Jak dát robotům šikovné nohy

Když Karel Čapek v roce 1923 dal světu ve hře R.U.R první roboty, dal jim v podstatě lidskou podobu. Aby ne, nebyl konstruktérem, ale spisovatelem. Není tak divu, že jeho roboti mluvili, jednali a pohybovali se jako lidé. Čapek se ptal „Co to znamená být člověkem?“, na „Jak postavit dobře fungujícího robota?“

Na Čapkovu otázku si musí odpovědět každá doba a každý z nás po svém. Není na ní jedna dobrá, univerzální odpověď. Na tu druhou – jak by měl vypadat dobře fungující robot – je odpověď výrazně jednodušší. Zní ovšem úplně jinak než v Čapkově hře.

Po dvou ne!

Soustřeďme se na jeden aspekt – pohyb. Na první pohled byste možná řekli, že pohyb po dvou by měl být pro roboty ideální. Vždyť lidé se tak pohybují a má celou řadu výhod. Nejen, že tak mají volné ruce pro práci, ale také patří k nejefektivněji se pohybujícím zvířatům vůbec.

Ve vytrvalosti se nám vyrovná málokdo. V poklusu bychom mohli překonat celou řadu zvířat považovaných za velmi vytrvalé běžce. Špičkoví maratónci se pohybují něco přes dvě hodiny rychlostí necelých 20 kilometrů za hodinu. Velcí psi vydrží přibližně stejnou rychlost (vlastně jim vyhovuje o něco vyšší) jen pár desítek minut a pak přejdou do pomalejšího poklusu. Koně sice cválají rychleji (až 30 km/h), ale také takovou rychlost udrží maximálně pár desítek minut. Gepard sice umí dosáhnout rychlosti až 100 km/h, ale jen na pár stovek metrů. Jinými slovy, jak se prodlužuje trať, měli bychom se v průběžném pořadí posouvat výše a výše.

Lidé mají celou řadu triků, které jím v efektivním pohybu pomáhají (ne všechny museli vzniknout kvůli tomu, jen se prostě časem osvědčily, a tak nám zůstaly). Například Achillova šlacha slouží jako pružina, do které se uskladní část energie z dopadu, zvláště během běhu, a to pak pomůže při dalším odrazu. I takové detaily, jako podoba palců na nohou nám pomáhá efektivně se pohybovat s vynaložením co nejmenšího množství energie. V průběhu evoluce se naše původně chápavé palce totiž postupně zkracovaly, abychom o ně doslova nezakopávali. Dnes nám sice takové prsty nepomohou se udržet na stromě, ale rozhodě se s nimi mnohem lépe kluše.

Pohyb navíc nezatěžuje jen nohy, ale i hlavu. Lidé podceňují to, kolik práce jejich mozek a naše tělo i během prosté chůze odvádí. Nejen, že mozek přijímá z celého těla informace o poloze, jejich okamžité poloze, směru pohybu a tak dále. A pak vydává bez zapojení našeho vědomí celou řadu příkazů, které pohyb neustále korigují.

Co platí pro vzpřímenou chůzi, platí samozřejmě i pro vícero nohou. Pohyb na čtyřech či šesti končetinách je sice některých ohledech jednodušší (například při udržování rovnováhy), ale spočítat a řídit všechny nutné pohyby po pohyb čtyř pacek je také obtížné.

Roboti se tak snažili náš pohyb napodobit marně. Jejich chůze byla dlouho strojená a nepřirozená. Roboti chodili, „jako kdyby měli v kalhotách,“ jak to vystihl odborník na počítačové řízení Jiří Zemánek z ČVUT. V posledních několika letech se stroje v této disciplíně výrazně zlepšily, a jejich pohyb se lidské (či zvířecí) chůzi blíží mnohem více, než se nedávno zdálo možné.

Přesto se většina robotů v nejbližších letech téměř určitě nerozejde. Spíše než chůze se budou věnovat nějaké formě motorismu.

Lepší na kolech

Nejlepší a nejpřirozenější pohyb pro roboty bude v příštích letech na kolech. Je to jen přirozený důsledek toho, jaké bude jejich přirozené prostředí.

Roboti blízké budoucnosti se totiž budou téměř výhradně pohybovat v umělém prostředí lidských budov, továren a výhledově možná i silnic a dálnic. Za prvé proto, že pro jejich „mozky“ je orientace v takových stále relativně jednoduchých a předvídatelných míst s celou řadou pravidel výrazně jednodušší.

Za druhé pak proto, že na dlouhé cesty do divočiny nemají dost energie. Byť se baterie v posledních letech výrazně zlepšují, k dokonalosti mají stále velmi daleko. Pokud za sebou nemají tahat napájecí šňůru či pokud nemají stát na jednom místě (a takových je hodně), jejich dojezd je omezený.

V lidmi vytvořeném světě skladových a továrních hal je nejlepší se pohybovat na kolech. Povrch bývá hladký, kopce žádné nebo poměrně krátké a mírné. A za takových okolností je pohyb na kolech zdaleka nejúčinnější způsob pohybu. Ztrácí se při něm mnohem méně energie než při chůzi.

Při každém kroku se část našeho těla (tedy noha) přestane pohybovat vpřed – musí se zabrzdit. To je ztráta energie. Tělo se při každém kroku zvedne, to je také ztráta energie. Naše paže se rytmicky hýbou a pomáhají nám udržovat rovnováhu – další ztráta. Lidé takto při chůzi ztrácí zhruba třetinu vynaložené energie.

Na rovném a hladkém povrchu je tak chůze podstatně méně efektivní způsob pohybu než pohyb na kolech. Cyklista využívá prakticky veškerou svou sílu k pohybu vpřed: bezúčelně ztratí jen pár jednotek procent své celkové energie. Ten pár setin místo jedné třetiny u chodce.

Stačí samozřejmě vyjet do otevřené přírody a počty se změní. Už jen mírném kopci se sklonem 2-3 % se chůze pohybu po kolech vyrovná. A ve chvíli, kdy se pohybujete do prudkého kopce, je pohyb na kolech mnohem náročnější (při skonu 10 % je zhruba 8krát náročnější). Samozřejmě, po každém kopci následuje sjezd, ve kterém se šlapat nemusí…

Ovšem, jak jsme říkali, roboti se cyklické závody pravidelně vydávat nebudou. Jejich „končetiny“ by to pro nebyly ideální. Hlavní devízou nebude totiž často rychlost, ale třeba obratnost, tedy schopnost šikovně a přesně manévrovat na velmi omezeném prostoru.

Jak by to mohlo vypadat, můžete se podívat na následujícím videu. Je na něm robot MOBY-500 ze Španělska, který má pomáhat třeba v dílnách, továrnách či skladech. Díky konstrukci svého podvozku se dokáže jednoduše pohybovat doslova na pětníku.

Související články

Vložit komentář...