Znajdź zawartość

Wśród najtrudniejszych zagadnień informatyki i robotyki prym wiodą balansowanie - utrzymywanie równowagi i przetwarzanie obrazu z wydobywaniem z niego istotnych informacji. Wiele dekad zajęło konstruktorom skonstruowanie robota, który potrafiłby iść, nie mówiąc już o bieganiu. Z kolei „rozumienie" obrazu, który zwykle zawiera mnóstwo nadmiarowej i zbędnej informacji, trudnej zwykle do odseparowania, wymaga bardzo dużej mocy obliczeniowej i wymyślnych algorytmów. Połączenie tych dwóch zagadnień, czyli utrzymywanie równowagi na podstawie danych wizualnych urasta przy tym do rangi superproblemu, choć przecież nawet proste biologiczne organizmy potrafią to robić całkowicie intuicyjnie. O ile balansowanie dużym kijem jest dla zaawansowanych konstrukcji wykonalne, o tyle zrobienie tego samego w mniejszej skali niedawno było nierealne. Bo przecież, choć balansować kijem od szczotki może nauczyć się każdy, to balansowanie ołówkiem nawet dla człowieka jest trudniejsze. Trzej inżynierowie z Instytutu Neuroinformatyki na University Zurich: Jorg Conradt, Tobi Delbruck i Matthew Cook, dokonali przełomu, konstruując automat potrafiący dowolnie długo balansować zwykłym ołówkiem, korzystając jedynie z obrazu z dwóch prostopadłych kamer: http://www.youtube.com/watch?v=f9UngTdngY4 Wbrew temu, co można by myśleć, kluczem do sukcesu nie jest superszybki komputer ukryty pod stołem. Zamiast szukać skutecznego algorytmu autorzy pomysłu zastosowali sprytny trik: kamery, obserwujące ołówek nie rejestrują pełnej informacji o obrazie, ale jedynie jego zmiany. Kamera, nazwana przez nich krzemową siatkówką, złożona jest z fotoczułych elementów, które reagują na zmiany jasności. W rezultacie każdy piksel reprezentuje już przefiltrowaną informację o zmianach zachodzących przed okiem kamery. Odpowiednie algorytmy już bez trudu wyławiają z nich położenie i kąt nachylenia ołówka, a odpowiednio szybkie serwomotory korygują jego położenie. Inspiracją dla rozwiązania były biologiczne sieci neuronowe.

Niemal wszystkie wizje przyszłości z literatury i filmów mieściły w sobie roboty. I niemal zawsze były to stworzenia - jeśli można je tak nazwać - z którymi rozmawiało się prawie jak z człowiekiem. Niestety, do realizacji tej wizji jest jeszcze bardzo daleko: ani systemy rozpoznawania głosu, ani rozumienie gramatyki nie są na odpowiednim poziomie i jeszcze długo nie będą. Co najwyżej synteza głosu jest już zadowalająca. Inżynierowie z holenderskiego Uniwersytetu Technologicznego w Eindhoven (Eindhoven University of Technology) postanowili podejść do tematu od drugiej strony. Skoro roboty mają taki problem nauczyć się mówić po ludzku, to niech człowiek nauczy się języka robotów. A czy jest taki? Ano właśnie powstaje. ROILA - tak właśnie nazywa się tworzony w Eindhoven sztuczny język, w którym można będzie porozumiewać się z robotami, o ile oczywiście wejdzie on do użytku. Na razie jest w fazie powstawania, są pierwsi zainteresowani i sponsorzy a otwarta licencja (Creative Commons) też temu sprzyja, być może rozwinie się on dzięki pasjonatom. RObot Interaction LAnguage (Język Interakcji z Robotami), jak brzmi jego nazwa, może być zatem wykorzystywany przez każdego, a strona projektu ROILA.org udostępnia instrukcje, podręczniki i narzędzia do wykorzystania we własnych projektach. Pierwszym zainteresowanym jest firma LEGO, która wsparła projekt, oferując 20 zestawów NXT oraz metr sześcienny elementów konstrukcyjnych. Efektem jest gotowa implementacja języka dla LEGO NXT, która pozwala nawigować przy pomocy głosu. Autorzy - Christoph Bartneck, Loe Feijs i Omar Mubin - przygotowując się do projektu przejrzeli wiele języków naturalnych i sztucznych pod kątem przydatności. Jak zauważają, żaden sztuczny język nie zyskał nigdy nawet umiarkowanej popularności, z wyjątkiem Esperanto. Dla swoich celów postanowili stworzyć język całkowicie od nowa, konstruując odpowiednio prostą gramatykę, morfologię i fonologię. Powstał język z całkowicie regularną gramatyką, łatwą wymową - dla ludzi z różnych kultur, z brzmieniem umożliwiającym łatwe i jednoznaczne zarówno rozpoznawanie tekstu mówionego, jak i jego syntezowanie. Do stworzenia słownika posłużono się zaawansowanymi technologiami, jak algorytmy genetyczne. Kursy języka ROILA, który „na ucho" przypomina nieco brzmieniem japoński, już powstają na społecznościowym forum. Kto wie być może nie tylko dla robotów będzie on użyteczny (jeśli, oczywiście, będzie). Twórcy mają nadzieję, że rozpowszechni się szybko na istniejących już robotach: automatycznych odkurzaczach itp. Na razie ROILA wzbudza zainteresowanie głównie majsterkowiczów, zwłaszcza skupionych wokół pisma MakeZine.

Ponowna amerykańska załogowa wyprawa na Księżyc stoi dziś pod poważnym znakiem zapytania. Powodem są oczywiście finanse - od momentu udowodnienia w latach sześćdziesiątych, że technika amerykańska jest lepsza niż radziecka, zniknęły ideologiczne i ambicjonalne powody, dla których topiono w misje Apollo gigantyczne kwoty. Dziś przeważa zimna kalkulacja ekonomiczna, zaś od momentu rozpoczęcia się światowego kryzysu jeszcze bardziej bezwzględna. A tymczasem ostatnie badania wskazują, że Księżyc może być znacznie ciekawszy, niż dotąd sądzono. Odkrycie w księżycowej glebie pokaźnych ilości wody to nie tylko świetna wiadomość dla zwolenników załogowej bazy na naszym satelicie. To również doskonały cel badań, bo podobny mechanizm gromadzenia i powstawania wody mógłby istnieć także na innych planetach. Misja na Księżyc zapewne jednak wreszcie się odbędzie, NASA planuje ją na przyszłą dekadę. Ludzi mają jednak wspomagać wysoko wykwalifikowane roboty. Skoro samodzielne łaziki doskonale radzą sobie na odległym Marsie, wzbudzając nawet powszechne zainteresowanie, to również na Księżycu roboty będą poczynać sobie doskonale, a dzięki niewielkiej odległości w zasadzie możliwe jest nawet manualne nimi sterowanie. Przygotowany w kalifornijskich zakładach Jet Propulsion Laboratory (Laboratorium Napędów Odrzutowych - jeden z ważniejszych oddziałów NASA) robot jest trochę niecodzienny. ATHLETE (czyli All Terrain Hex-Limbed Extra Terrestrial Explorer) to sześcionożny pojazd, potrafi przenosić duże ciężary na swoim sześciokątnym, płaskim grzbiecie, kopać dziury, podnosić różne obiekty przy pomocy narzędzi mocowanych do kół, kręci stereoskopowe filmy swoją kamerą, bez trudu nawiguje i porusza się po każdej nawierzchni. Prototyp o wysokości ponad 180 centymetrów i średnicy ponad 270 centymetrów, czyli połowę mniejszy od planowanej ostatecznej wersji, potrafi podróżować z prędkością 10 kilometrów na godzinę. Ma jednak spore ograniczenia. Usprawnieniem pojazdu zajął się się robotyk-eksperymentator i profesor informatyki Marty Vona. Zmodyfikował oryginalną koncepcję, dodając nowe stawy, które działają jak łokcie i nowe człony, pełniące funkcję przedramion. Odbyło się to wirtualnie, poprzez modyfikację graficznego projektu robota przy pomocy algorytmów. Zaprojektował również odpowiedni interfejs komputerowy, przy pomocy którego operator może łączyć na różne sposoby zaprojektowane wirtualne przeguby z modelem rzeczywistego robota. Pozwala to na wykonywanie wielu trudnych, wymagających koordynacji zadań, tak samo, jak gdyby wirtualny model istniał naprawdę. Przyspiesza to zdecydowanie rozwój projektu, oszczędzając i czas i pieniądze. Roboty to duże i kosztowne projekty - mówi Vona. - Więc lepiej być zawczasu pewnym, jak będą sobie radzić w konkretnych okolicznościach. Idealnie byłoby, gdyby roboty i ludzie pracowali jako zespół. Marty Vona współpracował już wcześniej z Jet Propulsion Laboratory, gdzie opracował oprogramowanie dla marsjańskich łazików Spirit i Opportunity Mars rovers. W 2004 NASA roku otrzymała nagrodę Software of the Year Award za swoją pracę. Obecnie wykłada przedmioty informatyczne i komputerowe na Northeastern University w Bostonie. Projekt rozwoju ATHLETE finansowała National Science Foundation.

Już niedługo prowadzenie operacji na bijącym sercu mogą stać się o wiele prostsze. Wszystko dzięki robotycznemu ramieniu dostosowującemu swoją pozycję do ruchów najważniejszego mięśnia organizmu. Autorami wynalazku są inżynierowie z Laboratorium Informatyki, Robotyki i Mikroelektroniki w Montpellier: Rogério Richa, Philippe Poignet oraz Chao Liu. Opracowane przez nich urządzenie analizuje w czasie rzeczywistym ruchy bijącego serca oraz poruszających się płuc, a następnie - na podstawie zebranych informacji - tworzy matematyczny model pozwalający na przewidywanie kolejnych skurczów i rozkurczów związanych z pompowaniem krwi oraz wdechami i wydechami. Wyniki obliczeń są przekazywane do robotycznego ramienia trzymającego narzędzia chirurgiczne. Na podstawie otrzymanych informacji urządzenie porusza się w sposób pozwalający na dostosowanie własnej pozycji do ruchów organów. Umożliwia to utrzymanie stałej odległości np. od ściśle określonego punktu na ścianie serca. Dla chirurga prowadzącego operację korzyść z zastosowania tego wynalazku jest oczywista. Dzięki automatycznej regulacji położenia robotycznego ramienia lekarz może zachowywać się tak, jakby pracował na nieruchomym organie. Znacząco zwiększa to bezpieczeństwo zabiegu i ogranicza ryzyko popełnienia błędu. Dodatkową zaletą jest możliwość uniknięcia procedury zatrzymania lub osłabienia krążenia, które często bywa konieczna podczas typowych operacji na otwartym sercu. Data rynkowej premiery urządzenia nie została podana nawet w przybliżeniu. Można się jednak spodziewać, że jeżeli znajdzie się inwestor skłonny do sfinansowania dalszych badań nad jego rozwojem, robotyczne ramię może pojawić się na salach operacyjnych już za kilka lat.

Naukowcy z południowokoreańskiego uniwersytetu Inha udowodnili, że celuloza – główny składnik papieru – zgina się w odpowiedzi na impulsy elektryczne. W porównaniu z innymi reagującymi w ten sposób materiałami, celuloza jest tania, lekka i wymaga przyłożenia niższych napięć. Koreańczycy współpracują teraz z NASA nad opracowaniem robotów rozmiarów owada, które poruszałyby się za pomocą celulozowych skrzydeł, a zasilane miałyby być bezprzewodowo. Takie urządzenia znalazłyby zastosowanie w miejscach, które dla człowieka są niebezpieczne. Mogłyby też badać szkodliwe gazy czy badać z góry powierzchnię Marsa. Zespół pod kierunkiem profesora Jaehwana Kima stworzył reagującą na prąd celulozę formując papierową pulpę w arkusze i pokrywając je cienką warstwą złota. Niektóre fragmenty arkuszy mają bardzo regularną budowę, inne pozostawiono nieregularne na kształt makaronu. Ruch jonów oraz ruch włókien celulozy, powoduje, że materiał odpowiada na sygnały elektryczne. Za jej wyginanie się odpowiadają obszary uporządkowane, natomiast te nieuporządkowane pozwalają jonom na ruch bardziej chaotyczny i deformowanie papieru. Koreański wynalazek należy do nowej klasy materiałów piezoelektrycznych (czyli odpowiadających na działanie prądu), jest tzw. polimerem elektroaktywnym. Naukowcy wiążą z nimi spore nadzieje sądząc, że w przyszłości pozwolą one na stworzenie sztucznych mięśni, czujników substancji chemicznych, wyświetlaczy, baterii czy ruchomych części robotow. Song Choi, naukowiec z NASA Langley Research Center zauważa, że olbrzymim plusem elektrycznie aktywnego papieru jest jego mały ciężar i bardzo dobra reakcja na niskie napięcia w porównaniu z innymi elektroaktywnymi polimerami. Przyłożenie niskiego napięcia do nowego materiału powoduje, że pasek o długości 30 milimetrów przemieszcza się o 4,2 milimetra. Moc pola elektrycznego koniecznego do wymuszenia na papierze jego maksymalnego ruchu jest o jeden do dwóch rzędów wielkości mniejsza, od mocy koniecznej do poruszenia innych elektroaktywnych polimerów. Odpowiedź papieru jest ponadto bardzo szybka. Potrafi on wygiąć się i powrócić do swojej poprzedniej pozycji w ciągu 0,06 sekundy. Dla NASA papierowe roboty są szansą na obniżenie kosztów długich misji międzyplanetarnych. Nie wiadomo jednak, czy przetrwałyby one warunki panujące np. nad powierzchnią marsa. Jednym z minusów celulozy jest fakt, że papierowe skrzydła czy muskuły nie odznaczają się zbyt dużą siłą, a ta jest potrzebna do zastosowania w robotyce. Dlatego też już trwają prace nad jej wzmocnieniem. We współpracy z Kimem prowadzi je profesor Zoubeida Ounaies z Texas A&M University. Naukowcy planują dodać do celulozy węglowe nanorurki.