Článek
Po chodbách ČVUT v Praze, ve staré budově u Karlova náměstí, kráčí nový člen týmu. Jeho čtyři nohy našlapují rychle a přesně, jeho elektrické klouby hlasitě vrčí a hlavy studentů se otáčejí. Přestože už tohoto robota všichni naživo viděli, stále jeho přítomnost působí trochu jako sci-fi. Jako kdyby mezi námi opatrně našlapovala budoucnost.
Spot má pět kamer a trojrozměrné senzory. Díky nim udržuje přehled o svém okolí a neustálé posuzuje, kam může došlápnout svými pogumovanými nohami. Je opatrný a ohleduplný, lidem uhýbá, někdy možná až moc. „Spot má tendenci dělat úšlapy stranou. Takhle už nám rozšlápl jiného robota,“ směje se Tomáš Rouček, postgraduální student katedry počítačů FEL ČVUT.
Tomáš Rouček ovládá Spota pomocí speciálního tabletu. Hodně věcí ale dělá Spot sám od sebe, reaguje totiž na své okolí.
„Nebyl to záměr. Prostě kdykoli má robot nějakou chytrou automatiku, tak to je svým způsobem komplikace,“ vysvětluje Rouček a dodává, že automatiku lze případně vypnout.
Ale ač může být tato „chytristika“ občas komplikací, je to zároveň jedna z největších výhod čtyřnohého Spota. S maličkostmi (nerovný terén, úzké dveře nebo nepozorný chodec) si totiž díky ní obvykle poradí úplně sám.
Lidé a zvířata se mohou díky svým nohám dostat na každé místo na světě. To je důvod, proč mají naši roboti nohy.
To mu umožňuje přijímat a spolehlivě plnit složitější příkazy a orientovat se ve světě, který je nepřátelský vůči kolům, ale jako stvořený pro bytosti s nohama. A je to hlavní důvod, proč je Spot přelomový. Může si ho totiž koupit skoro kdokoli a přizpůsobit si ho k tomu, aby dělal skoro cokoli.
„Lidé a zvířata se mohou díky svým nohám dostat na každé místo na světě. To je důvod, proč mají naši roboti nohy,“ vysvětlil Marc Raibert, zakladatel Boston Dynamics.
Robot s nejlepším PR na světě
Čtyřnohého robota Spota určitě nevidíte poprvé v našem článku. Firma Boston Dynamics si dává záležet na soustavné tvorbě krátkých videoklipů, které mají vtipně ukázat robotovy schopnosti. A tak Spot tančí se svými dvounohými robotickými kolegy, pomáhá firmám dohlížet na sklady, tancuje sólo, otevírá si dveře speciální rukou, tancuje i se čtyřnohými kolegy nebo táhne kamion.
Takže když v září 2019 Spot vstoupil na trh a stal se dostupným pro kohokoli, kdo měl zbytných 1,6 milionu korun, nebylo třeba nijak zvlášť představovat jeho pohybové schopnosti.
Parametry Spota byly známy předem a o jeho schopnostech díky populárním videoklipům všichni věděli. Přesto se experti z ČVUT převážně shodli, že „naživo“ je Spot ještě obdivuhodnější než na videu.
„Já osobně jsem byl příjemně překvapen, že funguje tak, jak je inzerováno. To je u jiných robotických platforem problém. YouTube je plný atraktivních robotů, ale realita je pak jiná.“ Nikdy si totiž nemůžete být jistí, kolikrát to video natáčeli, než se jim povedlo. Spot ale podle něj funguje už z krabice tak, jak má.
Pomocí speciálního tabletu s Androidem může robota kdokoli ovládat a vyzkoušet si jeho možnosti na vlastní kůži. Zkusil jsem si to za asistence odborníků i já. Na displeji okamžitě vidíte, co vidí robot svými kamerami.
Ovladač robota připomíná gamepad křížený s tabletem.
Ovládání je ale jiné, než když ovládáte autíčko na dálkové ovládání nebo třeba dron. Spot poslouchá příkazy spíše jako kůň než jako robot. Vnímá své okolí a pečlivě našlapuje tam, kam může. Vyhýbá se překážkám, umí projít dveřmi a během chůze neustále mapuje terén.
Navigace robota po chodbách ČVUT.
Dokonce můžete kliknout na místo na displeji a robot na to místo sám dojde, podobně, jako kdybyste ovládali postavu v nějaké strategické počítačové hře. Pozor ale na náhodné dotyky, při pokusu kliknout na tlačítko nastavení můžete omylem robota poslat na nesmyslné místo. Sice je dost chytrý na to, aby se mu nic nestalo, ale stejně je to nepříjemné.
Robotická platforma pro vlastní inteligenci
Tým vývojářů na ČVUT rozhodně neplánuje, že by se spokojili s ovládáním přes tablet. To používají právě na předvádění Spota novinářům, zkoušení pohybových schopností nebo přecházení z místa na místo. Hlavní uplatnění ale Spot najde úplně jinde.
„Spot je první pozemní robot, kterého můžete řídit na vyšší úrovni,“ popisuje Tomáš Svoboda, vedoucí katedry kybernetiky FEL ČVUT. „Když to zjednoduším, tak byste mu mohl nahrát plánek budovy a říci, tudy budeš chodit. Pro nás je důležité to, že umí samostatně, bez přímého řízení operátora procházet nesnadným terénem. Umí vycházet i scházet ze schodů, umí se vyrovnávat s nepříjemným terénem. Je v tom zúročeno to ohromné úsilí firmy Boston Dynamics, která na něm dlouhá léta pracovala.“
Zkonstruovat a naprogramovat robota, který něco takového zvládne, není nemožné. Dokonce i na ČVUT mají několik robotů vlastní výroby, kteří se umí například pomocí šesti nohou pohybovat v neznámém terénu. Je to ale nesmírně náročné na čas. „Když to někdo udělá za vás, můžete se soustředit na zajímavější věci,“ dodává.
„Naopak pro jiné studenty je atraktivní ta hardwarová konstrukce a řízení na té nejnižší úrovni,“ říká Svoboda. „Ale pro ně tady robotů máme dost.“
„Pro určitou skupinu studentů, které zajímá především řízení a umělá inteligence, tak pro ně je velmi frustrující, když stroje selhávají z banálních příčin. Třeba že dojde k přetížení motoru nebo nestabilitě,“ vysvětluje Svoboda. „Tahle robustní platforma je od toho odstíní.“ Mohou rovnou vyvíjet vyšší „inteligenci“ a ty základní „instinkty“ nechat na Spotovi.
Tím se dostáváme k tomu, co má Spot na zádech. Ale napřed si musíme udělat malou odbočku pod zem, aby nám Spotův náklad dával smysl.
DARPA Challenge: Podzemní soutěž robotů
Robot Spot není na Fakultě elektrotechnické ČVUT osamocený. Je součástí týmu asi dvaceti lidí a pěti robotů. Tým má zkratku CTU-CRAS-NORLAB (Czech Technical University – Center for Robotics and Autonomous Systems – Northern Robotics Laboratory) a účastní se prestižní soutěže DARPA Subterranean Challenge (podzemní robotická výzva amerického ministerstva obrany).
Výzva DARPA SubT prověří, jak se roboti vyrovnají s třemi typy podzemního terénu.
Každý tým má za úkol pomocí autonomních robotů prozkoumat náročný terén: tunely, jeskyně nebo městské sklepy a podzemí. Tým má 30 minut na uvedení robotů do provozu a ti pak vyrážejí do akce. Samostatně prozkoumají terén a hledají objekty zájmu: zraněné lidi, vysílačky, přístroje vydávající zvuky apod.
Český tým letos v září vyrazí do USA obhajovat své třetí místo z předchozích kol výzvy DARPA. A právě dosavadní zkušenosti vedly k nákupu čtyřnohého Spota. „Hlavním spouštěčem bylo, že v předchozím kole (Urban Circuit v podzemní elektrárně ve státě Washington) jeden konkurenční tým ty Spoty měl,“ vzpomíná Svoboda. „A ti roboti se jim velmi osvědčili. Díky nim, myslím, ten tým hlavně vyhrál.“ Protože český tým dostal od amerického ministerstva obrany finanční subvenci 1,5 milionu dolarů (asi 33 milionů korun), nebyl s nákupem nejmodernějšího hardware problém.
Spot prohledává jeskyně u Býčí skály.
Čtyřnohý Spot má nyní jen pár měsíců na to, aby se začlenil do týmu. „Každý z našich kolových, pásových, létajících a šestinohých záchranářských robotů, se kterými jsme absolvovali předchozí kola DARPA Subterranean Challenge, je nějakým způsobem odlišný, má specifický způsob pohybu a sestává z desítek subsystémů,“ uvádí Jan Faigl, vedoucí laboratoře výpočetní robotiky Centra umělé inteligence FEL ČVUT. „Spot je podle dosavadních poznatků skvěle disponován pro autonomní pohyb v náročném terénu zejména díky jedinečným algoritmům pro chůzi.“
Tým už Spotovy pohybové schopnosti v červnu otestoval v jeskyních v Býčí skále v Moravském Krasu u Brna. Pohyb v jeskyních zvládal, jen na schodech s oblými hranami mu to klouzalo více, než vědci čekali: „My ho docela trápíme,“ směje se Jan Faigl z Centra umělé inteligence FEL ČVUT. „Spíš než co umí, nás teď zajímá, co neumí.“ Limity robota totiž musí zapracovat do svého modelu, aby jej neposílali na místa, kam se dostat nedokáže.
Batoh plný senzorů a počítačů
Velkou výhodou Spota je jeho možnost rozšířit jej. Na zádech totiž unese až 14 kg nákladu. Přímo Boston Dynamics nabízí různé příslušenství, třeba robotickou paži nebo pokročilé kamerové systémy.
Studenti ČVUT ale pro Spota vyvíjejí „batůžek“ vlastního návrhu a výroby. „Pro nás je každá robotická platforma vlastně jen vozítkem pro senzory a pro naši techniku,“ podotýká student Tomáš Rouček, který mi robota předvádí. „Ovšem velkou výhodou této platformy je to, že je stavěna jako chodící, pro co je stavěná i naprostá většina lidských prostředí.“
Na co Spot stavěný není, to je vyhodnocování situace a generování vlastních „nápadů“. Podobá se koni, který sice umí chytře dojít, kam mu řeknete. Nevydá se někam, kde by to pro něj bylo nebezpečné. Vyrovná se s překážkami a umí uhnout z cesty, aby do nikoho nenarazil.
Náklad na hřbetě Spota je umístěný v kovové kleci, která umožňuje rychlý přístup k součástkám. Studenti totiž na náplni stále pracují.
Ten potřebuje „jezdce“, kterým je počítač se senzory. „Robot má na sobě přidělaný náklad, který obsahuje dva počítače. Jeden z toho je Jetson AGX, který používáme kvůli grafické kartě. Druhý je Intel NUC, kvůli výkonnému procesoru,“ popisuje Rouček. Tým také přidal robotovi dalších pět kamer. „Ty, které dodává výrobce, nejsou dostatečně kvalitní na to, abychom s nimi mohli prohledávat podzemí,“ doplňuje Rouček. Jsou tu také vysílače na bezdrátovou komunikaci. „A nakonec tam máme LIDAR, hloubkový 3D měřič celého prostředí, který využíváme pro autonomii a mapování.“
Jenom jeden pokus
Důležitější než hardware ale nakonec určitě bude softwarové vybavení. Algoritmy, které umožní efektivně prohledat neznámé prostory. „Ta výzva je, že to není jen software, není to jen hardware, je to kombinace všeho dohromady,“ popisuje Rouček. „Spolupracuje spolu více robotů a více týmů.“
Spot má z výroby baterii 650Wh. „To je opravdu hodně,“ říká Rouček, „ale my teď zjišťujeme, že mu budeme muset naložit ještě jednu baterku, aby utáhla ty naše počítače.“
Právě tato integrace je podle Svobody, šéfa katedry kybernetiky FEL ČVUT, na celé DARPA výzvě nejzajímavější a nejdůležitější: „My jsme výzkumná univerzita a Fakulta elektrotechnická se na výzkum orientuje hodně. Dáváme studentům příležitost pracovat na problémech, které jsou na hraně poznání,“ popisuje vedoucí týmu. „Nemají vstřebávat znalosti z učebnic, mají pracovat na problémech, které v těch učebnicích ještě ani nejsou. A takoví lidé jsou na trhu práce žádaní.“
Laboratoř týmu ČVUT ostatně vypadá přesně jako podobné laboratoře v NASA, které jsem měl tu čest navštívit v USA. Inženýři jsou zkrátka všude stejní. Žádné zbytečné okrasy, všude hromady kabelů a mezi nimi na zemi polehávají roboti, kolem kterých se všechno točí.
„A kolik teda potřebujeme maximálně proudu, když pojede všechno naplno?“ sčítá Rouček čísla na tabuli.
Pro Roučka a jeho tým už není Spot žádnou atrakcí ani mazlíčkem. Už je to hardware, se kterým musí pracovat a napnout jeho možnosti na maximum. Ostatní týmy totiž budou dělat to samé. Bude to především kombinace softwaru a hardwaru, která rozhodne o vítězi.
„Myslím, že tentokrát pojedeme do Ameriky nejlépe připraveni, co jsme kdy byli,“ říká Rouček. Zároveň je vidět, že mu v hlavě běží, co všechno je ještě potřeba udělat. Ukočírovat smečku různých robotů je samo o sobě náročné. Ale naučit tu smečku, aby se kočírovala sama, to je něco úplně jiného…
Pomocníci jako Spot budou nejspíše představovat budoucnost. Zatím si ještě ani nedokážeme představit, kde všude najdou čtyřnozí (a později i dvounozí) roboti uplatnění. To bude ale ještě chvíli trvat. Jsou to právě soutěže typu DARPA, které posouvají hranice možného. Teprve v akci se ukáže, zda vše dohromady funguje, jak má: „Soutěž je totiž velmi striktní. Naloží vás na náklaďák, dovezou vás k díře v zemi. Máte půl hodiny na to, abyste ty roboty zapnuli,“ popisuje Svoboda. „A pak běží 60 minut na prozkoumání oblasti a splnění mise. Musí to fungovat tady a teď.“
Jeden pokus a konec. „Ukáže se, jak je ten systém robustní,“ zdůrazňuje Svoboda, na co se jeho tým musí zaměřit. Není to jako natáčet PR video. „Nelze to opakovat tak dlouho, dokud se ten záběr nepovede.“
Exkurze středoškoláků obdivuje Spota, který předstírá, že je mu pozornost příjemná. Ve skutečnosti jej mezi řečí z dálky ovládá náš průvodce, zatímco odpovídá na všetečné dotazy novinářů.
Už po hodině chůze a běhání vedle robota jsem úplně zapomněl, že bych měl být nějak opatrný, protože vedle mne stojí stroj. Spot běhá i chodí tak chytře, že člověk snadno zapomene, jak náročný a nedosažitelný úkol to pro roboty kdysi byl. „To je začátečnická chyba,“ smějí se mi, když se se svým postřehem svěřím. „Kdyby na vás padal při chůzi do schodů, tak se ho hlavně nesnažte chytat. Rozhodně to za to nestojí.“
Spot ale i při chůzi do schodů našlapuje s přirozenou lehkostí. Teprve když potřebuje vyměnit baterku, uvědomuji si znovu, že je to stroj.
Čeká na instrukce, sám nemyslí. Díky naprogramované pohybové a prostorové inteligenci ale šetří vývojářům čas, který mohou věnovat návrhu vlastních, úplně nových řešení.
