[R]ewolucja robotów humanoidalnych: od science fiction do rzeczywistości

Wyobraźmy sobie świat, w którym granice między człowiekiem a maszyną zacierają się coraz bardziej a inteligentne roboty humanoidalne stają się nieodłączną częścią naszego życia.

Żyjemy obecnie w erze dynamicznego postępu technologicznego, gdzie te zaawansowane twory inżynierii nie tylko powoli próbują naśladować ludzkie zachowania, ale także rewolucjonizują najważniejsze obszary naszego życia  – od opieki zdrowotnej po przemysł. Wyposażone w algorytmy sztucznej inteligencji, precyzyjne czujniki i siłowniki, roboty humanoidalne oferują rozwiązania, które jeszcze niedawno wydawały się domeną fantastyki naukowej.

To już nie odległa przyszłość, lecz teraźniejszość, w której maszyny te co raz częściej są wykorzystywane do prac, które uwalniają nas od monotonnych i niebezpiecznych obowiązków. Jednocześnie mają zapewniać wsparcie w tych sektorach, gdzie liczy się empatia i interakcja przypominająca ludzką. Dzięki połączeniu cyfrowego intelektu z fizyczną formą, humanoidalne roboty mają potencjał nie tylko do rozwiązywania skomplikowanych problemów technicznych, ale także do sprostania wielu wyzwaniom społecznym. To technologiczna rewolucja, która powoli nabiera tempa – i jesteśmy świadkami jej narodzin.

Atlas od Boston Dynamics oraz Ameca – zaawansowana maszyna stworzona w Anglii, zaprojektowana do interakcji z ludźmi w celach rozrywkowych i społecznych – są tylko dowodem na niezwykły postęp, jaki dokonuje się w dziedzinie robotyki humanoidalnej. W ostatnich latach technologia ta nabiera niespotykanej dynamiki, przekształcając wizje z filmów science fiction w rzeczywistość.

Dane i analizy rynkowe

Rozwój robotów humanoidalnych to odpowiedź na jedno z największych wyzwań XXI wieku – globalny niedobór siły roboczej. Prognozy wskazują, że do 2050 roku populacja w wieku produkcyjnym w Europie zmniejszy się o 10%, podczas gdy zapotrzebowanie na pracę fizyczną będzie nadal rosło. Regionalizacja łańcuchów dostaw, presja inflacyjna i stagnacja wzrostu produktywności potęgują to wyzwanie, stawiając przed gospodarkami konieczność poszukiwania nowych, innowacyjnych rozwiązań.

Roboty humanoidalne, zdolne do wykonywania różnorodnych zadań precyzyjnie i efektywnie, stanowią potencjalne remedium na te problemy. Ich rozwój to nie tylko krok w stronę automatyzacji, ale także sposób na zrównoważenie potrzeb rynku pracy w obliczu zmian demograficznych i ekonomicznych. W erze, w której wydajność i elastyczność są ważnym punktem, humanoidy mogą okazać się nieocenionym wsparciem dla sektorów gospodarki zmagających się z brakami kadrowymi i rosnącymi wymaganiami operacyjnymi.

Platforma analiz i badań MarketsandMarkets opublikowała raport Humanoid Robot Market Size, Share & Growth gdzie przewiduje, że rynek robotów humanoidalnych wzrośnie z 2,03 mld USD w 2024 r. do 13,25 mld USD do 2029 r. przy CAGR wynoszącym 45,5% – wzrost ten jest spowodowany rosnącym zastosowaniem robotów w opiece zdrowotnej, edukacji i różnych gałęziach przemysłu, a także ciągłymi innowacjami wprowadzanymi przez kluczowych uczestników rynku.

Goldman Sachs Research w raporcie pt. Humanoid robot: The AI accelerant natomiast szacuje, że globalny rynek robotów humanoidalnych może osiągnąć 38 mld dolarów do 2035 roku.

Przy ambitnym scenariuszu, maszyny te mogą stać się filarem globalnej gospodarki już w najbliższych dekadach. Według prognoz firmy Roland Berger, do 2030 roku uniwersalne roboty humanoidalne mogą wejść do szerokiego użytku, a ich potencjał rynkowy do 2050 roku mógłby osiągnąć zawrotną wartość 1,5 biliona dolarów rocznych przychodów, przy sprzedaży 50 mln jednostek.

Realizacja tego zależy jednak od szeregu czynników. Postęp technologiczny tych maszyn musi nadążyć za wizją, rozwiązując wyzwania związane z wysokimi kosztami produkcji, złożonością techniczną oraz niepewnością regulacyjną. Dodatkowo, otoczenie prawne i społeczna akceptacja tych maszyn odegrają najważniejszą rolę w umożliwieniu ich masowego wdrożenia.

Obecnie większość robotów znajduje się na etapie prototypów. Jednakże, jeśli innowacje technologiczne będą wspierane przez sprzyjające regulacje i dynamiczny rozwój przemysłu, roboty humanoidalne mogą stać się jednym z najważniejszych narzędzi przyszłości – rewolucjonizując gospodarkę, sposób pracy i codzienne życie.

Największy udział w rynku robotów humanoidalnych posiada obecnie region azjatycki, który odpowiadał za blisko 35% przychodów rynkowych w roku 2023. Kraje takie jak Chiny, Indie i Japonia napędzają popyt na roboty humanoidalne. Co ciekawe chiński rząd założył fundusz robotów, aby wspierać badania i rozwój w sektorze robotów humanoidalnych.

Według danych brytyjskiej firmy badawczej Interact Analysis, co najmniej 16 uznanych firm na świecie aktywnie produkuje roboty humanoidalne, które potrafią poruszać się na dwóch nogach lub toczyć się na mobilnej podstawie, jednocześnie wyposażone w działające ramiona.

5 przykładów robotów humanoidalnych

Atlas: pionier robotyki humanoidalnej

Firma, uznawana za pioniera w dziedzinie robotyki humanoidalnej, po raz kolejny przesuwa granice technologicznych możliwości. Robot Atlas, który rozpoczął swoją drogę jako projekt badawczy, obecnie zmierza w stronę praktycznych zastosowań w świecie rzeczywistym. Dzięki współpracy z firmą Hyundai, Boston Dynamics rozwija kolejne generacje technologii, które znajdą zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym. Wspólne projekty służą jako poligon doświadczalny dla nowych możliwości maszyny, otwierając co raz szerzej drzwi do rewolucji w automatyzacji.

Można powiedzieć, że najnowszy, w pełni elektryczny model, wyznacza nowy standard w płynności i precyzji ruchu. Zdolność do obracania poszczególnych części ciała o 180 stopni oraz zastosowanie niestandardowych, wysoce elastycznych siłowników sprawiają, że Atlas nie tylko naśladuje ludzki ruch, ale także wykonuje zadania, które dla człowieka są niewykonalne. To podejście znacząco poszerza możliwości praktycznego zastosowania robota.

Jednym z ważniejszych usprawnień jest zmniejszenie promienia skrętu Atlasa, co ma ogromne znaczenie w pracy w ciasnych przestrzeniach, typowych dla środowisk przemysłowych. Nowo zaprojektowane dłonie robota, wzorowane na modelu hydraulicznym, zostały uproszczone do trzech palców, co ma zwiększyć ich funkcjonalność i dostosowanie do precyzyjnych zadań.

Tesla Optimus: Wizja Elona Muska

Optimus, czyli humanoidalny robot Tesli, stanowi odważny krok w kierunku wykorzystania zaawansowanych technologii motoryzacyjnych w robotyce, otwierając nowe możliwości w automatyzacji pracy. Został zaprojektowany z wykorzystaniem oprogramowania Full-Self Driving (FSD), które rewolucjonizuje sposób, w jaki roboty humanoidalne realizują powtarzalne i wymagające zadania.

Dzięki integracji technologii FSD, Optimus może poruszać się w otoczeniu z niezwykłą precyzją. Fuzja czujników oraz zaawansowane algorytmy podejmowania decyzji, znane z pojazdów Tesli, zostały zaadaptowane, aby umożliwić humanoidowi niezawodną nawigację oraz reakcję na dynamiczne warunki. Wyposażony w zaawansowane funkcje bezpieczeństwa, takie jak redundancja systemów w celu zwiększenia bezpieczeństwa funkcjonowania zapewnia niezawodną pracę w wymagających środowiskach.

Debiut Tesli na rynku robotyki humanoidalnej wzbudził ogromne zainteresowanie, nie tylko ze względu na technologiczną innowacyjność, ale również na kontrowersyjne odniesienia Elona Muska do serialu „Westworld” – sugestii dotyczących przyszłości, w której roboty mogłyby przekroczyć granice kontroli człowieka. Choć analogia wzbudziła mieszane emocje, Optimus z pewnością symbolizuje kolejną ambitną wizję Muska, w której roboty humanoidalne stają się integralnym elementem przyszłości pracy i automatyzacji.

Figure AI: pomagier na liniach BMW

Figure AI wszedł na scenę robotyki humanoidalnej z potężnym impetem, zdobywając finansowanie w wysokości 675 milionów dolarów i osiągając wycenę 2,6 miliarda dolarów. Firma skupia się na tworzeniu zaawansowanych humanoidalnych robotów napędzanych sztuczną inteligencją, które znajdują zastosowanie w sektorach, takich jak produkcja, logistyka i handel detaliczny.

Jednym z najbardziej innowacyjnych osiągnięć firmy jest robot 02, zaprojektowany z myślą o funkcjonalności przypominającej ludzką. Może on skutecznie radzić sobie z wyzwaniami, takimi jak poruszanie się po nierównym terenie czy delikatne manipulowanie przedmiotami. Figure AI wyróżnia się na tle konkurencji nie tylko technologicznymi innowacjami, ale także etycznym podejściem do robotyki. Firma koncentruje się na niemilitarnych zastosowaniach swoich robotów i współpracuje z czołowymi graczami w branży, takimi jak OpenAI i Microsoft, co dodatkowo wzmacnia jej pozycję rynkową w odpowiedzialnym rozwoju robotyki.

Niedawno roboty Figure pozytywnie przeszły testy w fabryce BMW:
https://polskiprzemysl.com.pl/wiadomosci-ze-swiata/roboty-humanoidalne-w-fabryce-bmw/

Apollo – ten który może zbuduje Twojego Mercedesa

Mierzy prawie 173 cm, waży ok 72 kg na przodzie „klatki piersiowej” posiada elektroniczny wyświetlacz. Wyposażony w kamery w „oczach” i chwytaki przypominające ludzkie dłonie w grubych czarnych rękawiczkach, robot został zaprojektowany z myślą o wykonywaniu zróżnicowanych zadań w wymagających środowiskach.

Obecnie w swojej ósmej wersji, potrafi zginać się w pasie i kolanach oraz przenosić ładunki ważące do 25 kg. Kluczową rolę odgrywają zaawansowane siłowniki, które napędzają robota – 32 na każdą jednostkę – i które przeszły aż 40 iteracji w procesie udoskonalania. To lata badań i doskonalenia pozwoliły firmie stworzyć robota, który jest zarówno mocny, jak i precyzyjny.

Przed końcem roku firma planuje wypuścić dziewiątą wersję Apollo, która ma być jeszcze bardziej zaawansowana. Nowy model będzie smuklejszy, pozbawiony widocznych przewodów, wyposażony w większą baterię oraz nowatorski ekran w „ustach”, który pozwoli robotowi na wyrażanie emocji poprzez zmieniające się wyrazy twarzy.

Obecnie Mercedes testuje te roboty do mało wymagających, powtarzalnych zadań:
https://polskiprzemysl.com.pl/wiadomosci-ze-swiata/robot-humanoidalny-apollo/

Ameca: najbardziej zaawansowany humanoidalny robot na świecie gotowy na spotkanie z ludźmi?

To niezwykle zaawansowany robot humanoidalny zaprojektowany z myślą o interakcji z ludźmi w celach rozrywkowych i społecznych. Dzięki 27 silnikom w swojej głowie potrafi precyzyjnie naśladować ludzkie wyrazy twarzy, co czyni komunikację z nim wyjątkowo naturalną. Wbudowane kamery w oczach umożliwiają robotowi „widzenie” otaczającego świata i interakcję z otoczeniem w sposób przypominający ludzki.

Inżynierowie w tym modelu osiągnęli zdolność humanoida do rozumienia i odpowiadania na pytania. Dzieje się tak dzięki integracji z dużymi modelami sztucznej inteligencji, takimi jak GPT-4 od OpenAI, który Engineered Arts obecnie testuje. Ta technologia pozwala robotowi nie tylko prowadzić rozmowy, ale także opowiadać dowcipy czy nawet naśladować głosy celebrytów.

Choć robot nie potrafi jeszcze chodzić, firma aktywnie pracuje nad wdrożeniem technologii, która umożliwi mu poruszanie się, co otworzy nowe możliwości dla jego zastosowania.

Trochę od technicznej strony, czyli konstrukcja robota humanoidalnego

To co widzimy na zewnątrz, można określić jako kompozycję czterech modułów, które wspólnie odpowiadają za działanie maszyny. Każdy z tych modułów pełni określone funkcje, które w ramach synergii pozwalają maszynie osiągać zamierzoną funkcjonalność.

Moduł sensoryczny

Moduł czujników w robotach humanoidalnych jest elementem, który pozwala im zbierać dane o otoczeniu, takie jak obrazy, dźwięki, temperatura czy informacje o położeniu. Dzięki zastosowaniu różnorodnych czujników – wizyjnych, dotykowych, audio i ciśnieniowych – roboty mogą skutecznie przetwarzać informacje z otoczenia. Szczególną rolę odgrywa system wzrokowy, ponieważ ponad 80% wiedzy człowiek zdobywa za pomocą wzroku. W humanoidach układ ten odgrywa główną rolę w percepcji i nawigacji.

Przykładem zaawansowanego wykorzystania modułu czujników jest Tesla Optimus. Wyposażony w 8 kamer, robot potrafi budować trójwymiarowe modele obiektów i analizować środowisko wokół siebie dzięki integracji z technologiami takimi jak LiDAR, kamery głębi oraz czujniki ultradźwiękowe. Korzystając z sieci Occupancy Networks, robot nie tylko precyzyjnie postrzega otoczenie, ale również błyskawicznie reaguje na dynamiczne zmiany, co jest dość istotnym elementem w zastosowaniach praktycznych.

Moduł sterujący

Moduł sterujący to tzw mózg robota humanoidalnego, odpowiedzialny za podejmowanie decyzji i precyzyjne sterowanie jego ruchem. To zaawansowany system, który integruje wydajne układy scalone, takie jak CPU, GPU czy akceleratory AI, umożliwiające wykonywanie skomplikowanych obliczeń w czasie rzeczywistym. Tutaj jednak najważniejszą rolę odgrywa oprogramowanie oparte na sztucznej inteligencji, które nadaje robotowi zdolność autonomicznego myślenia, uczenia się i adaptacji do otaczającego środowiska.

Duże modele językowe, takie jak GPT, przetwarzają niestrukturyzowane dane z modułów czujników, takich jak obrazy czy dźwięki, aby analizować kontekst sytuacji i generować odpowiednie polecenia. Dzięki algorytmom uczenia roboty mogą dostosowywać swoje zachowania do zmiennych warunków, optymalizując podejmowane decyzje na podstawie doświadczeń. Algorytmy te umożliwiają również takie funkcje, jak planowanie ścieżki czy podejmowanie decyzji w czasie rzeczywistym, przekładając generowane polecenia na precyzyjne działania modułów wykonawczych.

Przykładowo, roboty mogą optymalizować interakcje społeczne, takie jak powitania, dostosowując swoje reakcje na podstawie wskazówek emocjonalnych od ludzi. Dzięki temu mogą tworzyć bardziej naturalne i komfortowe interakcje, podnosząc standard współpracy człowieka z maszyną. Moduł sterujący, łącząc zaawansowaną technologię sprzętową i algorytmy AI, co czyni roboty coraz bardziej inteligentnymi i zdolnymi do efektywnego funkcjonowania w dynamicznych środowiskach.

Moduł wykonawczy / mechaniczny

Moduł wykonawczy przekłada polecenia z modułu sterującego na rzeczywiste ruchy robota, takie jak chodzenie, podnoszenie przedmiotów czy wykonywanie precyzyjnych operacji. Obejmuje on złożoną infrastrukturę technologiczną, w skład której wchodzą siłowniki (np. serwosilniki i urządzenia hydrauliczne), systemy sterowania i napędowe (np. serwonapędy), komponenty mechaniczne (takie jak reduktory, obudowy, łożyska) oraz elementy sprzężenia zwrotnego (np. enkodery).

Komponenty modułu wykonawczego:

• Siłowniki i serwonapędy: odpowiadają za dokładne wykonanie ruchów. Serwonapędy dynamicznie regulują pracę silników w oparciu o sygnały sterujące, dostarczając optymalną siłę i prędkość.
• Reduktory: takie jak reduktory harmoniczne, zwiększają moment obrotowy i zapewniają precyzję ruchu, co jest niezbędne do wykonywania zarówno siłowych, jak i delikatnych operacji.
• Enkodery: monitorują i raportują położenie elementów ruchomych, zapewniając ciągłe sprzężenie zwrotne, które pozwala na korekcję i precyzyjne odwzorowanie zadanych trajektorii.

Moduł wykonawczy musi radzić sobie z dynamicznymi naprężeniami o wysokiej częstotliwości, które są typowe dla złożonych ruchów humanoidalnych. Dlatego systemy połączeń i komponenty mechaniczne są projektowane tak, by wytrzymać duże obciążenia i częste ruchy, gwarantując tym samym niezawodność i trwałość. Oprócz głównego układu napędowego, istotne znaczenie mają także systemy pomocnicze, które zwiększają efektywność działania i minimalizują zużycie mechaniczne.

Dzięki współpracy wszystkich komponentów, moduł wykonawczy pozwala robotom naśladować podstawowe wzorce ruchu człowieka, zapewniając elastyczność i stabilność. To zaawansowanie technologiczne sprawia, że humanoidalne roboty mogą nie tylko precyzyjnie wykonywać zadania, ale również poruszać się w sposób płynny i naturalny, co jest ważne dla ich integracji w codziennych zastosowaniach.

Moduł zasilania

Moduł zasilania pełni rolę głównego źródła energii dla wszystkich systemów robota. Dostarcza stabilną i dynamicznie zarządzaną energię elektryczną, zapewniając sprawne funkcjonowanie wszystkich komponentów, od modułu sterującego po wykonawczy.

Komponenty modułu zasilania w robocie:

• System zarządzania bateriami (Battery Management System, BMS): monitoruje i optymalizuje wydajność baterii, zarządza procesem ładowania i zapobiega przegrzaniu lub przeciążeniu, co zwiększa bezpieczeństwo i żywotność systemu.
• Falowniki: konwertują energię z baterii na formę odpowiednią dla zasilania różnych podzespołów, umożliwiając efektywne działanie w szerokim zakresie obciążeń.
• Jednostki dystrybucji zasilania (Power Distribution Units, PDUs): dynamicznie rozdzielają energię pomiędzy moduły w zależności od aktualnych potrzeb robota, co pozwala na maksymalną efektywność energetyczną.
• System chłodzenia: utrzymuje optymalną temperaturę pracy podzespołów zasilania, zapobiegając przegrzewaniu się i utracie wydajności podczas intensywnych operacji.

Moduł zasilania działa w sposób zintegrowany, dostosowując dystrybucję mocy do wymagań konkretnego zadania. Na przykład, w trakcie podnoszenia ciężkich obiektów lub intensywnej pracy siłowników, dostarcza więcej energii do modułu wykonawczego, jednocześnie minimalizując zużycie w mniej obciążonych obszarach. Stabilność dostarczania energii eliminuje ryzyko przerw w działaniu, co jest kluczowe w zastosowaniach wymagających niezawodności.

Odpowiednio zaprojektowany nie tylko zwiększa wydajność humanoida, ale również umożliwia jego dłuższą i bardziej niezawodną pracę. Dzięki dynamicznemu zarządzaniu energią, roboty mogą skutecznie wykonywać skomplikowane zadania w różnych środowiskach, utrzymując jednocześnie stabilność działania i bezpieczeństwo systemu.

Podsumowanie

Firmy takie jak Boston Dynamics, Hanson Robotics i Engineered Arts pokazują, że humanoidy mogą stać się nie tylko innowacyjnymi narzędziami, ale także partnerami w pracy i codziennym życiu. Wyposażone w sztuczną inteligencję, zaawansowane sensory i zdolności do interakcji, mają potencjał, by stworzyć i zdefiniować nową „relację” człowiek-robot.

Dzięki ogromnym inwestycjom i mocnemu zaangażowaniu takich państw jak Chiny, Japonia czy USA, rynek robotyki humanoidalnej rozwija się bardzo dynamicznie, wywierając wpływ na różne branże: od produkcji, przez opiekę zdrowotną aż po edukację. Automatyzacja, produktywność i nowe możliwości pracy zdalnej to tylko początek ich ogromnego potencjału. Wizjonerzy, tacy jak Elon Musk, przewidują, że wartość rynkowa humanoidalnych robotów może przewyższyć najbardziej zaawansowane technologie, które dziś znamy.

W obliczu takiego rozwoju stajemy przed pytaniem nie tylko o to, jak te maszyny zmienią naszą rzeczywistość, ale także o to, co oznacza bycie człowiekiem w świecie, gdzie granica między biologią a technologią staje się coraz cieńsza. Ewolucja robotów humanoidalnych to nie tylko krok technologiczny, ale też społeczny i filozoficzny. Początek czegoś nowego, czegoś co będziemy doświadczać w czasie najbliższych dziesięcioleci.