– I fremtiden skal roboter kunne l?se oppgaver i dype gruver p? fjerne planeter, i radioaktive katastrofeomr?der, i farlige jordskred eller p? havbunnen under Antarktis. Milj?et er s? ekstremt at ingen mennesker kan stille opp. Alt m? v?re automatisk styrt. Tenk deg at roboten skal inn i et ?delagt kjernekraftverk. Den finner en trapp som ingen hadde tenkt p?. Roboten tar et bilde. Bildet analyseres. En av robotene har en robotarm med printer. Den lager s? en ny robot eller et nytt element p? den eksisterende roboten for ? forsere trappen, h?per f?rsteamanuensis Kyrre Glette i forskergruppen Robotikk og intelligente systemer p? Institutt for informatikk ved Universitetet i Oslo.
Tre generasjoner
Selv om Glettes tanker fortsatt er fremtidsvisjoner, har robotforskerne i Informatikkbygningen allerede utviklet tre generasjoner selvl?rende roboter.
Professor Mats H?vin stod bak den f?rste versjonen, kyllingroboten ?Henriette?, som fikk mye medieomtale da den ble lansert for ti ?r siden.
Henriette m?tte selv l?re seg hvordan den kunne g? og hoppe over hindre. Og hvis den mistet det ene beinet, m?tte den, uten hjelp fra omverdenen, l?re seg ? hinke med den andre foten.
Masterstudent T?nnes Nygaard stod noen ?r senere bak annengenerasjonsroboten. Informatikerne utviklet samtidig et simuleringsprogram som kunne beregne hvordan kroppen skulle se ut. Akkurat som med Henriette, var antall bein forh?ndsbestemt, men programmet kunne fritt designe lengden p? beina og avstanden imellom dem. Med tredjegenerasjonsroboten er fleksibiliteten blitt enda st?rre. N? tar simuleringsprogrammet seg av hele designet og foresl?r det optimale antall bein og ledd.
– Vi kommer med ?nsker til simuleringsprogrammet om hva roboten skal gj?re, hvor raskt den skal g?, st?rrelsen og hvor mye energi den kan bruke. Noen krav kan v?re at roboten skal kunne snu og skifte retning, klatre i stein og g? i ulendt terreng, forteller Kyrre Glette.
Simuleringsprogrammet foresl?r da selv den optimale l?sningen, slik som formen p? kroppen og antall bein. Den simulerer tusenvis av muligheter og fremavler de beste versjonene ved hjelp av kunstig evolusjon. Programmet foresl?r med andre ord et sett av ulike roboter som skal fungere best mulig.
– Ingen er bedre enn de andre. Den eneste forskjellen er strategiene for hvordan de skal l?se oppgavene, forteller stipendiat Eivind Samuelsen.
Uheldigvis er det vanskelig ? simulere seg frem til den perfekte l?sningen, fordi ?nskene om hva robotene skal gj?re, stadig blir mer kompliserte.
Trener robotene
Det er ikke nok ? simulere. For ? kunne teste hvordan robotene fungerer, m? de ogs? testes ut i den virkelige verden. Robotene blir skrevet ut p? en 3D-skriver.
– N?r robotene er printet ut, fungerer de ofte annerledes enn i de simulerte versjonene. Her snakker vi om en virkelighetskl?ft. Det vil alltid v?re et avvik. Kanskje gulvet er glattere i virkeligheten. Da m? friksjonskoeffisienten endres. Vi ser derfor p? hvordan robotene taper seg fra simuleringer til laboratorium, forteller Mats H?vin.
Robotene er ofte bare halvparten s? gode i virkeligheten.
– Med opptrening kan robotene forbedre ytelsen med 20 til 40 prosent. Vi h?per at ytelsene etter hvert kan fordobles og bli minst like gode som, eller kanskje enda bedre enn, i de simulerte versjonene.
Allerede i simuleringsprogrammet unders?ker forskerne hvor gode robotene er til ? l?re og trene.
– Vi sjekker s? om robotene ogs? kan l?re i den virkelige verden. En av testene er ? se hvordan robotene reagerer p? hindre, forteller Samuelsen.
Fra tre til seks bein
Robotgjengen sammenligner n? ytelsen til fem roboter som i teorien skal v?re like gode.
Tre av de fem robotene har fire bein, en har tre og den siste har seks. Jo f?rre bein, desto mindre energi brukes. En av robotene har bare ett ledd p? beina. De andre beina har to ledd hver.
– L?sningen kunne kanskje v?rt best med tre ledd, men da bruker de altfor mye energi.
Forskerne har derfor, akkurat som i naturen, valgt ? begrense antall ledd til to.
– Med ett ledd p? hvert bein g?r roboten effektivt fremover, men da har den hatt vanskeligheter med ? snu, p?peker Glette.
N?r forskerne skal teste robotene, legger de ut hindringer, slik at robotene selv skal kunne l?re seg hvordan hindrene kan passeres.
Forskerne h?per at robotene i fremtiden automatisk skal kunne gi tilbakemeldinger til simuleringsprogrammet om hvor bra de fungerer, slik at datamaskinen neste gang kan designe enda bedre roboter.
– N?r robotene blir mer perfekte, skal vi ogs? teste ut hvordan de fungerer hvis de blir skrevet ut i et mykere materiale.
3D-skrivere
3D-skrivere gj?r det mulig ? lage avanserte roboter og andre gjenstander.
– Forklaringen er at en 3D-printer konstruerer det du ?nsker deg, lag for lag. Da slipper du st?peform og kan lage det umulige i en enkelt del. Du kan produsere perfekte former og strukturer som ellers ikke er mulig ? lage. Det er bare fantasien som setter grenser.
Med en 3D-printer er det ogs? mulig ? skrive ut gjenstander med store hulrom, slik som skip i flaske.
– 3D-utskriften bygger p? en matematisk modell, beskrevet som polygoner, av det som skal skrives ut, forteller Mats H?vin, som n? tester ut hva som er teknisk mulig ? lage, slik som hvor tynne eller tykke robotbeina kan v?re.
Det finnes en rekke ulike typer 3D-skrivere.
– Noen skriver ut i st?l, titan og plast. Andre skriver ut kl?r. Organprinting er blitt hype. F?r kirurgene starter operasjonen, kan de printe ut en kopi av pasienten og ?ve seg p? den. Rikshospitalet bruker allerede teknologien til ? designe skjelettdeler til hoftepasienter.
Skriverne p? UiO koster mellom 400 000 og tre millioner kroner. Jo dyrere, desto bedre detaljer.
– NATO ?nsker ? bruke skriverne til ? lage reservedeler hvis en del g?r i stykker i felt. Da kan delen produseres p? dagen. Noen konditorer bruker allerede 3D-skrivere til ? lage avanserte kaker. Det finnes ogs? skrivere som lager hus. Da kan entrepren?ren sette opp en sv?r kran som skriver ut hele huset med sement og isolasjon og det hele. Smart! S? slipper man h?ndverkere, forteller Mats H?vin.
Ikke alle 3D-skrivere printer ut lag p? lag. Det finnes ogs? 3D-printere som freser bort det overfl?dige i klosser.
De nyeste skriverne kan b?de frese bort og legge p? lag p? lag i samme operasjon.
– Da blir alt mer n?yaktig.
En av de store fordelene for robotgjengen p? Blindern, er den korte veien fra idé til robottesting.
– Vi har likevel mange praktiske utfordringer f?r robotene v?re kan bli utnyttet kommersielt.
Den st?rste utfordringen v?r er ? utvikle robuste algoritmer og et system som kan utnytte un?yaktige simuleringer, p?peker Kyrre Glette.