Uudet apulaiset osaavat vaikka kaataa isännälle olutta.

Perinteisesti robotteja käytetään ikäviin töihin, joissa ihminen ei ole vahvimmillaan. Englanniksi niitä on kutsuttu kolmen D:n töiksi: dirty eli likainen, dull eli tylsä ja dangerous eli vaarallinen.

Viime aikoina robotiikkaa ja automaatiota on alettu soveltaa yhä useammassa paikassa. Robotti on kirurgin apuna leikkauksessa. Automatisoiduissa varastoissa ja maanalaisissa kaivoksissa työt tekee robotti. Sodassa omin nokin lentävät lennokit tiedustelevat ja pommittavat. Robotit myös purkavat pommeja. Avaruudessa robotit tutkivat Marsia ja korjaavat Kansainvälistä avaruusasemaa.

Vaarallinen teollisuusrobo

Teollisuudessa robotit ovat olleet käytössä 1960-luvulta asti. Ne kokoavat nopeasti ja tarkasti esimerkiksi autoja tai elektroniikan piirilevyjä. Ne tekevät työtä, johon ihminen on aivan liian hidas tai epätarkka. Nyt teollisuusroboteissa on meneillään muutos, sillä robotit halutaan saada työskentelemään entistä enemmän ihmisten kanssa.

Yli-inhimillisellä nopeudella ja tarkkuudella työskentelevä teollisuusrobotti on vaarallinen lähellä olevalle ihmiselle. Tehtaissa robotit ja ihmiset erotetaankin toisistaan turvallisuussyistä. Yhdysvaltalainen robottiyhtiö Rethink Robots on kehittänyt uudenlaisen Baxter-teollisuusrobotin, joka on kevytrakenteinen ja hidas. Se ei vahingoita eläviä olentoja vaan pysähtyy, jos siihen osuu jotakin. Se ei myöskään ole yhtä tarkka kuin vanhat teollisuusrobotit, mutta sopii suurpiirteisiin töihin, kuten pakkaamiseen.

Yhtiön perustaja Rodney Brooks on robottialan pioneeri. Hän työskenteli aiemmin Massachusettsin teknisen yliopiston MIT:n robotiikan professorina. Hän on perustanut myös iRobot-yhtiön, joka on kehittänyt miljoonia kappaleita myyneen Roomba-imurirobotin sekä armeijan ja poliisien käyttämän PackBot-tiedustelurobotin. Nyt hän siirtää niin sanotusta palvelurobotiikasta ominaisuuksia teollisuusrobotiikkaan.

Baxter oppii mallista

Alan suurin haaste on ohjelmointi. Miten koneet saadaan tekemään haluttuja asioita? Baxterin toinen ihmisystävällinen piirre on helppo ohjelmoitavuus.

Tarttumalla robotin ranteeseen ihminen voi näyttää, mitä hän haluaa robotin tekevän. Laatikon pakkaus onnistuu niin, että robotille näytetään, mikä esine sen halutaan noukkivan. Sitten käsi viedään haluttuun paikkaan. Näin laitteelle kerrotaan, mihin tavara pitää pudottaa. Baxter kuittaa ohjauksen nyökkäyksellä, tallentaa liikeradan muistiinsa ja alkaa käskystä toistaa opetettua tehtävää.

Ihmiselle kädestä pitäen näyttäminen on huomattavasti intuitiivisempi tapa opettaa kuin ohjelmakoodin kirjoittaminen. Baxterin ohjelmointiin ei tarvita kalliita erikoisosaajia, vaan sen voi kouluttaa kuka tahansa.

– Robotit pystyvät työskentelemään ihmisten kanssa ja oppimaan heiltä. Se on murros, joka robotiikassa on tapahtumassa, sanoo professori Ville Kyrki Aalto-yliopiston automaatio- ja systeemitekniikan laitoksesta.

Baxterin tapaisia robotteja kehittävät myös ruotsalais-sveitsiläinen teollisuusjätti ABB ja tanskalainen Universal Robots. Joustavien ja oppivien robottien tehtävänä voi olla vaikka kansien kiinnitys purkkeihin tai viallisten kappaleiden poistaminen tuotantolinjalta. Niitä voidaan hankkia pienissä erissä ja käyttää erilaisiin tehtäviin.

Rodney Brooksin ajatuksena on tuoda robotit pieniin ja keskisuuriin yrityksiin samalla tavalla kuin henkilökohtainen tietokone tuli aikoinaan suurten keskustietokoneiden tilalle. Se on mahdollista hinnankin puolesta. Baxter maksaa 22 000 dollaria, kun nykyisillä teollisuusroboteilla on hintaa satojatuhansia.

Kotityö on vaikeaa

Ihmisten koteihin robotit ovat tulleet hitaasti. Hyödyllisimmillään robotti imuroi talon tai leikkaa nurmikon. Koti on monimutkaisuudessaan haastava ympäristö.

– Nykytekniikalla on mahdollista tehdä robotti, joka tyhjentää astianpesukoneen, mutta se ei tyhjennä mitä tahansa astianpesukonetta vaan juuri sen tietyn, Kyrki sanoo. Robotin pitää pystyä yleistämään toimintamalliaan uuteen ympäristöön, jonka se havaitsee antureillaan. Tulevaisuudessa ne pystyvät siihenkin.

Robotit kehittyvät myös ennakoiviksi. Yhdysvalloissa Cornellin yliopistossa on luotu robotti, joka ymmärtää, mitä ihminen on tekemässä. Se näkee pelikonsoleista tutun kinect-tekniikan avulla ja laskee ihmisten liikkeiden perusteella, mitä seuraavaksi todennäköisesti tapahtuu. Kun robotti huomaa ihmisen nostavan kattilan pöydästä ja menevän kohti jääkaappia, se kiiruhtaa avaaman jääkaapin oven. Se osaa myös kaataa isännälle olutta, kun tämä laskee lasinsa pöydälle.

Tulevaisuudessa robottien on pystyttävä työskentelemään yhdessä toistensa kanssa. Jos toinen siivoaa ja toinen järjestää tavaroita, tehtävät on koordinoitava järkevästi.

– Meillä on meneillään tutkimushanke, jossa robotit sopivat, kuinka yhdessä toimivat monimutkaisen tavoitteen saavuttamiseksi, Kyrki kertoo.

Automaattinen auto tulee pian

Seuraavaksi robottien apua voidaan kuitenkin odottaa autoihin. Moni autonvalmistaja kehittää itsekseen ajavaa menopeliä. Googlen mukaan sen autoilla on ajettu jo 800 000 kilometriä ilman kuskia ja kolareita.

Nykyautoissakin on paljon itsenäisiä ominaisuuksia. Autot osaavat pysäköidä itse. Ne pystyvät tunnistamaan, ovatko ne kulkeutumassa ulos ajoradalta. Tarpeen tullen auton vakionopeussäädin pitää turvaväliä edellä olevaan autoon. Hätätilanteessa auto jarruttaa.

Missä vaiheessa auto kasvaa niin itsenäiseksi, että voidaan puhua robotista?

– Robotissa yhdistyy kolme tekniikkaa eli mittaus, tietojenkäsittely ja liikkeet, sanoo professori Kyrki. – Jos yksi otetaan pois, kyse ei ole robotista vaan esimerkiksi kauko-ohjauksisesta laitteesta tai mittauslaitteesta. Kun auto mittaa ympäristöään ja päättää liikkumisestaan mittaustulostensa mukaan, se on robotti.

Testiautoissa ihminen istuu kyydissä valmiina tarttumaan ohjaimiin, jos jokin menee pieleen. Muuten robotti hoitaa ajamisen. Pian on edessä aika, jolloin robottiautot ajelevat tiellä ilman apukuskeja.

Jukka Lehtinen on vapaa toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 7/2013

Kärpänen kertoo olennaisen

Kaksi puolentoista senttimetrin siipeä räpyttelee vinhasti. Robottihyönteinen lentää matalalla lattian yllä, kunnes muksahtaa maahan.

Harvardin yliopiston robottilaboratorio on ottanut laitteeseen mallia kärpäsestä. Yli kymmenen vuoden työllä se on saatu nousemaan ilmaan, lentämään paikallaan ja liikkumaan ohjauksessa.

Tulevaisuudessa robottihyönteiset voisivat tutkia vaikeasti saavutettavia paikkoja tai jopa pölyttää hedelmäpuita. Vielä vuosiin ne eivät pääse vapaasti kukkaniityille, sillä lentomatkaa rajoittaa jalkaan kiinnitetty virtajohto. Siivet ovat pietsosähköistä ainetta, joka supistuu kun siihen johdetaan sähköä. Runko on hiilikuitua.

Konehyönteiseen tiivistyvät robottien kehitystyön olennaiset vaatimukset. Siihen tarvitaan usean tieteenalan yhteistyötä. Hankkeessa on mukana biologeja, materiaalitutkijoita ja elektroniikkainsinöörejä. Mittauslaitteet, anturit, kamerat ja langaton viestintä auttavat ötökkää eteenpäin. Pullonkaulana ovat akkujen kesto ja teho.