmé, že takovýto úkol byl na tehdejší stav techniky poněkud přehnaný. Jeho roboti nějakým způsobem zvládli otevírat dveře, potřást si rukama nebo i mezi sebou přelít obsah nádoby do druhé. Klaus Scholz chtěl jít ještě dále a zamýšlel vytvořit stroj, který bude moci sám myslet i konat a využívat k tomu elektronické zařízení pracující podobně jako lidský mozek. Konstruktéři robotů měli tedy stále velké sny, které nedokáže zcela splnit ani dnešní technika, finanční prostředky a celé týmy výzkumníků. Nicméně bez těchto lidí by robotika nebyla tam, kde je dnes. Co všechno uměli Scholzovi roboti, na to se můžete podívat v následujícím videu.

Ve stejném roce se ale také objevilo něco, co už slibovalo další pokrok. Do výroby humanoidního robota se totiž pustila samotná NASA, která představila svého robota astronauta. Škoda jen že měl sloužit jen jako panák, na němž se testovaly nově vyvíjené vesmírné skafandry, takže jak uvádí krátká zpráva pod fotografiemi, robot astronaut byl ve skutečnosti spíše jen krejčovskou pannou. NASA s jeho pomocí zjišťovala, kolik síly musí astronaut v obleku vyvinout, aby třeba něco zvedl a přemístil.

V 60. letech se více do vývoje robotů zapojili také rusové a právě v jejich rukách vznikali ti nejhranatější a nejkrabicovatější jako například Volžanin. Opět ale nemůžeme mluvit o pokroku, jako spíše o snahách amatérů sestavit si vlastního robota na hraní.

V Anglii se ale v té době zviditelnil Dennis Weston, jeden z nejnadanějších vynálezců robotů, který je asi nejlépe znám díky modelu Tinker. Jeho obrovská kupolovitá hlava obsahovala řadu senzorů a elektronika mohla být naprogramována tak, aby robot svému majiteli sám umyl auto a mohl být ovládán na dvě míle díky sestrojenému panelu, který měl Weston v garáži, přičemž sám robot pomocí své kamery mohl do panelu odesílat obraz.

Tinkera měl následovat robot Percy, na němž Weston začal pracovat někdy na přelomu 60. a 70. let, jenž by se s pomocí svých senzorů dokázal dobře orientovat v prostoru a nacházet si potřebnou cestu. O tomto robotovi se ale bohužel už více nedozvíme. S postupem 70. let byli roboti s vlastními senzory stále častější a tento trend pokračoval v 80. letech, kdy už plecháči s potenciálem hraček přenechali místo daleko pokročilejším robotům.

Humanoidní roboty máme dnes asi nejvíce spojené s japonci a právě ti v roce 1973 vytvořili na prestižní soukromé Waseda University model Wabot-1, který svými proporcemi připomíná lidskou bytost, i když tedy spíše bezhlavého rytíře z kovových rámů. Šlo o výsledek dlouholetého vývoje, na jehož začátku byly robotické paže.

Na univerzitě Waseda začal vývoj robotických paží a rukou již v roce 1967 a právě ty vycházely také z vývoje aktivních protetických pomůcek. Účelem bylo vytvořit stroje, které by mohly vykonávat manuální práce namísto lidí. Na svět tak přišly série WAM a již WAM-1 měla 7 stupňů volnosti (Degree of Freedom - DOF), čili směrů posunu a otáčení, a to 4 v ruce a 3 v paži. Model WAM-2 byl již ovládán počítačem, který řídil pět DOF v paži a také byl vybaven pozičními senzory a senzory pro snímání tlaku na koncích prstu, aby mohl lépe a bezpečněji uchopovat předměty.

Ruka WAM-4 už bezprostředně předcházela Wabotovi, protože byla vyvinuta rok před ním. Byla vybavena šesti DOF v ruce a už jen jedním DOF v ruce a šesti v paži a vyvinuta byla levá i pravá robotická ruka, a to právě pro robota Wabot-1. Ruka WAM-4 detekovala objekty pomocí optických senzorů a opět s využitím tlakových senzorů je dokázala uchopit a dokonce si je předávat z ruky do ruky.

Na univerzitě se pokračovalo s vývojem robotických rukou a postupně přišly na svět další verze WAM, v jejichž případě se už tvůrci chtěli více přiblížit lidské ruce a jejich cílem bylo zkonstruovat robota, který by byl schopný hrát na piáno. V roce 1982 se jim podařilo vyrobit ruku, jejíž prsty byly schopny stisknout klávesu až desetkrát za sekundu a WAM-7 vyvinutá o rok později byla již díky ohebným prstům schopna přehrávat jednoduché melodie. Vyrobena byla levá ruka WAM-7R, pravá WAM-8 a pak i nohy WAM-8L, což dalo dohromady robota Wabot-2. Jeho zaměřením byla právě hra na piáno a byl dokonce schopen číst noty i doprovodit na piáno zpívajícího člověka. Dnes je Wabot-2 považován za významný milník ve vývoji "osobního robota".

Mezi ty můžeme počítat i VOR (Volitionally Operant Robot), jenž ve své době (1983) prý představoval to nejlepší, co robotika mohla nabídnout. V souvislosti s ním se už dokonce mluvilo i o umělé inteligenci.

VOR využíval tehdejší mikroprocesory, kameru plus různé senzory a také potřebnou paměť pro uložení dat a programů. Byl schopen do jisté míry porozumět řeči (rozeznal 200 slov), také ji syntetizovat díky modulu od Texas Instruments a mohl komunikovat s počítači. A právě to bylo klíčem jeho schopností, neboť počítače poskytovaly VORu potřebný výkon k provádění zmíněných úkolů, takže nešlo o samostatný systém.

Humanoidní robot McAndroid, který už má opravdu lidské proporce, vznikl pod rukama brita Jona Barrona. Ten vyvinul svého androida především jako testovací zařízení pro nové technologie, jež by se časem mohly použít pro domácí roboty nebo ty, kteří by pracovali v lehkém průmyslu. Využíval tlak vzduchu a příslušné pneumatické ventily, díky nimž se napínaly "svaly" propojující androidovy klouby. Výhodou byla možnost jemného ovládání jejich stahů, díky čemuž mohly být i pohyby více lidské, ale nevýhodou zase to, že ovládací systém neměl možnost získávat tak jednoduše zpětnou vazbu o provedeném pohybu, jako je to možné u elektrického pohonu.

K opravdovým humanoidním robotům, jak je známe dnes, to byla ale ještě dlouhá cesta, která byla vyplněna i teoretickou prací srba Miomira Vukobratoviće. Ten přišel s teoretickým modelem popisujícím pohyb dvojnožců, tedy i lidí, který dostal označení Zero Movement Point. Snaží se řešit ten problém, že takový dvounožec má pouze dva kontakty se zemí, a přitom musí být schopen přinejmenším chůze, tedy pohybu v horizontální rovině. Takový pohyb pak musí být plánován, aby se zachovala stabilita těla, což není lehký úkol především kvůli tomu, že těžiště těla je nahoře nad nohama a torzo má daleko větší setrvačnost. Zero Movement Point je tedy bod, v němž tělo nemá žádnou setrvačnost a je schopno stát na dvou nohách. Pohyb těla musí být tedy plánován tak, aby se vždy mohlo docílit stability.

Doktor Vukobratović svou teoretickou práci uvedl do praxe na začátku 70. let, kdy v Institutu Mihaila Pupina zkoumal elektricky poháněné exoskeletony jako protetická zařízení pro pacienty s pohybovými potížemi. O 10 let později byla vyvinuta světově první aktivní pažní ortéza pro rehabilitaci a pod vedením Vukobratoviće byl v roce 1978 vyvinut i první antropomorfní robot určený pro domácnosti stejně jako několik průmyslových robotů. Dnes je tak považován za jednoho z průkopníků moderní robotiky, který je velice často citován.