211service.com
Gør plads til robotter
At ændre vores miljø på små, enkle måder vil hjælpe robotter til at samarbejde mere effektivt (og sikkert) med mennesker.
23. februar 2021
Jack Snelling
AI, der fører til færre bilulykker og mindre trafikpropper. Personlige forstærkningssystemer, der hjælper folk med at trives, når de bliver ældre. Robotbetjente, der gør skadestuerne sikrere og mere effektive. I deres nye bog, Hvad kan du forvente, når du venter robotter , Laura Major, SM ’05, og Julie Shah ’04, SM ’06, PhD ’11, forestiller sig sådanne Jetson-lignende fordele ved menneske-robot-samarbejde.
Folk synes at være bekymrede for, om robotter en dag vil gøre os forældede — om de vil blive klogere, hurtigere, bedre end deres menneskelige skabere. Men virkeligheden er, at robotter og mennesker nok altid vil være gode til forskellige ting, skriver de. Det er muligt, at nogle af vores mest genstridige samfundsproblemer kunne løses bedre af den form for samarbejde, vi forestiller os.
Major og Shah er velegnede til at udforske fremtiden for menneske-robot-samarbejde: Major er CTO for Motional, et selvstændigt kørende joint venture mellem Hyundai og Aptiv, og Shah, en lektor i aero-astro, fokuserer på industriel menneske-robot samarbejde som direktør for MIT's Interactive Robotics Lab. Dette uddrag fra deres bog undersøger, hvordan vi kan justere miljøet på små måder for at gøre robotter til effektive samarbejdspartnere.
Laura Major, SM ’05
Julie Shah, ’04, SM ’06, PhD ’11
DENNIS KWAN
Det er slut på dagen på en fredag, og du nåede ikke til indkøbscenteret for at hente tjenester til dit barns fødselsdagsfest i weekenden. Så du logger på Amazon for at se, hvad der er tilgængeligt til levering næste dag. Ud over fordelene finder du pærer til at erstatte den udbrændte pære i din bordlampe, og får øje på en ny bog, som du beslutter dig for at gå efter. Du klikker på Placer min ordre, og kort tid senere suser robotter i Amazons opfyldelseslagre afsted for at sikre, at de bliver leveret til dig til tiden.
Lageret er fyldt med små, flade robotter, der svirrer under hylderne fyldt med alt fra blendere til uldfrakker til bordsave. Når din ordre står i kø, får robotter i nærheden af hylderne med dine produkter besked. De glider under de nødvendige hylder, løfter dem og lyner gennem lageret, stopper og starter, bevæger sig til venstre og højre, danser rundt om alle de andre robotter, der også bevæger sig gennem lageret. Det er et virkelig smukt syn.
Du kan dog blive overrasket over at lære, at disse robotter for det meste er blinde. Udstyret med nogle få sensorer navigerer de i deres verden ved at se direkte ned på papir, der er tapet på gulvet af menneskelige arbejdere. Lageret er ét stort gitter med et unikt papirmønster tapet til gulvet i hver gitterfirkant. Robotterne sporer simpelthen rækkefølgen af papirmønstre, de passerer, for at bekræfte deres placering. Når et af stykkerne papir rives op af robotternes hjul, sætter en person robotterne på pause for at gå ind i rummet og gentage papiret til jorden. Amazon har 175 opfyldelsescentre rundt om i verden, og disse robotter kører i øjeblikket rundt i 26 af dem og arbejder sammen med mennesker for at udfylde dine ordrer.
Dette kan lyde som en hacky løsning, udviklet af en startup for at få robotterne ud af døren. Men Amazon, en af de mest succesrige virksomheder på jorden, vælger stadig at tape papir til gulvet. Hvorfor? Robotter med færre sensorer er billigere - og mindre tilbøjelige til at fejle. Robotter er meget mere pålidelige, hvis du programmerer dem til at følge et mønster af papirer på jorden, end hvis du prøver at få dem til at observere verden omkring dem, opdage forhindringer, planlægge en sti rundt om forhindringerne og derefter fortsætte med at lede efter deres destination . Nogle gange er det enkle bedst.
Vores samfund er i øjeblikket ikke bygget til at håndtere behovene hos uafhængige robotter, og det er ikke klart, at vi blot kan lave robotter, der kun har brug for det, vores infrastruktur tilbyder i øjeblikket.
Mens ting som trafiklys, hastighedsbegrænsningsskilte, orange kegler, mellemstatslige påkørselsramper og fodgængergange hjælper mennesker med at koordinere fører- og fodgængeraktiviteter sikkert og effektivt, vil robotter have brug for endnu mere struktur og støtte fra miljøet. Deres sansesystemer optager masser af data om verden omkring dem, men de er ikke så gode, som vi er, til at udlede mening fra det.
Den gode nyhed er, at vi kan ændre vores miljø på små, enkle måder, der vil gøre verden meget lettere for robotter – og sikrere for os. Luftfart er et godt eksempel.
At lære af de venlige himmelstrøg
Den gennemsnitlige flypassager er nok ikke klar over, at flyene flyver i baner efter et virtuelt spor af brødkrummer designet omkring et netværk af faste jordfyr, der revolutionerede luftfartssikkerheden. Disse navigationshjælpemidler hjælper piloten og flyvelederne med at spore flyets placering og har været i brug siden længe før GPS eksisterede. Luftrummet er også blevet opdelt i forskellige flyveniveauer og spor, der fungerer som baner på en motorvej, bortset fra at disse baner er meget brede (og høje) for at imødekomme flyets høje hastighed, potentielle fejl i placeringsestimater og andre faktorer, som f.eks. vågnehvirvler skabt af hvert fly. I dag er de lodrette baner adskilt fra hinanden med 1.000 fod. Disse baner på himlen minimerer potentialet for, at fly krydser hinandens veje uventet og kolliderer. De forenkler også procedurerne for styring af lufttrafikken. Hvis f.eks. to fly er på kollisionskurs, i stedet for at forsøge at beregne nøjagtigt, hvornår hver enkelt vil ankomme til kollisionspunktet, eller anbefale en let manøvre til en af piloterne for at forhindre kollisionen, beder flyveledere typisk én om at klatre 1.000 fod – og så kommer de to fly med garanti ikke tæt på hinanden, for de er i hver sin bane.
At strukturere luftrummet på denne måde har haft en enorm indflydelse på effektiviteten og sikkerheden af lufttransport, fordi det giver klare regler, der regulerer adfærden for ethvert fly på himlen.
Ud over at overveje, hvordan luftrummet deles sikkert, tilbyder luftfartsnavigationens historie andre lektioner for at lære at arbejde effektivt med robotter. Fra luftfartens tidligste dage skulle flyvemaskiner koordineres omhyggeligt. I begyndelsen brugte vi simpelthen bål for enden af landingsbanerne om natten, og piloter ledte efter det flammende lys for at finde, hvor de skulle lande. Dernæst blev beacons installeret, og fly kunne bruge radionavigation til at finde landingsbanen selv på en overskyet dag. Sendere udsender et moduleret signal, som modtages på flyet. Senderens position beregnes ved hjælp af flyvetid mellem modtagne signaler, og disse data bruges til at bestemme flyets position. Til at begynde med blev dette beregnet i hånden; nu er det automatiseret og ekstremt robust. Anden Verdenskrig bragte os radarovervågning, hvilket gjorde det muligt for flyveledere at spore fly uden at være afhængige af sendere, især i overbelastede luftrum såsom området omkring lufthavne.
Men den virkelige revolution inden for lufttrafik kom i 1956 efter sammenstødet mellem to fly over Grand Canyon. Flyene opererede i ukontrolleret luftrum, hvor piloter forventes at se og undgå andre fly uden ekstern hjælp. Begge piloter manøvrerede rundt i spredte cumulusskyer for at få et bedre overblik over kløften, og begge kom ind i den samme sky, hvilket gjorde det umuligt for dem at se hinanden. Alle 128 passagerer blev dræbt.
Denne kollision i luften, som fandt sted under fremkomsten af kommerciel luftfart, skabte panik. Luftfartsreglerne på det tidspunkt havde ingen god måde at beskytte fly mod sådanne konflikter på. Løsningen var at centralisere forvaltningen af luftrummet. Den amerikanske kongres bevilgede 250 millioner dollars til at opgradere landets luftvejssystem og oprettede Federal Aviation Administration (FAA), som gav den bred autoritet til at bekæmpe luftfartsfarer. FAA pålagde rigelig adskillelse mellem fly og planlagte superskyways for at forbinde større øst- og vestkystbyer, og udskære luftrummet med separate regler for at lette tunge rejser på tværs af landet.
Vil vi en dag få brug for et så centralt bureau til at skabe regler, udvikle ekstern navigationsstøtte og regulere andre aspekter af robotdrift og kontrol? Eventuelt. Men i det mindste vil industrisamarbejde til at forhandle de delte ressourcer, disse robotter vil bruge - vores veje, fortove, gange og gange - være nøglen.
Arbejder sikkert, side om side
Fabrikker har lært at arbejde med robotter i et par år nu. I dag er bilfabrikker fulde af store, hurtigt bevægelige robotarme, der kun opererer i stærkt kontrollerede miljøer indespærret af bure. De dele, robotterne håndterer, skal placeres præcist - hvis de er malplacerede med blot et par millimeter, stopper hele operationen. Og robotterne kan ikke fornemme folk i nærheden. Hvis nogen skulle komme ind i deres rum, ville det være en betydelig sikkerhedsrisiko.
Sandheden er dog, at relativt lidt arbejde på de fleste fabrikker - selv bilfabrikker - kan struktureres så omhyggeligt for robotter. Et karrosseri kan næsten udelukkende bygges af robotter, men resten af arbejdet – installation af ledninger, sæder og instrumentbrætelementer – udføres stadig næsten udelukkende af mennesker. Dette arbejde kan ikke - og vil ikke - udelukkende udføres af robotter i en overskuelig fremtid, fordi det kræver færdigheder, som robotter endnu ikke har. Men produktionsingeniører indser, at det arbejde, robotter allerede udfører, såsom montering, svejsning og pakning, kan gøres bedre og hurtigere, hvis robotter frigøres fra deres bure for at arbejde sammen med mennesker. I stedet for at forsøge at reproducere en menneskelig arbejders opgaver, kan robotter aktivt hjælpe mennesket – for eksempel ved at aflevere den rigtige del på det helt rigtige tidspunkt – og derved drastisk forbedre linjens produktivitet. Faktisk viser vores undersøgelser og andre, at med tæt samarbejde mellem mennesker og robotter, kan opgaver udføres meget mere effektivt – op til 85 % hurtigere – end når mennesker udfører montageopgaver uden robotassistance.
Vil vi en dag få brug for et centralt agentur som FAA til at skabe regler, udvikle ekstern navigationsstøtte og regulere andre aspekter af robotdrift og kontrol? Eventuelt.
Virksomheder tackler derfor udfordringen med at styre disse komplekse maskiner på en måde, der er sikker for de mennesker, der omgiver dem. Robotsmarten, der kræves for at overvåge menneskers fremskridt og forudse, hvad de har brug for, er langt fra den blinde industrirobot i et bur eller endda fra robotterne i Amazons varehuse, der navigerer ved hjælp af papirmarkører. Fabrikker i dag har brug for teknologi, der giver mulighed for en mere intim dans af mennesker og maskiner, ligesom den moderne komplekse koreografi af fly, der krydser himlen. Og for at få denne teknologi til at fungere, har vi brug for fejlsikre metoder til at sikre, at robotter ikke kan skade deres kolleger.
For nylig har forskere skabt nye, dynamiske måder at markere personligt rum for mennesker og robotter på, og dette muliggør et tæt fysisk samarbejde i fremstillingen uden at bringe arbejderne i fare. I stedet for en statisk afgrænsning af robot og menneskeligt rum er det industrielle miljø udstyret med nye sensorer, der fungerer effektivt som virtuelle hegn.
Hvis en person bevæger sig tæt på en robot og krydser det virtuelle hegn, stopper robotten med det samme. I mere avancerede miljøer bruges sensorer til at skabe dynamiske sikkerhedszoner, hvor afstanden mellem personen og robotten overvåges aktivt. Når personen nærmer sig robotten, bremser robotten, hvilket giver personen tid til at reagere, før robotten stopper helt.
Ligesom fly har forskellige regler for adskillelse i luften, skal industrirobotter overholde de såkaldte hastigheds- og separationsovervågningsstandarder og opretholde specificerede afstande fra mennesker baseret på deres hastighed. Jo hurtigere robotten bevæger sig, jo længere væk skal den holde sig fra mennesker, og når en person nærmer sig robotten, skal den bremse og stoppe. Et af de første systemer af denne art blev installeret på en BMW-fabrik i München i 2017. En menneskelig kollega arbejdede under en tårnhøj orange industrirobot, to til tre gange hans højde, da de sikkert forhandlede fælles fabriksgulvplads til at bygge biler.
Disse enkle kontakter, fra fysiske bure til virtuelle hegn og fra statisk afgrænsning af sikkert rum til dynamisk justering af sikre zoner, gør det lettere for mennesker og robotter at samarbejde om produktionsopgaver, udføre dem mere effektivt eller til en højere standard end enten menneskelig eller robot kunne opnå at arbejde alene.
Færdselsreglerne for at arbejde med robotter behøver ikke at være statiske. De kan tilpasse sig over tid, efterhånden som robotter bliver mere dygtige, og vi bliver vant til dem. Efterhånden som robotter udvikler sig, kan vi frigøre dem fra deres faste baner. Gennem mere dynamisk forhandling af delte ressourcer kan vi tage nogle store spring i retning af at integrere robotter i menneskelige miljøer.
Tilpasset fra Hvad kan du forvente, når du forventer robotter: Fremtiden for menneske-robotsamarbejde, af Laura Major og Julie Shah. ophavsret 2020. Tilgængelig fra Grundlæggende bøger , et aftryk af Hachette Book Group.