Gjør plass for roboter

Å endre miljøet vårt på små, enkle måter vil hjelpe roboter til å samarbeide mer effektivt (og trygt) med mennesker.





23. februar 2021 roboter

Jack Snelling

AI som fører til færre bilulykker og mindre kø på veiene. Personlige utvidelsessystemer som hjelper folk til å trives når de blir eldre. Robotbetjenter som gjør akuttmottak tryggere og mer effektive. I deres nye bok, Hva du kan forvente når du venter roboter , Laura Major, SM ’05, og Julie Shah ’04, SM ’06, PhD ’11, ser for seg slike Jetson-lignende fordeler fra menneske-robot-samarbeid.

Folk ser ut til å være bekymret for om roboter en dag vil gjøre oss foreldet om de vil bli smartere, raskere, bedre enn sine menneskelige skapere. Men realiteten er at roboter og mennesker sannsynligvis alltid vil være gode på forskjellige ting, skriver de. Det er mulig at noen av våre mest gjenstridige samfunnsproblemer kan løses bedre av den typen samarbeid vi ser for oss.



Major og Shah er godt egnet til å utforske fremtiden for menneske-robot-samarbeid: Major er CTO for Motional, et autonomt-kjørende joint venture av Hyundai og Aptiv, og Shah, en førsteamanuensis i aero-astro, fokuserer på industriell menneske-robot samarbeid som direktør for MITs Interactive Robotics Lab. Dette utdraget fra boken deres undersøker hvordan vi kan justere miljøet på små måter for å gjøre roboter til effektive samarbeidspartnere.

Laura Major

Laura Major, SM ’05

Julie Shah |

Julie Shah, ’04, SM ’06, PhD ’11



DENNIS KWAN

Det er slutten av dagen på en fredag, og du kom ikke til kjøpesenteret for å hente tjenester til barnets bursdagsfest denne helgen. Så du logger på Amazon for å se hva som er tilgjengelig for levering neste dag. I tillegg til fordelene finner du lyspærer som erstatter den utbrente pæren i bordlampen din, og ser en ny bok du bestemmer deg for. Du klikker på Legg inn bestillingen min, og en kort stund senere suser roboter i Amazons varehus for oppfyllelse av gårde for å sikre at den blir levert til deg rett i tide.

Lageret er fullt av små, flate roboter som svir under hyller fulle av alt fra blendere til ullfrakker til bordsager. Når bestillingen din står i kø, blir roboter i nærheten av hyllene med produktene dine varslet. De glir under de nødvendige hyllene, løfter dem og glider gjennom lageret, stopper og starter, beveger seg til venstre og høyre, danser rundt alle de andre robotene som også beveger seg gjennom lageret. Det er et virkelig vakkert syn.

Du kan imidlertid bli overrasket over å høre at disse robotene stort sett er blinde. Utstyrt med bare noen få sensorer, navigerer de i verden ved å se rett ned på papir som er tapet på gulvet av menneskelige arbeidere. Lageret er ett stort rutenett, med et unikt papirmønster tapet til gulvet på hver rutenett. Robotene sporer ganske enkelt sekvensen av papirmønstre de passerer for å bekrefte plasseringen deres. Når en av papirbitene blir revet opp av robotenes hjul, setter en person robotene på pause for å gå inn i rommet og feste papiret til bakken igjen. Amazon har 175 oppfyllelsessentre rundt om i verden, og disse robotene går for tiden rundt i 26 av dem, og jobber med mennesker for å fylle bestillingene dine.



Dette kan høres ut som en hacky løsning, utviklet av en startup for å få robotene ut av døren. Men Amazon, et av de mest suksessrike selskapene på jorden, velger fortsatt å teipe papir til gulvet. Hvorfor? Roboter med færre sensorer er rimeligere – og mindre sannsynlighet for å mislykkes. Roboter er mye mer pålitelige hvis du programmerer dem til å følge et mønster av papirer på bakken enn hvis du prøver å få dem til å observere verden rundt dem, oppdage hindringer, planlegge en bane rundt hindringene, og deretter fortsette å lete etter målet. . Noen ganger er det enkle best.

Våre samfunn er foreløpig ikke bygget for å håndtere behovene til uavhengige roboter, og det er ikke klart at vi bare kan lage roboter som bare trenger det infrastrukturen vår tilbyr for øyeblikket.

Mens ting som trafikklys, fartsgrenseskilt, oransje kjegler, mellomstatlige påkjøringsramper og fotgjengere hjelper mennesker med å koordinere sjåfør- og fotgjengeraktiviteter trygt og effektivt, vil roboter trenge enda mer struktur og støtte fra omgivelsene. Sansesystemene deres tar inn massevis av data om verden rundt dem, men de er ikke så flinke som oss til å utlede mening fra det.



Den gode nyheten er at vi kan endre miljøet vårt på små, enkle måter som vil gjøre verden mye enklere for roboter – og tryggere for oss. Luftfart er et godt eksempel.

Lær av den vennlige himmelen

Den gjennomsnittlige flypassasjeren innser sannsynligvis ikke at fly flyr i kjørefelt, etter et virtuelt spor av brødsmuler designet rundt et nettverk av faste bakkefyrer som revolusjonerte flysikkerheten. Disse navigasjonshjelpemidlene hjelper piloten og flygelederne med å spore flyets plassering og har vært i bruk lenge før GPS eksisterte. Luftrommet har også blitt delt inn i forskjellige flynivåer og spor som fungerer som baner på en motorvei, bortsett fra at disse banene er veldig brede (og høye) for å imøtekomme den høye hastigheten til fly, potensielle feil i stedsestimater og andre faktorer, som f.eks. våknevirvler skapt av hvert fly. I dag er de vertikale banene atskilt fra hverandre med 1000 fot. Disse banene på himmelen minimerer potensialet for at fly krysser hverandres veier uventet og kolliderer. De forenkler også prosedyrene for å styre flytrafikken. For eksempel, hvis to fly er på kollisjonskurs, i stedet for å prøve å beregne nøyaktig når hvert enkelt vil ankomme kollisjonspunktet, eller anbefale en liten manøver til en av pilotene for å forhindre kollisjonen, ber flygeledere vanligvis en om å klatre 1000 fot — og da kommer de to flyene garantert ikke i nærheten av hverandre, fordi de er i separate baner.

Å strukturere luftrommet på denne måten har hatt en enorm innvirkning på effektiviteten og sikkerheten til lufttransport, fordi det gir klare regler som regulerer oppførselen til hvert fly på himmelen.

Utover å vurdere hvordan luftrommet deles trygt, tilbyr historien til luftfartsnavigasjon andre leksjoner for å lære å jobbe effektivt med roboter. Fra luftfartens tidligste dager måtte fly koordineres nøye. Til å begynne med brukte vi ganske enkelt bål i enden av rullebanene om natten, og piloter så etter det flammende lyset for å finne hvor de skulle lande. Deretter ble beacons installert, og fly kunne bruke radionavigasjon for å finne rullebanen selv på en overskyet dag. Sendere kringkaster et modulert signal, som mottas på flyet. Posisjonen til senderen beregnes ved å bruke flytiden mellom mottatte signaler, og disse dataene brukes til å bestemme posisjonen til flyet. Opprinnelig ble dette beregnet for hånd; nå er den automatisert og ekstremt robust. Andre verdenskrig brakte oss radarovervåking, slik at flygeledere kunne spore fly uten å stole på sendere, spesielt i overbelastet luftrom som området rundt flyplasser.

forventer robotdekning

Men den virkelige revolusjonen i flytrafikken kom i 1956, etter kollisjonen mellom to fly over Grand Canyon. Flyene opererte i ukontrollert luftrom, hvor piloter forventes å se og unngå andre fly uten ekstern hjelp. Begge pilotene manøvrerte rundt spredte cumulusskyer for å få bedre utsikt over canyonen, og begge gikk inn i den samme skyen, noe som gjorde det umulig for dem å se hverandre. Alle 128 passasjerer ble drept.

Denne kollisjonen i luften, som fant sted under fremveksten av kommersiell luftfart, skapte panikk. Luftfartsreglene på den tiden hadde ingen god måte å beskytte fly mot slike konflikter. Løsningen ble å sentralisere forvaltningen av luftrommet. Den amerikanske kongressen bevilget 250 millioner dollar for å oppgradere landets luftveissystem og opprettet Federal Aviation Administration (FAA), som ga den bred myndighet til å bekjempe luftfartsfarer. FAA påla rikelig separasjon mellom fly og planlagte superskyways for å forbinde store øst- og vestkystbyer, og utskjære luftrom med separate regler for å lette tunge langrennsreiser.

Vil vi en dag trenge et så sentralt byrå for å lage regler, utvikle ekstern navigasjonsstøtte og regulere andre aspekter ved robotdrift og kontroll? Muligens. Men i det minste vil bransjesamarbeid for å forhandle de delte ressursene disse robotene vil bruke – veiene, fortauene, gangene og gangene våre – være nøkkelen.

Arbeider trygt, side ved side

Fabrikker har lært seg å jobbe med roboter i noen år nå. I dag er bilfabrikker fulle av store, hurtiggående robotarmer som kun opererer i svært kontrollerte miljøer innestengt av bur. Delene robotene håndterer må plasseres nøyaktig - hvis de er ute av plass med bare noen få millimeter, stopper hele operasjonen. Og robotene kan ikke sanse folk i nærheten. Hvis noen skulle gå inn i rommet deres, ville det være en betydelig sikkerhetsrisiko.

Sannheten er imidlertid at relativt lite arbeid i de fleste fabrikker – selv bilfabrikker – kan struktureres så nøye for roboter. Et karosseri kan bygges nesten utelukkende av roboter, men resten av jobben – installasjon av ledninger, seter og dashbordelementer – gjøres fortsatt nesten utelukkende av mennesker. Dette arbeidet kan ikke – og vil ikke – utføres utelukkende av roboter i overskuelig fremtid, fordi det krever ferdigheter som roboter ennå ikke har. Men produksjonsingeniører innser at arbeidet roboter allerede gjør, som montering, sveising og pakking, kan gjøres bedre og raskere hvis roboter blir frigjort fra burene for å jobbe sammen med mennesker. I stedet for å prøve å reprodusere oppgavene til en menneskelig arbeider, kan roboter aktivt hjelpe mennesket – for eksempel å overlevere rett del til akkurat rett tid – og derved drastisk forbedre produktiviteten til linjen. Faktisk viser våre studier og andre at med nært samarbeid mellom mennesker og roboter, kan oppgaver utføres mye mer effektivt – opptil 85 % raskere – enn når mennesker utfører monteringsoppgaver uten robotassistanse.

Vil vi en dag trenge et sentralt byrå som FAA for å lage regler, utvikle ekstern navigasjonsstøtte og regulere andre aspekter ved robotdrift og kontroll? Muligens.

Bedrifter takler derfor utfordringen med å administrere disse komplekse maskinene på en måte som er trygg for menneskene som omgir dem. Robotsmartene som kreves for å overvåke fremdriften til mennesker og forutse hva de trenger, er langt unna den blinde industriroboten i et bur, eller til og med fra robotene i Amazons varehus som navigerer ved hjelp av papirmarkører. Fabrikker i dag trenger teknologi som muliggjør en mer intim dans av mennesker og maskiner, omtrent som den moderne komplekse koreografien av fly som krysser himmelen. Og for å få denne teknologien til å fungere, trenger vi feilsikre metoder for å sikre at roboter ikke kan skade kollegene sine.

Nylig har forskere skapt nye, dynamiske måter å markere personlig plass for mennesker og roboter på, og dette muliggjør tett fysisk samarbeid i produksjonen uten å sette arbeidere i fare. I stedet for en statisk avgrensning av robot og menneskelig rom, er industrimiljøet utstyrt med nye sensorer som fungerer effektivt som virtuelle gjerder.

Hvis en person beveger seg nær en robot og krysser det virtuelle gjerdet, stopper roboten umiddelbart å bevege seg. I mer avanserte miljøer brukes sensorer for å lage dynamiske sikkerhetssoner, der avstanden mellom personen og roboten overvåkes aktivt. Når personen nærmer seg roboten, bremser roboten, noe som gir personen tid til å reagere før roboten stopper helt.

Akkurat som fly har forskjellige regler for separasjon i luften, må industriroboter overholde det som kalles hastighets- og separasjonsovervåkingsstandarder, og opprettholde spesifiserte avstander fra mennesker basert på hastigheten deres. Jo raskere roboten beveger seg, jo lenger unna må den holde seg fra folk, og når en person nærmer seg roboten, må den bremse og stoppe. Et av de første systemene av denne typen ble utplassert i et BMW-anlegg i München i 2017. En menneskelig medarbeider jobbet under en ruvende oransje industrirobot, to til tre ganger høyden hans, mens de trygt forhandlet seg til delt gulvplass på fabrikken for å bygge biler.

Disse enkle bryterne, fra fysiske bur til virtuelle gjerder og fra statisk avgrensning av trygt rom til dynamisk justering av trygge soner, gjør det lettere for mennesker og roboter å samarbeide om produksjonsoppgaver, fullføre dem mer effektivt eller til en høyere standard enn enten menneskelig eller roboten kan jobbe alene.

Veireglene for arbeid med roboter trenger ikke å være statiske. De kan tilpasse seg over tid ettersom roboter blir dyktigere og vi blir vant til dem. Etter hvert som roboter utvikler seg, kan vi frigjøre dem fra deres faste baner. Gjennom mer dynamisk forhandling av delte ressurser kan vi ta noen store sprang mot å integrere roboter i menneskelige miljøer.

Tilpasset fra Hva du kan forvente når du forventer roboter: fremtiden for menneske-robotsamarbeid, av Laura Major og Julie Shah. opphavsrett 2020. Tilgjengelig fra Grunnleggende bøker , et avtrykk av Hachette Book Group.

gjemme seg