Pierwsze systemy operacyjne dla robotów

Pierwsze systemy operacyjne dla robotów

Odbywająca się w lipcu w Pasadenie Międzynarodowa Wspólna Konferencja Sztucznej Inteligencji (IJCAI) stała się okazją do przypomnienia niechętnie poruszanego, a gnębiącego robotykę od lat problemu: dlaczego roboty mogą ze sobą współpracować, a ich twórcy nie? Każdy robot produkowany jest indywidualnie z myślą o konkretnym zastosowaniu.

Pojawia się jednak szansa na to, by ten smutny stan rzeczy zmienić. Robotycy zaczynają dostrzegać wspólne cechy swoich robotów i myśleć o standaryzacji niektórych ich elementów. Być może w przyszłości pozwoli to opracować wspólny system operacyjny, otwarty i powszechnie dostępny. Takie podejście zdjęłoby z konstruktorów część żmudnej pracy i pozwoliło skupić im się na innych aspektach.

Pierwszą cechą wspólną wszystkich robotów jest to, że każdy jest inny. „Łatwiej jest dziś budować wszystko od podstaw, gdyż wymagania każdego zespołu konstruktorów są zupełnie inne.” – stwierdziła Anne-Marie Bourcier z paryskiego Aldebaran Robotics, gdzie powstaje półmetrowy humanoid o imieniu Nao.

Niektóre roboty, jak Nao, są niemalże samodzielne. Natomiast inne, jak powstały w Barrett Technology UBot, są na wpół samodzielne, co oznacza, że niektóre czynności, jak balansowanie realizują same, a inne, jak sterowanie, pozostawione jest operatorowi.

Praktycznie każdy robot naukowy zbudowany jest w określonym celu. Kluczową umiejętnością UBota jest jego samodzielne utrzymywanie równowagi, nawet gdy jest popychany, co ma ogromne znacznie dla robotów, które miałyby pracować wśród niezdarnych ludzi. Natomiast Nao potrafi chodzić, a nawet wykonywa ćwiczenia kung-fu, ale pod warunkiem, że jest na płaskiej, gładkiej powierzchni. Nie jest natomiast w stanie utrzymać równowagi, gdy zostanie z niej wytrącony.

Wreszcie, każdy robot dysponuje swoim własnym unikalnym sprzętem oraz oprogramowaniem, przez co takie zdolności jak balansowanie zaimplementowane w jednym robocie, jest bardzo trudne do przeniesienia do innego.

Bourcier porównuje przyszłość robotyki do rewolucji jaką w dziedzinie komputerów osobistych wywołało wprowadzenie przez Microsoft systemów: DOS i Windows. Umożliwiły one programistom bez gruntownej znajomości sprzętu, czy systemu plików tworzyć nowe aplikacje bazując na pracy innych.

Osiągnięcie takiego stanu rzeczy w robotyce nie będzie jednak łatwe. „Robotyka jest dziś na etapie, na jakim komputery osobiste były 30 lat temu.” – stwierdził Chad Jenkins z Brown University w Providence. Podobnie jak komputery w latach siedemdziesiątych i wczesnych osiemdziesiątych, roboty korzystają dziś z własnych unikalnych systemów operacyjnych. „W jakimś punkcie musimy się wreszcie spotkać, by móc czerpać ze wspólnych zasobów.” – dodał Jenkins.

Pragnienie to ma swoje korzenie we frustracji, stwierdził Brian Gerkey z Willow Garaże, firmy zajmującej się badaniami nad robotyką. „Ludzie raz po raz wciąż na nowo odkrywają koło, zajmując się rzeczami, które często są odległe od istoty ich celu.” – powiedział Gerkey.

Na przykład, gdy ktoś prowadzi badania nad rozpoznawaniem obiektów, pragnie skupić się na projektowaniu lepszych algorytmów do rozpoznawania obiektów, a nie pisaniu kodów sterujących kołami robota. „Wiesz, że te rzeczy ktoś już wcześniej przed tobą zrobił, w dodatku pewnie lepiej.” – stwierdził Gerkey. Jednakże bez wspólnego systemu operacyjnego, korzystanie z cudzego kodu jest niemożliwe.

Wyzwanie polegające na zbudowaniu systemu operacyjnego dla robotów, który by się przyjął i rozpowszechnił jest o wiele trudniejsze niż miało to miejsce w przypadku komputerów. „Problemy rozwiązywane przez komputery są dość dokładnie określone.” – stwierdził Gerkey. „Trudno jest osiągnąć taki poziom abstrakcji w interakcjach ze światem rzeczywistym.” – dodał.

Mając świadomość karkołomności podjętego wyzwania, robotycy zaczynają jednak tworzyć pierwsze wspólne systemy. Robot Operating System (ROS) jest zestawem programów open-source stworzonych do obsługi wspólnej platformy dla robotyki. Został stworzony przez zespoły ze: Stanford University, Massachusetts Institute of Technology, oraz niemieckiego Technical University of Munich.

ROS dysponuje zestawem komend, które, na przykład, zapewniają kontrolę nad nawigacją robota, jego ramionami, chwytakami, czy czujnikami, bez konieczności znajomości szczegółów ich działania. System ten zawiera również komendy wyższego poziomu dla takich działań, jak: rozpoznawanie obrazu, czy otwieranie drzwi. Gdy ROS uruchamia się na komputerze robota, prosi o określenie zestawu parametrów, jak: długość segmentów ramion, czy sposób ich obracania się. Następnie udostępnia tak pozyskane informacje algorytmom wyższego poziomu.

Często jest tak, że gdy zespół skonstruuje, na przykład, lepszy system nawigacji, publikuje wyniki swojej pracy, jednakże nie kod programu. Inni nie tylko nie są w stanie wykorzystać odkrycia, ale nawet zweryfikować jego wyników. „To bardzo użyteczne mieć ludzi niejako pilnowanych przez współną platformę.” – stwierdził Giorgio Metta, robotyk z Italian Insitute of Technology w Genui. „Będą oni zmuszeni do budowania rzeczy, które naprawdę działają, gdyż ktoś inny będzie mógł je sprawdzić. Myślę też, że ważne jest, by była ona nieco bardziej zorientowana na zastosowania naukowe.” – dodał.

ROS nie jest jedynym systemem operacyjnym dla robotów, który ubiega się o miano standardu. Microsoft, na przykład, próbuje stworzyć swój własny ‘Windows dla robotów’ na bazie Robotics Developer Studio, produktu dostępnego na rynku od 2007 roku.

Gerkey ma nadzieję zobaczyć kiedyś ‘sklep z aplikacjami dla robotów’, gdzie będzie można przyjść, kupić i wgrać program dla robota tak łatwo jak dziś na telefon. „Będzie to oznaczało, że rozwiązaliśmy wiele poważnych problemów.” – dodał.

(lk)