211service.com
Maak plaats voor robots
Door onze omgeving op kleine, eenvoudige manieren te veranderen, kunnen robots effectiever (en veiliger) samenwerken met mensen.
23 februari 2021
Jack Snelling
AI die leidt tot minder auto-ongelukken en minder verkeersopstoppingen. Persoonlijke augmentatiesystemen die mensen helpen groeien naarmate ze ouder worden. Robotic verplegers die spoedeisende hulp veiliger en efficiënter maken. In hun nieuwe boek Wat te verwachten als je robots verwacht , Laura Major, SM ’05 en Julie Shah ’04, SM ’06, PhD ’11 zien zulke Jetson-achtige voordelen van samenwerking tussen mens en robot.
Mensen lijken zich zorgen te maken of robots ons ooit overbodig zullen maken — of ze slimmer, sneller, beter zullen worden dan hun menselijke scheppers. Maar de realiteit is dat robots en mensen waarschijnlijk altijd goed zullen zijn in verschillende dingen, schrijven ze. Het is mogelijk dat sommige van onze meest hardnekkige maatschappelijke problemen beter kunnen worden aangepakt door het soort samenwerking dat we voor ogen hebben.
Major en Shah zijn zeer geschikt om de toekomst van samenwerking tussen mens en robot te verkennen: Major is CTO van Motional, een autonoom rijdende joint venture van Hyundai en Aptiv, en Shah, universitair hoofddocent aero-astro, richt zich op industriële mens-robot samenwerking als directeur van MIT's Interactive Robotics Lab. Dit fragment uit hun boek onderzoekt hoe we de omgeving op kleine manieren kunnen aanpassen om van robots effectieve medewerkers te maken.
Laura Major, SM '05
Julie Shah, '04, SM '06, PhD '11'
DENNIS KWAN
Het is het einde van de dag op een vrijdag en je bent dit weekend niet in het winkelcentrum geweest om gunsten op te halen voor het verjaardagsfeestje van je kind. U logt dus in op Amazon om te zien wat er beschikbaar is voor levering de volgende dag. Naast de gunsten vind je gloeilampen om de doorgebrande lamp in je tafellamp te vervangen, en spot je een nieuw boek waar je voor gaat. Je klikt op Mijn bestelling plaatsen, en korte tijd later vliegen robots in de fulfilment-magazijnen van Amazon weg om ervoor te zorgen dat het precies op tijd bij je wordt afgeleverd.
Het magazijn staat vol met kleine, platte robots die onder planken schuiven die vol zitten met alles, van blenders tot wollen jassen tot tafelzagen. Wanneer uw bestelling in de wachtrij staat, worden robots in de buurt van de schappen met uw producten op de hoogte gebracht. Ze schuiven onder de vereiste planken, tillen ze op en ritsen door het magazijn, stoppen en starten, bewegen naar links en rechts, dansen rond alle andere robots die ook door het magazijn bewegen. Het is echt een prachtig gezicht.
Het zal je echter verbazen dat deze robots meestal blind zijn. Uitgerust met slechts een paar sensoren navigeren ze door hun wereld door recht naar beneden te kijken naar papier dat door menselijke arbeiders op de vloer is geplakt. Het magazijn is één groot raster, met een uniek papieren patroon dat op de vloer van elk rastervierkant is geplakt. De robots volgen eenvoudig de reeks papieren patronen die ze passeren om hun locatie te bevestigen. Wanneer een van de stukjes papier wordt verscheurd door de wielen van de robots, pauzeert een persoon de robots om de ruimte in te lopen en het papier opnieuw op de grond te plakken. Amazon heeft 175 fulfilmentcentra over de hele wereld, en deze robots razen momenteel rond in 26 ervan en werken samen met mensen om uw bestellingen te vervullen.
Dit klinkt misschien als een hacky oplossing, ontwikkeld door een startup om de robots de deur uit te krijgen. Maar Amazon, een van de meest succesvolle bedrijven ter wereld, kiest er nog steeds voor om papier op de vloer te plakken. Waarom? Robots met minder sensoren zijn minder duur en zullen minder snel falen. Robots zijn veel betrouwbaarder als je ze programmeert om een patroon van papieren op de grond te volgen dan als je ze probeert de wereld om hen heen te laten observeren, obstakels te detecteren, een pad rond de obstakels te plannen en dan verder te zoeken naar hun bestemming . Soms is simpel het beste.
Onze samenlevingen zijn momenteel niet gebouwd om aan de behoeften van onafhankelijke robots te voldoen, en het is niet duidelijk dat we eenvoudig robots kunnen maken die alleen nodig hebben wat onze infrastructuur momenteel biedt.
Terwijl zaken als verkeerslichten, snelheidsborden, oranje kegels, opritten en zebrapaden mensen helpen om bestuurders- en voetgangersactiviteiten veilig en efficiënt te coördineren, hebben robots nog meer structuur en ondersteuning van de omgeving nodig. Hun sensorische systemen nemen veel gegevens op over de wereld om hen heen, maar ze zijn niet zo goed als wij om er betekenis aan te ontlenen.
Het goede nieuws is dat we onze omgeving op kleine, eenvoudige manieren kunnen veranderen, waardoor de wereld voor robots veel gemakkelijker wordt - en veiliger voor ons. De luchtvaart biedt een goed voorbeeld.
Leren van de vriendelijke luchten
De gemiddelde vliegtuigpassagier realiseert zich waarschijnlijk niet dat vliegtuigen in banen vliegen en een virtueel spoor van broodkruimels volgen die zijn ontworpen rond een netwerk van vaste grondbakens die een revolutie teweegbrachten in de luchtvaartveiligheid. Deze navigatiehulpmiddelen helpen de piloot en luchtverkeersleiders om de locatie van het vliegtuig te volgen en werden al lang gebruikt voordat GPS bestond. Het luchtruim is ook verdeeld in verschillende vliegniveaus en sporen die fungeren als rijstroken op een snelweg, behalve dat deze rijstroken erg breed (en hoog) zijn om de hoge snelheid van vliegtuigen, mogelijke fouten in locatieschattingen en andere factoren, zoals de zog wervelingen gecreëerd door elk vlak. Tegenwoordig zijn de verticale rijstroken 300 meter van elkaar gescheiden. Deze banen in de lucht minimaliseren de kans dat vliegtuigen elkaar onverwachts kruisen en botsen. Ze vereenvoudigen ook de procedures voor het beheer van het luchtverkeer. Als bijvoorbeeld twee vliegtuigen zich op een aanvaringskoers bevinden, in plaats van te proberen precies te berekenen wanneer elk vliegtuig op het aanvaringspunt zal aankomen, of een van de piloten een kleine manoeuvre aan te bevelen om de botsing te voorkomen, vragen luchtverkeersleiders er meestal aan om klim 300 voet - en dan komen de twee vliegtuigen gegarandeerd niet dicht bij elkaar, omdat ze zich in afzonderlijke rijstroken bevinden.
Het op deze manier structureren van het luchtruim heeft een enorme impact gehad op de efficiëntie en veiligheid van het luchtvervoer, omdat het duidelijke regels biedt die het gedrag van elk vliegtuig in de lucht regelen.
Naast het nadenken over hoe het luchtruim veilig wordt gedeeld, biedt de geschiedenis van luchtvaartnavigatie nog andere lessen om effectief met robots te leren werken. Vanaf het begin van de luchtvaart moesten vliegtuigen zorgvuldig worden gecoördineerd. In het begin gebruikten we 's nachts gewoon vreugdevuren aan het einde van landingsbanen en piloten zochten naar het laaiende licht om te vinden waar ze moesten landen. Vervolgens werden bakens geïnstalleerd en konden vliegtuigen radionavigatie gebruiken om zelfs op een bewolkte dag de landingsbaan te vinden. Zenders zenden een gemoduleerd signaal uit, dat in het vliegtuig wordt ontvangen. De positie van de zender wordt berekend aan de hand van de vliegtijd tussen ontvangen signalen en deze gegevens worden gebruikt om de positie van het vliegtuig te bepalen. Aanvankelijk werd dit met de hand berekend; nu is het geautomatiseerd en extreem robuust. De Tweede Wereldoorlog bracht ons radartoezicht, waardoor luchtverkeersleiders vliegtuigen konden volgen zonder afhankelijk te zijn van zenders, vooral in overbelast luchtruim zoals het gebied rond luchthavens.
Maar de echte revolutie in het luchtverkeer kwam in 1956, na de botsing van twee vliegtuigen boven de Grand Canyon. De vliegtuigen opereerden in een ongecontroleerd luchtruim, waar van piloten wordt verwacht dat ze andere vliegtuigen zien en vermijden zonder enige hulp van buitenaf. Beide piloten manoeuvreerden rond verspreide stapelwolken om een beter zicht op de kloof te krijgen, en beiden gingen dezelfde wolk binnen, waardoor ze elkaar onmogelijk konden zien. Alle 128 passagiers werden gedood.
Deze botsing in de lucht, die plaatsvond tijdens de opkomst van de commerciële luchtvaart, zorgde voor paniek. Luchtvaartregels hadden destijds geen goede manier om vliegtuigen tegen dergelijke conflicten te beschermen. De oplossing was om het beheer van het luchtruim te centraliseren. Het Amerikaanse Congres heeft 250 miljoen dollar toegewezen om het luchtwegsysteem van het land te upgraden en heeft de Federal Aviation Administration (FAA) opgericht, waardoor het een brede bevoegdheid krijgt om luchtvaartgevaren te bestrijden. De FAA verplichtte een ruime scheiding tussen vliegtuigen en geplande superskyways om grote steden aan de oost- en westkust met elkaar te verbinden, waarbij het luchtruim werd uitgehouwen met afzonderlijke regels om zwaar reizen over het land te vergemakkelijken.
Zullen we ooit zo'n centraal agentschap nodig hebben om regels te creëren, externe navigatieondersteuning te ontwikkelen en andere aspecten van robotbediening en -besturing te reguleren? Mogelijk. Maar op zijn minst zal samenwerking met de industrie voor het onderhandelen over de gedeelde bronnen die deze robots zullen gebruiken - onze wegen, trottoirs, gangen en gangpaden - van cruciaal belang zijn.
Veilig werken, zij aan zij
Sinds een paar jaar leren fabrieken werken met robots. Tegenwoordig staan autofabrieken vol met grote, snel bewegende robotarmen die alleen werken in sterk gecontroleerde omgevingen die zijn opgesloten in kooien. De onderdelen die de robots hanteren, moeten nauwkeurig worden geplaatst - als ze ook maar een paar millimeter uit de pas lopen, komt de hele operatie tot stilstand. En de robots kunnen geen mensen in de buurt voelen. Als iemand hun ruimte zou betreden, zou dat een aanzienlijk veiligheidsrisico zijn.
De waarheid is echter dat relatief weinig werk in de meeste fabrieken, zelfs autofabrieken, zo zorgvuldig kan worden gestructureerd voor robots. Een carrosserie kan bijna volledig door robots worden gebouwd, maar de rest van het werk - het installeren van bedrading, stoelen en dashboardelementen - wordt nog steeds bijna volledig door mensen gedaan. Dit werk kan en zal de komende tijd niet exclusief door robots worden uitgevoerd, omdat het vaardigheden vereist die robots nog niet hebben. Maar productie-ingenieurs realiseren zich dat het werk dat robots al doen, zoals assembleren, lassen en verpakken, beter en sneller kan als robots uit hun kooien worden bevrijd om naast mensen te werken. In plaats van te proberen de taken van een menselijke arbeider te reproduceren, kunnen robots de mens actief helpen - bijvoorbeeld door het juiste onderdeel op het juiste moment over te dragen - en zo de productiviteit van de lijn drastisch te verbeteren. Onze onderzoeken en andere onderzoeken tonen zelfs aan dat met een nauwe samenwerking tussen mens en robot, taken veel efficiënter kunnen worden uitgevoerd - tot 85% sneller - dan wanneer mensen assemblagetaken uitvoeren zonder robothulp.
Zullen we ooit een centrale instantie als de FAA nodig hebben om regels op te stellen, externe navigatieondersteuning te ontwikkelen en andere aspecten van robotbediening en -besturing te reguleren? Mogelijk.
Bedrijven gaan daarom de uitdaging aan om deze complexe machines te beheren op een manier die veilig is voor de mensen om hen heen. De slimme robot die nodig is om de voortgang van mensen te volgen en te anticiperen op wat ze nodig hebben, staat ver af van de blinde industriële robot in een kooi, of zelfs van de robots in de magazijnen van Amazon die navigeren met behulp van papieren markeringen. Fabrieken hebben tegenwoordig technologie nodig die een meer intieme dans van mensen en machines mogelijk maakt, net zoals de moderne complexe choreografie van vliegtuigen die kriskras door de lucht vliegen. En om deze technologie te laten werken, hebben we faalveilige methoden nodig om ervoor te zorgen dat robots hun collega's geen kwaad kunnen doen.
Onlangs hebben wetenschappers nieuwe, dynamische manieren gecreëerd om persoonlijke ruimte voor mensen en robots te markeren, en dit maakt een nauwe fysieke samenwerking in de productie mogelijk zonder werknemers in gevaar te brengen. In plaats van een statische afbakening van robot- en menselijke ruimte, is de industriële omgeving uitgerust met nieuwe sensoren die effectief functioneren als virtuele hekken.
Als een persoon dichtbij een robot komt en het virtuele hek overschrijdt, stopt de robot onmiddellijk met bewegen. In meer geavanceerde omgevingen worden sensoren gebruikt om dynamische veiligheidszones te creëren, waarin de afstand tussen de persoon en de robot actief wordt bewaakt. Naarmate de persoon de robot nadert, vertraagt de robot, waardoor de persoon de tijd heeft om te reageren voordat de robot volledig stopt.
Net zoals vliegtuigen verschillende regels hebben voor scheiding in de lucht, moeten industriële robots voldoen aan de zogenaamde snelheids- en scheidingsbewakingsnormen, waarbij gespecificeerde afstanden tot mensen worden aangehouden op basis van hun snelheid. Hoe sneller de robot beweegt, hoe verder weg hij van mensen moet blijven, en als een persoon de robot nadert, moet hij vertragen en stoppen. Een van de eerste systemen van dit soort werd in 2017 ingezet in een BMW-fabriek in München. Een menselijke medewerker werkte onder een torenhoge oranje industrierobot, twee tot drie keer zijn lengte, terwijl ze veilig over de gedeelde fabrieksvloerruimte onderhandelden om auto's te bouwen.
Deze eenvoudige schakelaars, van fysieke kooien naar virtuele hekken en van statische afbakening van veilige ruimte tot dynamische aanpassing van veilige zones, maken het voor mensen en robots gemakkelijker om samen te werken aan productietaken, ze efficiënter of volgens een hogere standaard uit te voeren dan mensen of robot zou kunnen bereiken alleen werken.
De verkeersregels voor het werken met robots hoeven niet statisch te zijn. Ze kunnen zich in de loop van de tijd aanpassen naarmate robots vaardiger worden en we eraan gewend raken. Naarmate robots evolueren, kunnen we ze uit hun vaste rijstroken halen. Door meer dynamische onderhandelingen over gedeelde bronnen, kunnen we grote sprongen maken in de richting van de integratie van robots in menselijke omgevingen.
Aangepast van Wat kunt u verwachten als u robots verwacht: de toekomst van samenwerking tussen mens en robot, door Laura Major en Julie Shah. auteursrechten 2020. Verkrijgbaar vanaf Basisboeken , een imprint van Hachette Book Group.