Jak postavit robota
22. 12. 2010
Zkušeného chemika Michaela už delší dobu přitahovaly roboty. Podnětem k tomu, aby si postavil svého vlastního, se stal 2. ročník Robosoutěže, pořádané pro studenty Elektrotechnické fakulty ČVUT v Praze. Jenže sestrojit si robota – navíc tak, aby skutečně fungoval – není úplně jednoduché. A tak se pro začátek Michael sám stal studentem, aby se spolu s vámi seznámil se základy robotiky.
Michael: Než jsem se přestěhoval do České republiky, znal jsem vaše pivo, Ivana Lendla a Dvořáka. A z českého jazyka jsem neuměl ani slovo. Aspoň jsem si to myslel. Teď si ovšem uvědomuji, že celý život jsem používal nevědomky české slovo. A to slovo je „robot“.
Tereza: Tak to slyšíte. České pivo, tenista, možná české holky. Ale je pravdou, že slovo robot je výlučně českého původu. A možná je skutečně nejúspěšnějším českým vývozním artiklem, protože se používá téměř ve všech zemích. A jeho autorem není nikdo jiný než Josef Čapek.
Michael: People have always been interested in reducing the amount of work they have to do whilst simultaneously increasing productivity. Robots, automated machines capable of doing tasks, are an obvious solution.
Lidé odjakživa chtěli omezit množství práce, kterou museli vykonávat, a zároveň přitom zvýšit produktivitu. Pochopitelným řešením proto byly roboty, automatické stroje, schopné plnit úkoly.
Tereza: V dnešní době si jednoduché roboty dokážou sestrojit už studenti středních nebo vysokých škol. A dokonce pořádají robotí bojové zápasy.
Michael: Fakt?
Tereza: No.
Michael: Tak já se přihlásím.
Tereza: Tak to jsem zvědavá.
Michael: Víte, já jsem taky chtěl jít na tu soutěž. Dokonce jsem si vyrobil vlastního robota. A vložil jsem do něj spousty času a lásky. Ale Tereza mi říkala, že bych měla radši zůstat doma. Takže na ni čekám.
Tereza: To jsem zvědavá, jak na tom Michael je, protože včera, když jsem ho opouštěla, tak robot, se kterým chtěl soutěžit, ještě neměl ani kola.
Tereza: Ahoj Michaele.
Michael: Čau.
Tereza: To´s měl vidět. Ty bylo naprosto famózní. Tohle je Martin …
Michael: Martine, čau, Michael.
Martin Hlinovský: Martin, ahoj.
Tereza: Ten celou soutěž organizoval a komentoval. Tenhle robot je vítěz celé soutěže. Tady máme soupeře. A tohle je tvůj robot?
Michael: Mh.
Tereza: To je vlastně dobře, že´s tam včera nebyl. Prosím tě, vždyť nemá ani kola.
Michael: Proč kola?
Filip: Kola nebo pásy, poháněné servomotory, jsou základem pohyblivosti každého robota, který se zúčastnil letošního, už druhého ročníku Robosoutěže. Tuto soutěž pořádají společně katedry řídicí techniky, kybernetiky a měření Fakulty elektrotechnické Českého vysokého učení technického v Praze.
Tereza: A to nejen pro své ale – letos poprvé – i pro středoškolské studenty. Roboti měli za úkol pohybovat se uvnitř kruhového bojiště, jehož hranice vymezovala černá čára, …
Filip: … pokud možno se vyhýbat soupeřícímu robotu ale především ukázat sílu a obratnost v souboji sumo.
Tereza: Úspěch robota v souboji závisí na mnoha okolnostech. V prvé řadě je to konstrukce. Kola: zvolíte-li velká kola, propůjčíte svému robotu obratnost a rychlost. Zatímco malá mu dodají sílu. Robota také musíte zabezpečit, aby ho soupeřova radlice nepodebrala zespodu. A pak – pak už „jenom“ správně naprogramovat software.
Michael: We humans use our senses of eye sight, hearing and touch, so that we can orientate ourselves in our surroundings. Martine, how do robots orientate themselves in their surroundings?
My lidé používáme naše smysly – zrak, sluch a hmat, abychom se mohli orientovat v našem prostředí. Martine, jak se ve svém prostředí orientují roboti?
Ing. Martin Hlinovský, Ph.D., katedra řídicí techniky, Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze: Robot používá také senzory, i když ne tak dokonalé. Máme tady na ukázku světelný senzor, který robotu umožňuje rozlišovat barvičky, zvukový senzor, dotykový senzor, který robotu dodává hmat. Nebo tady máme zcela speciální senzor ultrazvukový, který dokáže detekovat překážku nebo měřit vzdálenost. Všechny tyto senzory poskytují robotu informace o svém okolí.
Michael: So that thanks to these special robot’s sensors they give it the sense of intelligence, they allow these robots to chase after the other robot and push it out of a sumo ring.
Díky těmto svým speciálním senzorům roboti mají „inteligentní smysly“, které jim umožňují pronásledovat protivníka a vytlačit jej z kruhu sumo.
Tereza: Počkej, já jsem si myslela, že to celou dobu řídí tady ten panáček.
Ing. Martin Hlinovský, Ph.D., katedra řídicí techniky, Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze: Panáček to není, ale Tereza zřejmě chtěla říct, že roboti potřebují řídicí systém. V tomto případě je to tato NXT inteligentní kostka, která je v podstatě mozkem těchto robotů. A takhle jednoduše lze k ní připojit libovolné senzory.
Michael: Mozku robota ovšem chybí vlastní inteligence. Ta musí přicházet od lidí.
Ing. Martin Hlinovský, Ph.D., katedra řídicí techniky, Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze: Z hlediska programování máme několik možností. A jednou z nejjednodušších je využít tento jednoduchý grafický program NXT-G, kde jednoduchým způsobem „drag and drop“ mohu vzít libovolný blok, umístit ho na plochu, nastavit mu parametry a tím zajistím vlastní pohyb robota.
Tereza: Roboti začínají „zády“ k sobě. Kdo se otočí rychleji, má výhodu. Pomocí ultrazvuku vyhledává protivníka.
Filip: Při nárazu do něj vítězný robot využívá dotykový senzor. Ten dá impulz ke zvýšení výkonu jeho motorů, aby větší silou vytlačil soupeře z kruhu.
Tereza: Konstruktéři vložili do řídicího mozku robota několik typů strategií – tedy programů robotova chování.
Filip: Podle průběhu soubojů v turnaji pak volí tu nejúčinnější.
Tereza: Spirit a Opportunity. Dvojice pozemských robotů už neuvěřitelných sedm let projíždí nehostinným terénem Marsu. V roce 2003 je vyslali specialisté americké NASA, aby tam hledaly stopy po přítomnosti vody.
Filip: Vozidlo pohánějí elektromotory v každém ze šestice kol. Proud jim dodávají sluneční články.
Tereza: Tady už nejde o hru. Promyšlený a vysoce spolehlivý musí být každý díl robota i volba jeho chování. Na vzdálenost mnoha desítek miliónů kilometrů musejí jednat samostatně.
Filip: Pohyb neznámým terénem je pomalý, jen centimetr za sekundu. Každých deset sekund se robot zastavuje a dvacet sekund analyzuje okolní terén, než zvolí cestu k zadanému cílovému bodu.
Tereza: Na palubě robota je řada vědeckých přístrojů pro analýzu atmosféry i terénu včetně robotické ruky a malé geologické laboratoře na rozbor vzorků. Informace o okolí dodává několik kamer.
Michael: The challenge has always been how to instill an artificial intelligence into robots – a method by which robots themselves can react to changes in their environment without the need for human assistance and surveillance.
Oříškem vždy bylo, jak roboty vybavit umělou inteligenci. Prostředkem, pomocí něhož jsou roboty schopny reagovat na změny ve svém okolí, aniž by potřebovaly pomoc a dohled lidí.
Terezo, zase sedíš? Chtěla jsi luxovat, ne?
Tereza: Ale já se jenom řídím tvými pokyny. Tady se normálně pracuje. Podívejte se na něho, jak se činí. A úplně sám. Takhle já si představuji vánoční úklid. Takže si sedni a nohy nahoru.
Filip: Roboty s prvky umělé inteligence nenápadně vstoupily do našeho všedního života.
Tereza: Automatické kosmické výzkumné sondy a roboty představují nejnáročnější úkoly současné robotiky.
Filip: Na pátrání po stopách života na vzdálených obřích vnějších planetách – Jupiteru, Saturnu, Uranu – a na jejich měsících budeme vysílat ještě důmyslnější roboty s nezbytným vysokým stupněm umělé inteligence.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough