Robotar på lek och allvar

Robotutvecklingen tar olika vägar i USA, Japan och Europa.

Teknik

Text Patrik Hadenius

Publicerad 2006-01-01

Vad gör du om du blir jagad av en vilt skjutande robot? Kanske försöker du gömma dig, eftersom den säkert ser ganska dåligt. Kanske försöker du springa ifrån den, eftersom den säkert rör sig ganska långsamt. Kanske försöker du lura den, eftersom den säkert är ganska dum.

Men det finns ett ännu bättre förslag. Frågar du fil.dr Martin Nilsson, robotforskare vid SICS (Swedish Institute for Computer Science), säger han helt enkelt:

– Trötta ut den! Skälet till att detta är så effektivt är att en rörlig robots största svaghet enligt Martin Nilsson inte är dess syn, intelligens eller rörelseförmåga, utan energiförsörjningen.

Motorer, sensorer och datorer kräver mycket ström. Om roboten som jagar dig inte släpar tunga batterier eller ett bullrande elkraftverk är det troligt att den snart behöver stanna och laddas.

Det kan verka vara ett osannolikt scenario att du bli jagad av en robot, men faktum är att stridande robotar används redan i dag. Inte bara kryssningsmissiler och spionrobotar, utan också stridande självgående maskiner på larvfötter. Och av världens ledande robotforskare ägnar sig många åt just militärfinansierad forskning i syfte att utveckla tåliga, smarta, stridande enheter.

Främst är det i USA denna forskning bedrivs, och den har intensifierats sedan terrordåden den 11 september 2001 och krigen i Afghanistan och Irak. Forskningen drivs av en önskan att minska andelen utsatta soldater och ersätta dem med automatik och maskiner.

21 mil robottävling

Ett tydligt exempel på denna inriktning är robottävlingen Grand Challenge, där en omgång nyligen avslutats. I tävlingen ska obemannade bilar utan fjärrstyrning klara att köra en komplicerad bana på 21 mil med många svåra hinder. Bakom evenemanget står det amerikanska försvarets forskningsorgan, Darpa. Det uttalade målet är att utveckla självständiga stridsvagnar.

När tävlingen hölls första gången år 2003 lyckades inget av de femton deltagande lagen klara hela sträckan från start till mål inom utsatt tid. Andra gången, i höstas, lyckades fyra lag klara utmaningen. Snabbast var Stanford Universitys ombyggda terränggående Volkswagen, som klarade sträckan på knappt sju timmar. Prissumman var 15 miljoner kronor.

Grand Challenge är en öppen tävling. Men på den punkten är den ett undantag. Enligt Martin Nilsson har det på senare år skett en märkbar minskning av grundforskningen inom robotområdet, och robotforskarna ägnar sig i stället mer åt tillämpad och ofta hemlig utveckling.

När amerikanerna väljer att ordna en stridsvagnstävling, visar japanerna upp ett annat ansikte: en knallgul Barbapapaliknande lekkamrat kallad Wakamaru. Till skillnad från amerikaner och européer har japaner i allmänhet en positiv inställning till sällskapsrobotar, och de vill gärna ha dem som sällskap.

Godhjärtade robotar

I japansk populärkultur är robotar goda. I mangaserien Tetsuwan Atomu (på engelska Astro Boy) är huvudpersonen en godhjärtad robot med superkrafter. I Hollywoodfilmerna är robotar i stället oftast krigande och onda.

Wakamaru är det senaste tillskottet i den japanska traditionen av snälla robotar. Den kan visserligen varken städa eller klippa gräset, men den rullar fredligt runt och håller sina värdar på gott humör. Tillverkaren påstår att den kan vakta huset genom att upptäcka om det sker något onormalt, och den kan påminna om saker man glömt att göra.

Den gula roboten har en kamera med runt-om-sikt, 360 grader. Wakamaru kan därmed alltid avgöra i vilket rum den befinner sig. Den har ett ordförråd på 10 000 ord. Och den kan känna igen och skilja på tio olika personer. De första hundratalet exemplar lämnade fabriken så nyligen som i december 2005 och är trots priset, motsvarande 100 000 kronor, sedan länge slutsålda.

År 1999 började den första mer avancerade konsumentroboten säljas i Japan. Robothunden Aibo lär ha varit avsedd mest som en marknadsföringsgimmick, och den stora efterfrågan överraskade den japanska tillverkaren. Den första serien på 5 000 hundar sålde slut omedelbart, trots att priset var över 20 000 kronor. Aibo har sedan dess fått flera efterföljare i hundgenren. Ett särskilt programmeringsspråk för hundrobotar har utvecklats, och det går att förse hunden med nya instruktioner och egenskaper genom små rosa minnesstickor.

Gående experiment

Aibos tillverkare arbetar sedan en tid också med den vandrande humanoiden Qrio. Den är inte tänkt att säljas, utan ska främst användas för forskning, vilket är fallet för samtliga människoliknande robotar som hittills har utvecklats. Flera stora japanska industriföretag – som Sony, Honda, Toyota och Kawada – liksom flera japanska universitet har utvecklat egna humanoider. Frågan är dock om gående robotar kan användas till något annat än marknadsföring och forskning.

– De kommer nog inte att användas enbart för olika experiment, utan blir med stor säkerhet till praktisk nytta, säger Lars Asplund, professor i datavetenskap vid Mälardalens högskola.

Han ger ett exempel där en robot ska handla i butiken runt hörnet.

– Vilken är den mest optimala formen för en robot, om den ska serva en person som bor två trappor upp utan hiss, och den får uppdraget att köpa ett paket flingor som står på översta hyllan i butiken och en liter mjölk som står i en back bakom en glasdörr?

För kort för mjölken

Qrio kan visserligen gå i trappor, dansa och spela fotboll. Men den är lite för kort (60 centimeter) för att handla i en affär. Humanoiden Promet är 154 centimeter hög och kan också gå i trappor, och kanske är den mer lämpad att klara Lars Asplunds uppgift. I båda dessa robotar, och i de flesta andra humanoider, sitter det gyron, motorer och sensorer som gör att de kan gå. Men till skillnad från människor håller de balansen främst med hjälp av sina stora fötter.

Något motsvarande kan den cyklande roboten Murataseisaku-kun inte förlita sig på. Med hjälp av gyron och sensorer kan den cykla nästan 1 meter i sekunden. Exakt vad den ska hjälpa till med, mer än marknadsföring, är dock oklart.

Raka motsatsen till de japanska humanoiderna är de europeiska robotarna. De allra flesta robotar som utvecklas, tillverkas och används i Europa är industrirobotar. De är knappast ute och cyklar, utan står väl förankrade bakom rejält tilltagna säkerhetsstaket. De utför i förväg väl definierade arbetsuppgifter med hög precision och jämn kvalitet. Visserligen finns det några gräsklippande och dammsugande robotar, men de är långt ifrån pratglada. Européer tycks vilja ha en robot som löser en bestämd uppgift: klippa gräset, måla väggen, transportera folk eller allra helst lyfta, svetsa och fräsa på en stor fabrik.

Hittills har industrirobotarna funnit sin plats på riktigt stora företag. Det är till viss del en prisfråga, men det handlar också om utrymme. Nu hoppas forskare och utvecklare att även små och medelstora företag i högre utsträckning ska använda robotar. Men om detta ska bli verklighet måste de ta mindre plats och integreras bättre med människor.

Lättare robotar

För att göra robotar snabba och exakta är de ofta tunga. För att med stor noggrannhet kunna styra armen till rätt position måste konstruktionen vara styv, och det bidrar också till att den blir tung. Men genom att använda nya material och mer avancerade mekanismer kan man tillverka lättare robotar med samma styvhet.

Troligen kommer vi snart att få se fler robotar med så kallade parallella mekanismer. En buss med dörrar som viker sig när de öppnas är exempel på en parallell mekanism. Genom att dela upp dörrens mekanism i flera parallellt arbetande länkar blir den stabilare. Samma konstruktionsprincip kan man använda för robotar.

Under lång tid har man också funderat på att släppa på kravet på styvhet. Helt enkelt bygga svajigare robotar. Med kameror, avståndsmätare och andra sensorer kan man styra armen rätt ändå.

– Noggrannheten får man då inte mekaniskt, säger Henrik Christensen, professor i robotik vid Kungliga Tekniska högskolan, KTH.

Han tror att tiden nu är inne för att pröva en mer sensorstyrd robot. Det är helt enkelt enda vägen för att nå målet att bygga en robot som inte väger mer än den kan lyfta.

Militärrobotar i USA, servicerobotar i Japan och industrirobotar i Europa.

Men det är inte hela sanningen. Också Japan är framstående när det gäller industrirobotar, men till skillnad från Europa – som till viss del köper robotar från Japan – köper japanska industriföretag inga robotar tillverkade i Europa. Asien är inte heller bara Japan. I Sydkorea har man pekat ut robotar som ett av de tio högst prioriterade forsknings- och utvecklingsområdena. Landet satsar en miljard kronor per år på robotforskning.

Säkerhetsrobotar i Europa

Och även i Europa utvecklar man i allt högre grad militära robotar. Eller säkerhetsrobotar som det oftare heter. Liksom i USA har utvecklingen politiska drivkrafter. År 2008 ska den första internationella EU-styrkan stå klar, och förhoppningen är att med hjälp av robotar minska utsattheten för soldaterna. Redan i dag skickar polisen givetvis fram en robot om man misstänker en bomb.

För att samla europeisk robotforskning och industri bildades nyligen en intressentgrupp, European technology platform in robotics (Europ), där de viktigaste europiska robotföretagen ingår. Sverige representeras av ABB och Saab. Här identifierar man alla tre huvudriktningarna för robotutvecklingen som viktiga. Kanske kan denna grupp hålla den ökande konkurrensen från Japan och Sydkorea stången.

På ett område tycks dock Japan ohotat. Det gäller de mer lekfulla servicerobotarna.

– I Europa fnyser industrifolk fortfarande åt humanoider, säger Martin Nilsson, som doktorerade i datateknik i Japan och väl känner skillnaderna mellan de olika kulturerna.

I Japan har man insett att det går att tjäna pengar på underhållningsrobotar, och då är de inte att förakta.

Var är bärplockarna?

Säkerheten runt en industrirobot är rigorös. De skyddas normalt av staket eller glas och har särskilda brytare på alla dörrar så att roboten automatiskt stannar om någon skulle gå in på dess område. Det finns nyare installationer där man använder ljusbommar och ljusridåer för att känna av om någon kommer för nära roboten. Med sådana beröringsfria skydd blir installationen i de flesta fall både snabbare och flexiblare. När roboten inte arbetar syns inte heller staketet.

Ett annat sätt att minska säkerhetsåtgärderna är att klä robotarmen i en mjuk madrass med beröringssensorer. Om armen krockar med något stannar den omedelbart. En sådan robot skulle kunna stå sida vid sida med människor.

Ett annat exempel är den självgående skogsmaskinen som IFOR (intelligenta fordon off-road) vid Umeå universitet arbetar med. Den ska kunna köra mellan avverkningsplatsen och uppsamlingsplatsen helt av sig själv. Hinder på vägen klarar den av genom att en människa kör maskinen en gång. På så sätt lär sig maskinen att undvika alla fasta hinder.

I princip liknar uppdraget de halvautomatiska lastmaskinerna i järnmalmsgruvan i Kiruna (se Den trådlösa gruvan, F&F 5/05). Dessa lossar nysprängd malm nästan helt själva. I gruvan stänger man av hela gruvgången där lastmaskinen arbetar. Där har man dessutom mätt upp gången exakt och satt ut markörer som lastmaskinen kan följa.

Skillnaden mot gruvan är förstås att skogen är en föränderlig och svårkontrollerbar plats. I skogen använder sig den självgående maskinen av två GPS-mottagare. Den ena hittar positionen på centimetern när, den andra ger riktning och fart. Man har kommit så långt att skogsmaskinen kan köra helt själv. Nu brottas man med problemen att upptäcka verkliga hinder och att bortse från sådant som inte är hinder. Maskinen ser till exempel med hjälp av sina sensorer träd, stenar och stående människor. Men också en uppförsbacke kan se ut som ett hinder fastän det inte är det, och kommer roboten alls att se eller väja för en hukande bärplockare?

Landslaget är från Västerås

De internationella fotbollsmästerskapen för robotar, Robocup, är en utmaning för robotforskare med det uttalade målet att ett lag med robotar ska slå de mänskliga världsmästarna år 2047. De första tävlingarna arrangerades 1997 i Nagoya, Japan. År 1999 hölls världsmästerskapen i Stockholm.

Sommaren 2005 hölls Robocup i Osaka, Japan, och då deltog ett svenskt lag från Mälardalens högskola. Med en vinst och fyra förluster i klassen medelstora robotar tog sig laget tyvärr inte vidare till slutspel.

– Vår svaghet var positioneringen, berättar Peter Wallin, student i robotik och projektledare för Team Aros.

Under ledning av professor Lars Asplund arbetar studenterna nu med ett nytt positioneringssystem som bygger på fyra kameror som sitter på ett roterande huvud. I sommar är det dags igen, då i Tyskland i samband med riktiga fotbolls-VM. Team Aros är anmält att delta, och förhoppningsvis kan robotarna orientera sig bättre då.

Det lär nämligen behövas. Varje år ändras reglerna så att det ska bli lite svårare för robotarna. I sommarens tävling kommer till exempel målen inte att ha olika färg; robotarna måste själva hålla reda på vilket mål som är motståndarnas.

En av de mer spektakulära klasserna i robot-VM är den där fyrbenta hundliknande robotar spelar mot varandra. En annan är när humanoider, människoliknande robotar, spelar.

Tröttsamt att köra robot

Södertörns brandstation i Södertälje är landets enda station som är utrustad med en robot. Den används för att vid brand hitta och flytta på gasflaskor. En liknande robot används av polisen när man ska flytta en misstänkt bomb.

Robotarna är fjärrstyrda. Föraren sitter på säkert avstånd och styr robotens rörelser och armar med hjälp av en videobild. Det är ett svårt och tröttande arbete. Det krävs till exempel många olika handgrepp för att röra robotarmen på ett önskat sätt.

Idealet vore en robot som själv kunde leta reda på gasflaskorna eller bomben och flytta dem, men en sådan maskin är långt borta.

Vid Centre for autonomous systems (CAS) på KTH koncentrerar sig forskarna därför på att göra en mer lättstyrd, halvautomatisk robot. Operatören ska få bättre känsla för hur omgivningen ser ut, så att han eller hon kan styra roboten effektivt. Genom att använda modern styrteknik kan man manövrera armen med en datormus, vilket är naturligt för användaren.