Содержание
Роботы в человеческом обществе / Хабр
Роботы – это автоматизированные машины, которые способны выполнять функции человека при взаимодействии с окружающим миром. О них люди мечтали еще с древних времен, и вот сейчас эти механизмы входят в наше общество с огромной скоростью. Основное их предназначение – сделать нашу жизнь более комфортной, улучшить условия труда, освободить «руки» от сложных рабочих процессов и увеличить производительность.
Роботы чаще всего встречаются в промышленности, где с их помощью удалось полностью автоматизировать большинство производственных задач. Но, кроме того, умные машины все больше задействуются в военной отрасли, медицине, сфере обслуживания и потребительском секторе.
И если ранее они выполняли только повторяющиеся рутинные задачи по программе, то сейчас их уровень достиг новых вершин, позволяя взаимодействовать с нами, общаясь на своем машинном языке, понимать наши жесты и эмоции.
Кроме того, используя специализированные площадки уже сейчас каждый желающий имеет возможность влиять на индустрию, создавать свои программы и добавлять новые функции к роботам. Таким образом, развиваясь от простых вспомогательных механизмов, роботы имеют все шансы влиться в наше общество и стать нашими друзьями.
История развития
Отметим несколько интересных фактов из истории развития роботов. Первые признаки робототехники наблюдались еще с античности, когда люди мечтали о гигантских бронзовых машинах, которые смогли бы помочь им сражаться с врагами и завоевывать новые земли. Есть свидетельства, что прообразами нынешних роботов были механические фигуры, найденные в записках арабского изобретателя Аль-Джазари примерно в 1136 – 1206 годах.
Первым, кто представил чертеж человекоподобного робота, был великий Леонардо да Винчи примерно в 1495 году. Чертеж представлял модель механического рыцаря, который может сидеть, стоять, двигать руками, головой и, возможно, захватывать предметы.
Но так и неизвестно, пытался ли да Винчи воплотить в реальность этот механизм.
В 16-17 веке в Западной Европе инженеры начали конструировать автоматоны — заводные механизмы наподобие человека, которые могли выполнять довольно сложные действия. Самый известный из них – робот «испанский монах», который был изобретен примерно в 1560 году механиком Хуанело Турриано для императора Карла V. Автоматон был около 40 см в высоту, способный ходить, бить себя в грудь рукой, кивать головой и даже преподносить деревянный крест к губам.
Более заметный прогресс в робототехнике наблюдался в 18 веке. К примеру, в 1738 году французский инженер Жак де Вокансон собрал первого в мире андроида, способного играть на флейте.
С 19 века изобретения стали приобретать более практический смысл. В 1898 году известный физик Никола Тесла представил общественности миниатюрное радиоуправляемое судно. Первоначально это изобретение казалось немного причудливым. Но в дальнейшем его идеи стали воплощаться в жизнь и приобрели широкое применение.
1921 год – механизмы, наконец, обрели четкий термин «робот» благодаря чешскому писателю Карлу Чапеку и его пьесе под названием «Россумские Универсальные Роботы». Примечательно, что Чапек назвал этим словом не машины, а живых людей, создаваемых на специальной фабрике. Но термин закрепился в науке и дал жизнь всем автоматизированным устройствам.
В середине 20 века, в частности, в 1950-ых стали разрабатываться механические манипуляторы для взаимодействия с радиоактивными материалами. Эти роботы копировали движения рук человека, находящегося в безопасном месте.
В 1968 году японской компанией Kawasaki Heavy Industries, Ltd был произведен первый промышленный робот. С тех пор Япония начала вовсю стремиться стать мировой столицей робототехники, и ей это удалось. Несмотря на то, что роботы изначально разрабатывались в США, они импортировались в Японию в малых количествах, где инженеры изучали их и применяли в производстве.
Коммерческое распространение роботов началось с 1980-ых годов.
Технический прогресс двигался в направлении совершенствования систем управления. Такие компании как Unimate, Hitachi KUKA, Westinghouse, FANUC развивали системы датчиков для своих роботов, делая их более чувствительными к задачам, которые они выполняют.
В конце 90-ых – начале 2000-ых начался активный рост и развитие отрасли с использованием новых контроллеров, языков программирования, запуска первых роботов в космос и возникновением машин, создающих роботов.
В это время также появились новые человекоподобные роботы, такие как канадский Aiko, имитирующий человеческие чувства (осязание, слух, речь, зрение), ASIMO – гуманоид японской фирмы Honda, робот-собака AIBO, созданная компанией Sony и другие.
- В 2005 году вышел робот-гуманоид RoboThespian британской компании Engineered Arts. Пройдя несколько модификаций, он стал наилучшей платформой для общения и развлечений. В этом же году мир увидел BigDog – боевой четвероногий робот, созданный Boston Dynamics.
- В 2008 году вышел гуманоидный дружелюбный робот NAO, предназначенный для работы в домах, университетах и лабораториях и предлагающий помощь в научных исследованиях и образовании.
- В 2011 году на МКС был отправлен первый робот-космонавт НАСА Robonaut-2.
Последние пять лет наблюдается широкий всплеск робототехники во всех отраслях – от продвинутых манипуляторов до гуманоидов, которые выглядят как живые люди, имеют широкий спектр эмоций и полностью копируют нашу мимику.
Препятствия
Несмотря на всю полезность технологии, роботы пока не используются повсеместно, как это зачастую нам показывают во многих фантастических фильмах. Это связано с рядом факторов. Во-первых, для этого просто не готова наша инфраструктура: дороги, улицы, здания и наши дома. Роботы воспринимают мир иначе и пока неспособны даже отличить стул от стола, чего уж говорить о постоянно меняющихся условиях нашей жизни.
Во-вторых, не готова правовая система государств: использование роботов требует соответствующих законов, чтобы они «мирно» сосуществовали с нами. В конце концов, если не сами роботы, то кто-то другой должен нести ответственность за их действия.
В-третьих, некоторые исследователи утверждают, что нам необходимо опасаться этих механических рабочих, так как с дальнейшим активным развитием искусственного интеллекта они смогут в буквальном смысле поработить нас. Эти опасения слишком сильно сдерживают исследование и распространения робототехники.
Конечно, не стоит отрицать, что есть масса глобальных рисков, которые могут возникнуть при использовании сверхчеловеческого разума, не запрограммированного на безусловную лояльность к человеку. Но будущее пока что в наших руках, и мы в силах его изменить, тем более, что сейчас программирование роботов становится все более открытым и доступным для общественности. Нужно только научиться правильно пользоваться этими возможностями.
Роботы сегодня
Как уже упоминалось, наибольшей отраслью, где используется робототехника, является промышленность, в частности, автомобилестроение. Манипуляторы, работающие на заводах, варьируются от размеров и функциональности в зависимости от типа выполняющей задачи – сборочные, сварочные, режущие, красящие.
Наряду с ними на производстве можно встретить разгрузочно-погрузочных роботов, упаковщиков, сортировщиков, формовщиков и прочие механизмы, заменяющие человека в рутинных повторяющихся задачах. Компаниями-лидерами в промышленной автоматизации являются – KUKA (Германия), Fanuc (Япония), Kawasaki (Япония), ABB (Швейцария), Denso (Япония) и другие.
Наряду с этим новых масштабов приобретает рынок совместных роботов, которые могут работать с людьми на одной производственной линии, не причиняя им вреда. Это манипуляторы компании Universal Robots, а также промышленные роботы нового поколения Baxter и Sawyer от Rethink Robotics.
В последние годы весь мир внимательно следит за разработкой автомобилей с автономным управлением, которые будут перевозить людей без их участия в процессе. Сейчас ближе всего к беспилотным машинам находится служба такси Uber. Но прогресс в разработке технологии регулярно демонстрируют такие производители, как Ford, Mercedes, Toyota, BMW и Tesla.
Роботы также активно используются в сельском хозяйстве.
Зачастую, это радиоуправляемые тракторы и плуги, но все более широкого применения приобретают беспилотные летательные аппараты, которые аграрии используют для картографирования своих угодий и регулярного осмотра культур.
А какие роботы служат в быту? Безусловно, первое место здесь принадлежит роботам-пылесосам, которые стали незаменимыми помощниками по уборке в доме. Лидером среди производителей этих устройств является американская фирма iRobot и её пылесосы Roomba. Последние модели производителя отличаются улучшенной навигацией и сопряжением со смартфоном. Данное дополнение открывает новые возможности для обычных пользователей, которые могут через специальные приложения добавлять роботам больше функций.
Для ухода за газонами служат автоматизированные газонокосилки, которые оснащены массивом датчиков для безопасной езды и стрижки травы на больших площадях. За бассейнами ухаживают небольшие колесные роботы, которые самостоятельно передвигаются по дну водоема, чистят стены, ступени и фильтруют воду.
Кроме того, растущего числа набирают беспилотные летательные аппараты, которые давно перешли от исключительно военного применения к гражданскому. Дроны используются для самых различных задач – от развлечения до наблюдения и профессиональной видеосъемки. Лидерство в этом секторе за китайским производителем DJI. Их последний аппарат Spark считается самым совершенным селфи-дроном, запускаемым и управляемым жестами.
Все большего распространения также приобретают системы умного дома. Если раньше такая «автоматизация» заключалась в хлопанье ладошами чтобы включить свет, то сейчас человеку вообще не нужно ни за чем следить – вся власть в руках электронного управдома, роботизированного центра управления, которому подчинены все домашние устройства от систем безопасности и освещения до кофеварки и стиральной машины.
Более того, пользователь может сам добавлять функции в систему, которые ему нужны. К примеру, ему необходимо настроить работу стиральной машины на время, когда счетчики работают в режиме «ночь», чтобы экономить расходы на электроэнергию.
Для этого нужно сконструировать соответствующее приложение для смартфона, который поможет оставаться на связи с домом и управлять домашней автоматизацией практически с любого места.
Вспомогательным гаджетом может выступать эхо-колонка (Amazon Echo, Google Home и другие), позволяющая с помощью голосовых команд управлять всей техникой в доме. Или роботы-помощники, которые выступают в роли органайзера, будильника, мультимедиа проигрывателя. Будучи подключенными к Интернету, они сообщают о погоде, рассказывают новости, предоставляют информацию о пробках в вашем городе и прочее. А благодаря открытому доступу к программированию, из них можно сделать отличных помощников для учебы детей, развлечения пожилых и даже игрушек для домашних животных.
Как видите, роботы уже вошли в нашу жизнь в виде разнообразных умных гаджетов, бытовых приборов и смарт-систем. Однако до идеального образа, созданного человеческим воображением, умным машинам еще очень далеко. Все что они могут – выполнять запрограммированные человеком команды.
Но инженеры упорно стремятся к тому, чтобы сделать машины по-настоящему дееспособными, а взаимодействие с ними более легким, естественным и главное – доступным обычному человеку.
Прогнозы на будущее
С каждым годом эксперты и аналитики представляют нам новый мир, где на смену вере в сверхъестественное придет вера в науку и технику. Мир, в котором можно учиться и работать, не выходя из дома. Интернет размоет границы между странами, а роботы будут делать за нас практически все.
Если верить статистическим данным организации Tractica, число потребляемых человечеством роботов достигнет 31,2 млн единиц по всему миру к 2020 году. При этом, лидерство на рынке займут бытовые роботы, обогнав промышленных и военных.
Ученые прогнозируют, что уже к 2018 году Интернет вещей будет насчитывать около 6 млрд подключенных устройств. Эти устройства будут обращаться к сервисам и данным в Сети, что позволит людям строить новые бизнес-планы для обслуживания этих подключенных устройств.
К 2020 году 40% взаимодействий с мобильными устройствами будут осуществляться через «умных» агентов. Этот прогноз основан на том, что наш мир движется к эпохе приложений, в которой такие сервисы, как Amazon Alexa, Microsoft Cortana и Apple Siri будут играть роль универсального интерфейса для взаимодействия человека с устройствами.
Технический директор Google Рэй Курцвейл в своих прогнозах по поводу развития робототехники и информационных технологий предполагает, что персональные роботы, способные на полностью автономные сложные действия, станут такой же привычной вещью, как холодильники или стиральные машины уже в 2027 году. А беспилотные автомобили заполнят полностью дороги в 2033 году.
Какими бы утешительными или наоборот пугающими не были прогнозы, перед учеными и инженерами стоит еще ряд проблем. Основная из них – жесткие ограничения правительств государств в принятии робототехники, которые сопровождаются нехваткой стандартов качества и безопасности продукции.
Еще одна проблема, которую нужно решить перед тем, как роботы будут массово внедрены в жизнь – это доступность программного и аппаратного обеспечения.
Дороговизна материалов и оборудования для производства не позволяет производителям снижать цены на своих роботов. К примеру, очень дорого стоят такие медицинские устройства как экзоскелеты, которые помогли бы многим людям с ограниченными возможностями нормально жить и передвигаться.
Пока нам доступны только роботы-уборщики, дроны и персональные помощники, но радует тот факт, что вскоре у нас будет возможность делать эти устройства более функциональными, не завися от производителей.
Плюс ко всему, обычные люди пока не готовы морально к принятию роботов, похожих на них. Это связано в первую очередь с нехваткой информации о том, каких достижений добился научно-технический прогресс. Вдобавок к этому у людей сложилось ошибочное мнение о роботах, которые были неоднократно представлены в научно-фантастических фильмах. Некоторые до сих пор воспринимают слово «робот» как что-то вроде «Терминатора» или дроида из «Звездных войн». А ведь на самом деле, сейчас собрать и запрограммировать робота может даже ребенок.
Нужно расширять границы знаний, больше читать и смотреть интересные видео об устройствах из реального мира, которые могут иметь большое значение в нашей повседневной жизни.
Роботы в концепции IoT
Робототехника также затрагивает область столь нашумевшего сейчас направления – Интернета вещей. Это единая сеть, которая соединяет окружающие объекты реального мира с виртуальными.
Как это происходит: сенсоры вводятся во все подключенные к сети устройства, что позволяет им взаимодействовать с внешним миром. К примеру, «умные» шторы, которые сами регулируют свою прозрачность в зависимости от уровней внешнего и внутреннего освещения. Или холодильник, который самостоятельно регулирует температуру в разных отсеках, основываясь на том, какие продукты вы берете чаще всего. Таким образом, техника начинает подстраиваться под ежедневную жизнь пользователя и управляться исходя из его потребностей.
Интернет вещей – это не просто объединение различных приборов и датчиков через проводные и беспроводные каналы.
Это более тесная интеграция реального и виртуального миров, в которых производится общение между людьми и устройствами.
Ученые уверены, что в будущем эти системы станут активными участниками информационных и социальных процессов, а также бизнеса, где они смогут взаимодействовать между собой, обмениваться информацией об окружающей обстановке, реагировать и влиять на внешние процессы без вмешательства человека.
На этом фоне появляется концепция Social IoT, которая предполагает объединение людей, роботов и устройств в одно информационно-правовое поле. Но что же нужно для осуществления этой концепции? Дело в том, что самой главной проблемой в данной области на сегодняшний день является отсутствие государственных стандартов, что затрудняет возможность применения предлагаемых на рынке решений, а также сдерживает появление новых.
Но кроме стандартов безопасности, необходимо создать доступные механизмы взаимодействия между роботами и людьми для управления и контроля. Это даст возможность полноценно управлять не одним роботом, а безопасно впустить в наше общество иную цивилизацию машин и жить в гармонии с ними.
Такие пользовательские программные сервисы, к счастью, скоро появятся и будут доступными, позволяя даже новичку добавлять к своему роботу новые интересные задачи. Хотите, чтобы робот-пылесос пел ваши любимые песни? Почему бы и нет. Для этого достаточно будет воспользоваться набором готовых базовых инструментов.
С помощью API программы каждый желающий сможет быстро создавать и комбинировать множество своих вариантов решений. При этом не нужно будет тратить свои ресурсы на создание базовых инструментов, а только фокусироваться на основной задаче.
Уже в ближайшем будущем вы сможете подключить программу, выбрать готовое приложение и сделать свой робот-пылесос говорящим и поющим. А если оснастить его видеокамерой, он сможет выступать в роли охранника. Но самое главное, что с помощью большого набора программных инструментов у вас появится возможность писать собственные уникальные приложения, чтобы добавлять бытовым роботам больше новых функций.
Стоит также отметить, что каждый отдельно взятый продукт стороннего разработчика на представленной базе будет иметь возможность привлекать к себе пользователей всей системы и распространять свой продукт.
Таким образом, будет создана большая экосистема инструментов и возможностей, которые будут пользоваться ежедневно людьми со всего мира.
Заключение
В заключение стоит отметить, что по мере того как наш мир будет наполняться роботами, навыки общения с ними будут не менее полезны чем навыки общения с людьми. Мы видим, как современные технологии постепенно объединяют людей и умные машины в одну большую социально-аппаратную сеть. И это только начало сложного, но очень увлекательного путешествия в будущее.
Как научить робота эффективно взаимодействовать с человеком? Ученые начали со сборки мебели IKEA
В последние годы робототехники обнаружили, что сборка мебели IKEA — отличный способ научить роботов справляться с хаосом реального мира.
- Одна группа исследователей создала симулятор, в котором руки виртуального робота собирали стулья методом проб и ошибок.
- Другая команда разработала реальные роботизированные руки, которым потребовалось 20 минут для сборки стульев IKEA.
А теперь появился робот, помогающий человеку собрать стеллаж: он угадывает, какая часть понадобится дальше, и передает ее. По словам робототехника из Университета Южной Калифорнии и соавтора статьи об исследовании Стефаноса Николаидиса, это довольно простой и дешевый способ тренировки.
Сначала Николаидис и его коллеги изучили, как разные люди собирают стеллаж IKEA. Вместо того, чтобы использовать инструкцию, их попросили импровизировать и самостоятельно решить, в каком порядке собирать опорные доски и полки.
На основе результатов исследователи группировали людей по типам и предпочтениям. К примеру, некоторые прикрепляли все полки к одному каркасу, а другие — одну полку к обоим каркасам одновременно. Этот процесс называется последовательностью действий.
Затем испытуемые снова провели сборку, но на этот раз — с роботизированной рукой, которая подавала им детали. Исследователь записывал, с каких частей (полки или опоры) начинал человек, создавая шаблон для робота.
«Допустим, вы поставили первую полку, — рассказывает Николаидис. — Робот пока ничего не понимает. Затем вы берете вторую полку. А теперь начинаете размещать третью. Высока вероятность того, что вы принадлежите к той группе пользователей, которые собрали все шесть полок подряд. При этом вероятность того, чтобы вы измените свои предпочтения, достаточно низкая».
Когда робот распознает последовательность действий человека, он подает ему деталь, которую, как ему известно, люди из той же группы выбирали следующей. Эксперименты показали: таким образом машина способна быстро и точно адаптироваться к стилю человека.
Алгоритм распознавания изображений создается похожим образом. Чтобы он обнаруживал кошек, нужно наполнить нейросеть множеством изображений семейства кошачьих. Поскольку алгоритм видел большое количество примеров, теперь он способен их обобщать.
Если показать ему снимок кошки, не виденный им ранее, он может использовать полученные знания, чтобы подтвердить, что это действительно она.
Этот робот делает то же самое. Но вместо статических изображений, он исходит из примеров последовательностей действий — порядка, в котором люди собирали полки и опоры.
Это исследование не направлено на разработку высокоспециализированных роботов, которые будут разъезжать по домам и помогать собирать стеллажи. Его цель также не в том, чтобы создать машины, способные выполнять подобные сложные задачи самостоятельно. Оно призвано обучить роботов сотрудничеству с людьми, но при этом не усложнять их работу.
Существуют беспокойства о том, что роботы украдут рабочие места у человека. Однако в реальности машина, вероятнее всего, будет работать с вами бок о бок, чем заменит вас полностью. На текущий момент и в ближайшем будущем люди будут намного лучше справляться с некоторыми задачами.
Ни одна машина не способна воспроизвести ловкость человеческой руки и решать проблемы так, как это делают люди. Роботы хороши лишь в бессознательной работе. К примеру, на конвейерной сборочной линии роботизированные руки устанавливают двери автомобиля, а работа с мелкими деталями требует человеческого вмешательства.
По сути, мебель IKEA оказывается полезным испытательным полигоном для робототехников, так как представляет собой своего рода миниатюрную версию автозавода. Идея команды Николаидиса состоит в том, чтобы распространить эту систему и на другие ситуации, в которых человек и робот могут взаимодействовать. Например, чтобы машина подавала ключ авиамеханику.
В робототехнике этот процесс называется HRI (human-robot interaction — взаимодействие человек-робот). Он направлен на сотрудничество между людьми и машинами и использование их соответствующих навыков вместо того, чтобы заставлять их соревноваться друг с другом.
Однако этому направлению предстоит еще долгое развитие. В данных экспериментах робот не определял шаги человека сам, а исходил из предоставленной ранее информации. Сейчас команда работает над системой машинного зрения, которая будет наблюдать за человеком и делать выводы самостоятельно.
Но и при таком типе сотрудничества нужно учесть множество нюансов.
Чтобы оставаться полезной и не создавать лишние трудности, машина должна адаптироваться к различного рода неопределенностям.
- Осторожно передавать отвертку, чтобы не воткнуть ее в руку механика.
- Находиться в стороне и не мешать движению, но при этом быть достаточно близко, чтобы помочь.
По словам робототехника из Калифорнийского университета в Беркли Кена Голдберга, также необходимо учитывать, что каждая профессия — повар, медсестра, механик, хирург — имеет свои особенности. Поэтому машины, способные адаптироваться под человека, будут более ценными и полезными.
Источник.
Фото на обложке: kung_tom / Shutterstock
5 способов помочь роботам работать вместе с людьми
Сегодня для большинства людей роботы и интеллектуальные системы — это слуги, которые работают в фоновом режиме, пылесося ковры или включая и выключая свет. Или это машины, которые взяли на себя повторяющуюся человеческую работу у конвейерных рабочих и банковских кассиров.
Но технологии становятся достаточно совершенными, чтобы машины могли работать вместе с людьми в качестве товарищей по команде — так же, как команды людей и собак решают такие задачи, как охота и обнаружение бомб.
Уже есть несколько ранних примеров объединения роботов и людей. Например, солдаты используют дроны для наблюдения и наземных роботов для обезвреживания бомб при выполнении военных задач. Но армия США предполагает, что в следующем десятилетии количество солдат, роботов и автономных систем увеличится. Помимо вооруженных сил, эти команды людей и роботов вскоре начнут работать в таких разных областях, как здравоохранение, сельское хозяйство, транспорт, производство и исследование космоса.
Исследователи и компании изучают множество способов улучшения работы роботов и систем искусственного интеллекта, и технические достижения очень важны. Как прикладной когнитивист, проводивший исследования совместной работы людей в высокотехнологичных условиях, я могу сказать, что системы человек-робот не будут так хороши, как могли бы быть, если разработчики не понимают, как разрабатывать технологии, которые наиболее эффективно работают с настоящие люди.
Несколько основных концепций из обширного массива научных исследований командной работы людей могут помочь в развитии и управлении этими новыми отношениями.
1. Различные виды работ
Команды обязательно представляют собой группы людей с отдельными, хотя и взаимозависимыми, ролями и обязанностями. Хирургическая бригада, например, может включать медсестру, хирурга и анестезиолога. Точно так же члены команды человек-робот должны быть собраны для выполнения различных элементов сложной задачи.
Роботы должны делать то, в чем они лучше всего разбираются, или то, что люди не хотят делать, например, поднимать тяжелые предметы, тестировать химические вещества и обрабатывать данные. Это позволяет людям делать то, что у них получается лучше всего, например, адаптироваться к изменяющимся ситуациям и находить творческие решения проблем.
Врачи совещаются во время первой роботизированной операции на борту госпитального корабля USNS Mercy.
Келси Л.
Адамс/США Военно-морской
Хирургическая бригада человек-робот может иметь человека-хирурга, проводящего лапароскопическую или малоинвазивную операцию с помощью робота-манипулятора с камерами, который вставляется в пациента и управляется снаружи хирургом. Представление может быть дополнено путем наложения данных медицинской визуализации внутренней анатомии пациента на изображение с камеры.
Планирование такого разделения труда предполагает, что люди не должны воспроизводить себя в машинах. На самом деле, человекообразные роботы или роботы и ИИ, которые имитируют человеческое социальное поведение, могут ввести своих товарищей по команде в заблуждение, заставив их иметь нереалистичные ожидания относительно того, что они могут сделать.
2. Взаимная поддержка
Эффективные члены команды знают, что у каждого своя роль, но при необходимости готовы поддержать друг друга. Катастрофически смертельная реакция на ураган Катрина в 2005 году была отчасти результатом замешательства и отсутствия координации между государственными учреждениями и другими группами, такими как Красный Крест.
Товарищи по команде должны понимать свои роли и роли остальных членов команды, а также то, как они сочетаются друг с другом. Они также должны быть в состоянии использовать эти знания, чтобы не наступать на пятки товарищам по команде, предвосхищая при этом потенциальные потребности других. Роботы и искусственный интеллект должны понимать, как их части задачи связаны с частями, которые делают их товарищи по команде, и как они могут помочь в случае необходимости.
3. Общее понимание
Эффективные команды делятся знаниями о целях команды и текущей ситуации, что облегчает их взаимодействие, даже когда прямое общение невозможно.
Преимущество общих знаний позволяет все виды сотрудничества и координации. Например, при надувании воздушного шара пилот находится с одного конца в корзине и следит за горелкой. Член экипажа должен находиться на дальнем конце воздушного шара, удерживая его за веревку, прикрепленную к его вершине. Они не видят и не слышат друг друга, потому что воздушный шар закрывает обзор, а пропановая горелка заглушает любой другой звук.
Но если они хорошо обучены, ни одному из них не нужно общаться, чтобы знать, что делает другой, и знать, что должно произойти дальше.
Два человека на этом конце шара также должны доверять тому, что делают члены их команды на другом конце шара.
Монгколп/Shutterstock.com
Члены группы связи получают не только информацию, которую они все знают, но и общие знания, полученные благодаря опыту совместной работы. Некоторые ученые предполагают, что роботы не могут накапливать опыт и делиться знаниями с людьми, в то время как другие исследователи работают над поиском способов сделать это на самом деле. Машинное обучение, вероятно, станет ключевым фактором, помогающим роботам формировать ожидания относительно поведения своих коллег. В сочетании с человеческим интеллектом каждая сторона узнает о возможностях, ограничениях и особенностях другой стороны.
4. Эффективное взаимодействие и общение
Члены команды должны взаимодействовать; Эффективность совместной работы во многом зависит от качества этих взаимодействий.
В больничных бригадах для неотложной реанимации пациентов командное взаимодействие и общение имеют решающее значение. Эти бригады часто состоят из любого медицинского персонала, который находится ближе всего к пациенту, и членам необходимо сразу же узнать, что произошло до того, как сердце пациента остановилось — на карту поставлена жизнь.
Но даже между людьми общение не всегда гладкое. Между людьми и роботами возникает еще больше проблем — например, убедиться, что они одинаково понимают, как используются слова или каковы уместные ответы на вопросы. Исследователи искусственного интеллекта добились больших успехов в развитии способности компьютеров понимать и даже воспроизводить естественный язык — как многие люди испытывают со своими интеллектуальными помощниками, такими как Amazon Alexa и Google Home, а также мобильными и автомобильными системами GPS-направлений.
Даже не ясно, является ли типичное человеческое общение лучшей моделью для команд человек-робот. Команды человек-собака прекрасно обходятся без использования естественного языка.
Морские котики могут работать вместе на очень эффективном уровне, не говоря ни слова. Пчелы сообщают местонахождение ресурсов танцем. Коммуникация не обязательно должна включать слова; он может включать звуковые сигналы и визуальные подсказки. Если робот ухаживал за пациентом, когда у него остановилось сердце, он мог указать, что произошло, на мониторе, который могли видеть все члены реанимационной бригады.
5. Взаимное доверие
Межличностное доверие важно в человеческих командах. Если доверие между командой пожарных рухнет, они будут менее эффективны и могут стоить жизни друг другу или представителям общественности, которым они пытаются помочь. Лучшие товарищи по команде роботов заслуживают доверия и надежны, и любые нарушения в надежности должны быть объяснены.
Но даже с объяснением хронически ненадежная технология, скорее всего, будет отвергнута товарищами по команде. Это еще более важно для технологий, критически важных для безопасности, таких как автономные транспортные средства.
Роботы не способны автоматически объединяться с людьми. Им должны быть назначены эффективные роли в команде, они должны понимать другие роли в команде, тренироваться с членами команды, чтобы выработать общее понимание, разработать эффективный способ общения с людьми, а также быть надежными и заслуживающими доверия. Самое главное, людей не следует просить адаптироваться к своим нечеловеческим товарищам по команде. Скорее, разработчики должны проектировать и создавать технологии, чтобы служить хорошим командным игроком вместе с людьми.
Роботы готовы справиться с задачей ухода за пожилыми людьми
Подростком в начале 2000-х Конор Макгинн подрабатывал в доме престарелых, где жила его бабушка. Сотрудники сделали все возможное, чтобы ей и другим жильцам было комфортно, но Макгинн говорит, что качество ее жизни никогда не было таким хорошим, как раньше. «Персонал был прекрасным, но забота о людях — это самая ресурсоемкая вещь, которую вы можете сделать, и пытаться быть счастливым, добродушным и полным энтузиазма, когда вы находитесь под таким жестоким давлением, просто невероятно сложно», — добавляет он.
.
Позже, будучи студентом инженерного факультета Тринити-колледжа в Дублине, он задавался вопросом, почему технологии не используются для помощи лицам, осуществляющим уход. «Все остальные извлекают выгоду из этого материала. Почему старший не может жить?» он думал. Теперь инженер-механик в Trinity, он строит роботов, которые выполняют некоторые из задач, обычно выполняемых персоналом в домах престарелых и престарелых.
Часть Nature Outlook: старение
Вспомогательные роботы не совсем достигли уровня The Jetsons , анимационный ситком 1960-х годов, в котором Роузи, робот-горничная, носилась по футуристическому дому, выполняя всю работу по дому, которую люди предпочли бы избегать. Но через несколько лет роботы-помощники могут регулярно появляться в домах пожилых людей, помогая им заботиться о себе, обеспечивая эмоциональную поддержку и предоставляя удаленный доступ для врачей и медсестер. В домах престарелых они могли развлекать жителей или помогать с уборкой.
А в больницах они уже берут на себя некоторые основные задачи, освобождая медсестер, чтобы они могли сосредоточиться на уходе за пациентами.
Потребность в автоматизированной поддержке растет по мере старения населения планеты. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, в мире насчитывается более 1 миллиарда человек старше 60 лет, а к 2030 году их число возрастет до 1,4 миллиарда — это каждый шестой человек, которому требуется еще 6 миллионов медсестер. В Японии, где почти треть населения старше 65 лет, с 2015 года правительство предоставляет учреждениям по уходу субсидии на покупку роботов. Они варьируются от экзоскелетов, которые помогают персоналу поднимать пациентов, например, до роботизированного тюленя, который помогает успокоить людей с деменцией.
Чтобы выяснить, как роботы могут использоваться в домах престарелых, Макгинн и его коллеги построили Стиви, белого робота на катящейся базе с короткими подвижными руками и головой с мультяшными глазами и ртом. В 2018 и 2019 годах они проверили Стиви в Военном пенсионном сообществе Ноллвуда в Вашингтоне, округ Колумбия, в учреждении, где проживает 300 пожилых людей.
Идея, по словам Макгинна, заключалась не в том, чтобы налететь с готовой технологией, а в том, чтобы узнать от персонала и жителей, как робот может улучшить их опыт.
Всепоющая уборка
Робот взял на себя некоторые развлекательные мероприятия, вызывая бинго и подпевая, освобождая персонал для удовлетворения индивидуальных потребностей жильцов. «Стиви мог бы быть новинкой в передней части зала», — говорит Макгинн. Но он также может делать и другие вещи, недоступные многим опекунам, например, говорить на разных языках и отображать субтитры, когда говорит. «Стиви может делать все эти вещи, которые обычно выходят за рамки основного опыта или знаний, которые вы ожидаете от опекунов», — добавляет Макгинн.
Хотя многие возможности робота уже существуют в других устройствах, они часто остаются неиспользованными, объясняет Макгинн. Робот призван сделать технологию более удобной для пользователя. «Люди говорили, что они не пользуются технологиями, но проводят со Стиви по три часа в день».
Отзывы от небольших фокус-групп сотрудников и жителей в целом были положительными.
Робот должен быть достаточно универсальным, чтобы помогать на объекте. Он может патрулировать коридоры по ночам, чтобы убедиться, что житель не ушел бродить, или выполнять обязанности по уборке. «Это множитель усилий для медицинского персонала», — говорит Макгинн. «Это не замена людей, а усиление заботы людей о людях».
Стиви был запрограммирован на некоторые действия, например, когда он запускал викторину для жителей. Но в основном это контролировалось исследователями на месте. На вопрос, есть ли у него девушка или о жизни в Ирландии, исследователь набрал ответы. В конце концов, Макгинн хотел бы дать роботу больше автономии. У него должна быть возможность перемещаться по объекту. Предоставление ему Alexa-подобных возможностей отвечать жителям немного сложнее, потому что различать десятки или сотни голосов в групповой обстановке сложнее, чем отвечать трем или четырем людям в семейном доме.
Пандемия COVID-19 сорвала планы долгосрочного исследования, чтобы установить, влияет ли робот на эмоциональное и медицинское здоровье жителей или снижает текучесть кадров. Макгинн надеется приступить к этому аспекту исследования, как только будут сняты запреты на посещение и возобновятся групповые мероприятия.
Папа шутит
«Пандемия действительно показала, насколько важны социальные связи», — говорит Майя Матарич, ученый-компьютерщик, руководитель Лаборатории взаимодействия в Университете Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе. «Огромное количество доказательств показывает, что людям необходимо социальное взаимодействие».
Это взаимодействие может быть с другим человеком, животным или просто с чем-то, что «кажется живым», — говорит Матарич. С начала 2000-х она изучает социально-вспомогательных роботов с целью улучшения эмоционального и когнитивного здоровья пожилых людей, людей с деменцией и детей с аутизмом.
Программа Hello Robot’s Stretch помогла решить многие задачи с тех пор, как Генри Эванс перенес инсульт ствола головного мозга.
Фото: Ви Нгуен, OTD
По мере того, как люди стареют, группы их сверстников сужаются, и они, как правило, становятся менее мобильными, что может привести к скуке и депрессии, говорит Матарич. Социальные роботы могут помочь предотвратить некоторые из этих чувств. Исследование, проведенное в 2015 году специалистами по робототехнике из Оклендского университета, Новая Зеландия, показало, что PARO, роботизированный тюлень, созданный в Японии два десятилетия назад, снижает кровяное давление у обитателей домов престарелых, которые держали и гладили его (H. Robinson 9).0059 и др. австр. J. Старение 34 , 27–32; 2015). Результаты, по словам исследователей, были аналогичны результатам, полученным при контакте с живыми животными.
В настоящее время Матарич изучает роботов, которые побуждают пожилых людей больше читать или больше заниматься спортом. Это поощрение может быть таким же простым, как предложение рассказать кому-нибудь анекдот, если он встанет со стула.
«Мы только что скачали кучу папиных шуток. Они были не очень хороши, но пользователям это нравилось. Это был тот небольшой регулярный контакт», — говорит она.
«Это не замена человеческому уходу, а небольшое уменьшение дефицита ухода, с которым сталкиваются люди — крайнее одиночество и изоляция», — говорит она. «Всегда лучше, если у тебя есть заботливый человек».
Больничная помощь
Чжи Джейн Ли, инженер-робототехник, руководитель лаборатории робототехники, вдохновленной человеком, в Вустерском политехническом институте в Массачусетсе, разрабатывает интерфейсы управления для телемедицинских роботов, которые имеют определенный уровень автономности для выполнения более простых задач, таких как уборка. . Более сложные взаимодействия с пациентом будут осуществляться удаленно оператором-человеком.
Идея, над которой Ли первоначально работала в качестве постдокторанта в Лаборатории интеллектуального движения ученого-компьютерщика Криса Хаузера в Университете Дьюка в Дареме, Северная Каролина, родилась из вспышки лихорадки Эбола в Западной Африке в 2014 году.
Исследователи хотели отделить лиц, осуществляющих уход, от людей, у которых было очень заразное заболевание, и, по словам Ли, эта задача усугубилась пандемией COVID-19. Но это также может помочь с нехваткой медсестер, которая обострилась во время пандемии.
«Один человек может одновременно обслуживать несколько роботов-медсестер в разных местах, — говорит Ли. «Вы можете расширить возможности медицинского работника». Для некоторых задач роботом может управлять обученный оператор. Для более сложных проблем медсестра или врач могут использовать аппарат для удаленного взаимодействия с пациентом.
Текущая работа Ли сосредоточена на разработке телемедицинских роботов для использования в больнице — сложная задача, но она должна быть более простой, чем нацеливание их на использование в менее структурированной среде, такой как сообщество престарелых или частный дом.
Андреа Томаз, робототехник из Техасского университета в Остине, считает, что полуструктурированная среда больниц делает их идеальным полигоном для испытаний вспомогательных роботов.
Такие факторы, как ширина коридоров и конструкция дверей, как правило, фиксированы, что делает такие задачи, как навигация, не слишком отличающимися от складских и фабричных цехов, где использование роботов уже хорошо зарекомендовало себя.
Но в отличие от конвейера по производству автомобилей, робот, работающий в больнице, неожиданно сталкивается с людьми или оборудованием на своем пути. «Это не совсем Дикий Запад для робота, но они гораздо более беспорядочны и неструктурированы, чем склад или производственная лаборатория», — говорит Томаз.
В 2017 году она и ее бывший научный сотрудник Вивиан Чу стали соучредителями компании Diligent Robotics, чтобы продать Мокси, белого однорукого робота на колесах со светодиодными глазами. Мокси может путешествовать по больнице, забирая и доставляя лекарства, оборудование, образцы пациентов или постельное белье.
По словам Томаза, Moxi создает собственную внутреннюю карту во время первоначального осмотра больницы, после чего персонал может запросить доставку через приложение, что экономит врачам несколько часов в день.
В пилотном исследовании больницы с использованием Moxi медсестры были рады, что роботы берут на себя такие задачи, как переноска белья и доставка оборудования (M. Tietze & S. McBride Robotics and the Impact on Nursing Practice ; American Nurses Association, 2020) . «Медсестры любят их, как только узнают, на что они способны», — говорит Мари Титце, медсестра-информатик из Техасского университета в Арлингтоне, проводившая исследование для Американской ассоциации медсестер. Робот позволил медсестрам проводить больше времени один на один с пациентами, что, по словам Титце, привело к улучшению состояния здоровья и снижению числа повторных госпитализаций, что, в свою очередь, экономит деньги больниц.
Задачи принятия решений, такие как предложение лекарств или оценка готовности пациента к выписке, не могут быть переданы роботам как по этическим, так и по юридическим причинам, говорит соавтор Титце Сьюзан Макбрайд, специалист по информатике в области медицинских наук Техасского технологического университета.
Центр в Лаббоке. Однако они могут помочь в мониторинге основных показателей жизнедеятельности пациента.
Европейский союз выделил около 1,1 миллиона евро (1,25 миллиона долларов США) для финансирования четырехлетнего проекта ENDORSE, который должен завершиться в сентябре 2022 года, для больничного робота с датчиками, которые могут как регистрировать жизненные показатели пациентов, так и связать их с электронными медицинскими картами.
Подобные датчики в настоящее время имеются на каждой койке интенсивной терапии, но в отделениях неотложной помощи и в домах престарелых лицам, осуществляющим уход, как правило, приходится искать подходящее оборудование, говорит Насим Рамдани, инженер систем управления и глава отделения интенсивной терапии. факультет робототехники Орлеанского университета, Франция. «Периодический мониторинг можно было бы сделать дешевле, потому что вам не обязательно нужно, чтобы медсестра бегала вокруг», — говорит он.
Средства личной гигиены
Роботы, которые выполняют простые задачи или обеспечивают социальную и когнитивную поддержку, безусловно, важны, но Чарльз Кемп фокусируется на роботах, которые могут помогать людям есть, мыться или одеваться, а также выполнять домашние дела.
Ли также надеется заняться этой областью.
В 2017 году Кемп, робототехник, руководитель лаборатории медицинской робототехники в Технологическом институте Джорджии в Атланте, стал соучредителем Hello Robot в Мартинесе, Калифорния. Его робот Stretch выглядит как вешалка на колесиках с выдвижной рукой.
Кемп ранее работал над PR2, персональным роботом-помощником, производимым Willow Garage в Менло-Парке, Калифорния (компания закрылась в 2014 году). PR2 стоил около 400 000 долларов США и весил чуть более 220 кг. Stretch стоит 20 000 долларов и весит всего 23 килограмма, что делает его более похожим на робота, который когда-нибудь появится у людей в доме. Видео на веб-сайте Hello Robot показывает, как Стретч пылесосит, играет с собакой, приносит вещи и даже достает одежду из сушилки. Некоторые из этих задач выполняются роботом полуавтономно, следуя запрограммированным инструкциям, тогда как другие контролируются владельцем.
Еще из Nature Outlooks
Эти роботы также могут оказывать более личную помощь.
После инсульта ствола головного мозга в 2002 году Генри Эванс мог двигать только головой и пальцем. Эванс, которому сейчас 60 лет и он живет в Лос-Альтосе, штат Калифорния, работал с обоими роботами, используя их, чтобы бриться, чесаться, щелкать выключателями и играть в карты. По его словам, роботы вернули ему чувство автономии. «Для меня очень важно из чувства собственного достоинства делать что-то для себя независимо, когда захочу, даже если это будет медленнее», — добавляет он. Роботы также избавили Джейн, его жену и основного опекуна, от необходимости делать все за него.
Достижения в области искусственного интеллекта помогают роботам лучше моделировать и понимать реальные ситуации. «Как люди, одна вещь, которая помогает нам помогать другим, — это жизненный опыт, делающий что-то для себя. У нас есть понимание того, как все выглядит, что работает, а что нет», — говорит Кемп. У роботов нет такого же здравого смысла, и это большое препятствие для того, чтобы они могли автономно помогать более изощренными способами, добавляет он.
Чтобы помочь роботам оказывать более качественную помощь, Кемп объединил физическое моделирование и машинное обучение, чтобы научить робота тому, как человек одевается. Стретч практиковал виртуальные симуляции, надев на кого-то рубашку, измеряя, например, силу, которую натяжение ткани в определенном направлении воздействует на руку человека, и учился смещаться и тянуть в разных направлениях, чтобы не вызывать дискомфорта или травм.
Одевание — одно из пяти «повседневных занятий», в которых робототехники пытаются заставить помогать машины. Одевание, кормление и мытье — это области, в которых, по мнению Кемпа, достигнут значительный прогресс. Два других — помощь людям в использовании туалета и перемещение их с места на место, возможно, со стула на кровать — более сложные задачи, с которыми ему еще предстоит справиться.
Кемп ожидал, что роботы переместятся в места, где они смогут ухаживать за пожилыми людьми быстрее, чем они. По его словам, для того, чтобы сделать роботов более важной частью такого ухода, требуется не только технологическое развитие, но и общественный сдвиг с участием лиц, осуществляющих уход, пожилых людей, медицинского сообщества и страховых компаний.