Robô autônomo - Autonomous robot

Um robô autônomo , também conhecido simplesmente como autorobot ou autobot , é um robô que realiza comportamentos ou tarefas com alto grau de autonomia (sem influência externa). A robótica autônoma é geralmente considerada um subcampo da inteligência artificial , robótica e engenharia da informação . As primeiras versões foram propostas e demonstradas pelo autor / inventor David L. Heiserman.

Os robôs autônomos são particularmente desejáveis ​​em áreas como voos espaciais , manutenção doméstica (como limpeza), tratamento de águas residuais e entrega de bens e serviços.

Alguns robôs de fábrica modernos são "autônomos" dentro dos limites estritos de seu ambiente direto. Pode não ser que exista todo grau de liberdade em seu ambiente circundante, mas o local de trabalho do robô de fábrica é desafiador e pode conter variáveis ​​caóticas e imprevisíveis. A orientação e posição exatas do próximo objeto de trabalho e (nas fábricas mais avançadas) até mesmo o tipo de objeto e a tarefa exigida devem ser determinados. Isso pode variar de forma imprevisível (pelo menos do ponto de vista do robô).

Uma área importante da pesquisa robótica é permitir que o robô lide com seu ambiente, seja em terra, debaixo d'água, no ar, no subsolo ou no espaço .

Um robô totalmente autônomo pode:

  • Obtenha informações sobre o meio ambiente
  • Trabalhe por um longo período sem intervenção humana
  • Mova-se total ou parcialmente por todo o ambiente operacional sem assistência humana
  • Evite situações que sejam prejudiciais às pessoas , à propriedade ou a si mesmo, a menos que façam parte das especificações do projeto

Um robô autônomo também pode aprender ou obter novos conhecimentos, como ajustar-se a novos métodos de realização de suas tarefas ou adaptar-se às mudanças do ambiente.

Como outras máquinas, os robôs autônomos ainda requerem manutenção regular.

Componentes e critérios de autonomia robótica

Auto-manutenção

O primeiro requisito para a autonomia física completa é a capacidade de um robô cuidar de si mesmo. Muitos dos robôs movidos a bateria no mercado hoje podem encontrar e se conectar a uma estação de carregamento, e alguns brinquedos como o Aibo da Sony são capazes de se auto-encaixar para carregar suas baterias.

A auto-manutenção é baseada na " propriocepção ", ou sentir o próprio estado interno. No exemplo do carregamento da bateria, o robô pode dizer proprioceptivamente que as baterias estão fracas e então procurar o carregador. Outro sensor proprioceptivo comum é para monitoramento de calor. O aumento da propriocepção será necessário para que os robôs trabalhem de forma autônoma perto de pessoas e em ambientes hostis. Os sensores proprioceptivos comuns incluem detecção térmica, óptica e háptica, bem como o efeito Hall (elétrico).

Tela da GUI do robô mostrando a tensão da bateria e outros dados proprioceptivos no canto inferior direito. A exibição é apenas para informação do usuário. Robôs autônomos monitoram e respondem a sensores proprioceptivos sem intervenção humana para se manterem seguros e operando adequadamente.

Sentindo o ambiente

Exterocepção é sentir coisas sobre o meio ambiente. Os robôs autônomos devem ter uma gama de sensores ambientais para realizar suas tarefas e ficar longe de problemas.

Alguns cortadores de grama robóticos adaptam sua programação detectando a velocidade na qual a grama cresce conforme necessário para manter um gramado perfeitamente cortado, e alguns robôs de aspiração têm detectores de sujeira que detectam quanta sujeira está sendo coletada e usam essas informações para avisá-los para permanecer em uma área por mais tempo.

Desempenho da tarefa

O próximo passo no comportamento autônomo é realmente realizar uma tarefa física. Uma nova área que mostra promessa comercial são os robôs domésticos, com uma enxurrada de pequenos robôs aspiradores começando com iRobot e Electrolux em 2002. Embora o nível de inteligência não seja alto nesses sistemas, eles navegam por áreas extensas e pilotam em situações apertadas ao redor das casas usando sensores de contato e sem contato. Ambos os robôs usam algoritmos proprietários para aumentar a cobertura sobre o salto aleatório simples.

O próximo nível de desempenho de tarefa autônoma requer que um robô execute tarefas condicionais. Por exemplo, os robôs de segurança podem ser programados para detectar intrusos e responder de uma maneira particular, dependendo de onde o intruso está. Por exemplo, a Amazon (empresa) lançou seu Astro para monitoramento residencial, segurança e atendimento ao idoso em setembro de 2021.

Navegação autônoma

Navegação interna

Para um robô associar comportamentos a um lugar ( localização ), é necessário que ele saiba onde está e seja capaz de navegar ponto a ponto. Essa navegação começou com a orientação por fio na década de 1970 e progrediu no início de 2000 para a triangulação baseada em farol . Os robôs comerciais atuais navegam de forma autônoma com base na detecção de características naturais. Os primeiros robôs comerciais a conseguir isso foram o robô hospitalar HelpMate de Pyxus e o robô de guarda CyberMotion, ambos projetados por pioneiros da robótica na década de 1980. Esses robôs usavam originalmente plantas de CAD criadas manualmente , sensores de sonar e variações de acompanhamento de paredes para navegar em edifícios. A próxima geração, como o PatrolBot e a cadeira de rodas autônoma da MobileRobots , ambas lançadas em 2004, têm a capacidade de criar seus próprios mapas baseados em laser de um edifício e de navegar em áreas abertas, bem como em corredores. Seu sistema de controle muda seu caminho rapidamente se algo bloqueia o caminho.

No início, a navegação autônoma era baseada em sensores planares, como telêmetros a laser, que só podem sentir em um nível. Os sistemas mais avançados agora fundem informações de vários sensores para localização (posição) e navegação. Sistemas como o Motivity podem contar com diferentes sensores em diferentes áreas, dependendo de qual fornece os dados mais confiáveis ​​no momento, e podem re-mapear um edifício de forma autônoma.

Em vez de subir escadas, o que requer hardware altamente especializado, a maioria dos robôs internos navegam em áreas acessíveis para deficientes físicos, controlando elevadores e portas eletrônicas. Com essas interfaces de controle de acesso eletrônico, os robôs agora podem navegar livremente em ambientes internos. Subir escadas de forma autônoma e abrir portas manualmente são temas de pesquisa na atualidade.

À medida que essas técnicas internas continuam a se desenvolver, os robôs de aspiração ganharão a capacidade de limpar uma sala específica especificada pelo usuário ou um andar inteiro. Os robôs de segurança serão capazes de cercar intrusos de forma cooperativa e bloquear as saídas. Esses avanços também trazem proteções concomitantes: os mapas internos dos robôs normalmente permitem que "áreas proibidas" sejam definidas para evitar que os robôs entrem autonomamente em certas regiões.

Navegação ao ar livre

A autonomia ao ar livre é mais facilmente alcançada no ar, uma vez que os obstáculos são raros. Os mísseis de cruzeiro são robôs altamente autônomos e perigosos. Aviões drones sem piloto são cada vez mais usados ​​para reconhecimento. Alguns desses veículos aéreos não tripulados (UAVs) são capazes de voar toda a sua missão sem qualquer interação humana, exceto possivelmente para o pouso onde uma pessoa intervém usando o controle remoto de rádio. Alguns drones são capazes de pousos automáticos e seguros, entretanto. Uma nave autônoma foi anunciada em 2014 - a nave drone do espaçoporto Autônomo - e está programada para fazer seu primeiro teste operacional em dezembro de 2014.

A autonomia externa é a mais difícil para veículos terrestres, devido a:

  • Terreno tridimensional
  • Grandes disparidades na densidade da superfície
  • Exigências meteorológicas
  • Instabilidade do ambiente detectado

Problemas abertos em robótica autônoma

Existem vários problemas em aberto na robótica autônoma que são especiais para o campo, em vez de fazerem parte da busca geral da IA. De acordo com Robôs Autônomos de George A. Bekey : Da Inspiração Biológica à Implementação e Controle , os problemas incluem coisas como garantir que o robô seja capaz de funcionar corretamente e não colida com obstáculos de forma autônoma.

Autonomia de energia e forrageamento

Os pesquisadores preocupados com a criação de uma verdadeira vida artificial estão preocupados não apenas com o controle inteligente, mas também com a capacidade do robô de encontrar seus próprios recursos por meio da busca por alimentos (em busca de alimento , que inclui energia e peças sobressalentes).

Isso está relacionado ao forrageamento autônomo , uma preocupação dentro das ciências da ecologia comportamental , antropologia social e ecologia comportamental humana ; bem como robótica , inteligência artificial e vida artificial .

História e desenvolvimento

Os robôs Seekur e MDARS demonstram sua navegação autônoma e capacidades de segurança em uma base aérea.

O robô Seekur foi o primeiro robô disponível comercialmente a demonstrar recursos semelhantes aos do MDARS para uso geral em aeroportos, usinas de serviços públicos, instalações corretivas e segurança interna .

Os rovers MER-A e MER-B da Mars (agora conhecidos como Spirit rover e Opportunity rover ) podem encontrar a posição do sol e navegar suas próprias rotas para destinos, em tempo real, por:

  • Mapeando a superfície com visão 3D
  • Computando áreas seguras e inseguras na superfície dentro desse campo de visão
  • Calculando caminhos ideais através da área segura em direção ao destino desejado
  • Dirigindo ao longo da rota calculada;
  • Repetindo este ciclo até que o destino seja alcançado, ou não haja nenhum caminho conhecido para o destino

O ESA Rover planejado, ExoMars Rover, é capaz de localização relativa baseada em visão e localização absoluta para navegar de forma autônoma por trajetórias seguras e eficientes para os alvos:

  • Reconstruindo modelos 3D do terreno ao redor do Rover usando um par de câmeras estéreo
  • Determinar áreas seguras e inseguras do terreno e a "dificuldade" geral para o Rover navegar no terreno
  • Computando caminhos eficientes através da área segura em direção ao destino desejado
  • Dirigindo o Rover ao longo do caminho planejado
  • Construindo um mapa de navegação de todos os dados de navegação anteriores

Durante o Desafio Centenário do Robô de Retorno de Amostra final da NASA em 2016, um rover, chamado Cataglyphis, demonstrou com sucesso navegação totalmente autônoma, tomada de decisão e capacidade de detecção, recuperação e retorno de amostra. O rover contou com uma fusão de medições de sensores inerciais , codificadores de roda, Lidar e câmera para navegação e mapeamento, em vez de usar GPS ou magnetômetros. Durante o desafio de 2 horas, Cataglyphis percorreu mais de 2,6 km e retornou cinco amostras diferentes à sua posição inicial.

O DARPA Grand Challenge e o DARPA Urban Challenge encorajaram o desenvolvimento de capacidades ainda mais autônomas para veículos terrestres, embora este tenha sido o objetivo demonstrado para robôs aéreos desde 1990 como parte da Competição Internacional de Robótica Aérea AUVSI .

Entre 2013 e 2017, a Total SA realizou o ARGOS Challenge para desenvolver o primeiro robô autônomo para unidades de produção de óleo e gás. Os robôs tiveram que enfrentar condições externas adversas, como chuva, vento e temperaturas extremas.

Robô de entrega

Um robô entregador de comida

Um robô de entrega é um robô autônomo usado para entregar mercadorias.

Robôs de construção

Os robôs de construção são usados ​​diretamente nos locais de trabalho e realizam trabalhos como construção, manuseio de materiais, movimentação de terras e vigilância.

Inúmeras empresas têm aplicações de robótica em estágios que vão desde P&D até totalmente comercializados.

  • Robôs ASI: automação de equipamentos pesados ​​e plataforma de autonomia
  • Builder [X]: automação de equipamentos pesados
  • Robótica construída : automação de equipamentos pesados
  • Doxel: vigilância autônoma e rastreamento do local de trabalho
  • EquipmentShare: automação de equipamentos e controle remoto
  • Robótica Fastbrick : robô pedreiro
  • Jaybridge Robotics: automação de equipamentos pesados
  • Robo Industries: automação de equipamentos pesados
  • SafeAI: automação de equipamentos pesados
  • Robótica em escala: vigilância autônoma e rastreamento do local de trabalho
  • Semcon: compactadores autônomos e arados
  • Direcionar: operação de controle remoto
  • Zoomlion : automação de equipamentos pesados

Robôs móveis de pesquisa e educação

Robôs móveis de pesquisa e educação são usados ​​principalmente durante uma fase de prototipagem no processo de construção de robôs em escala real. Eles são uma versão reduzida de robôs maiores com os mesmos tipos de sensores, cinemática e pilha de software (por exemplo, ROS). Eles são freqüentemente extensíveis e fornecem uma interface de programação confortável e ferramentas de desenvolvimento. Além da prototipagem de robôs em escala real, eles também são usados ​​para educação, especialmente em nível universitário, onde cada vez mais laboratórios sobre programação de veículos autônomos estão sendo introduzidos. Alguns dos robôs populares de pesquisa e educação são:

  • TurtleBot
  • ROSbot 2.0

Legislação

Em março de 2016, um projeto de lei foi apresentado em Washington, DC, permitindo entregas de robôs por solo de pilotos. O programa aconteceria de 15 de setembro até o final de dezembro de 2017. Os robôs estavam limitados a um peso de 50 libras descarregados e a uma velocidade máxima de 10 milhas por hora. Caso o robô parasse de se mover devido a um mau funcionamento, a empresa era obrigada a retirá-lo das ruas em até 24 horas. Era permitido que apenas 5 robôs fossem testados por empresa de cada vez. Uma versão de 2017 do projeto de lei do Personal Delivery Device Act estava em revisão em março de 2017.

Em fevereiro de 2017, um projeto de lei foi aprovado no estado americano da Virgínia por meio do projeto da Câmara, HB2016, e do projeto do Senado, SB1207, que permitirá que robôs de entrega autônomos viajem nas calçadas e usem faixas de pedestres em todo o estado a partir de 1º de julho de 2017. os robôs serão limitados a uma velocidade máxima de 10 mph e um peso máximo de 50 libras. Nos estados de Idaho e Flórida também há conversas sobre a aprovação de legislatura semelhante.

Foi discutido que robôs com características semelhantes a carruagens inválidas (por exemplo, 10 mph no máximo, duração limitada da bateria) podem ser uma solução alternativa para certas classes de aplicações. Se o robô fosse suficientemente inteligente e capaz de se recarregar usando a infraestrutura de carregamento de veículos elétricos (EV) existentes, ele precisaria apenas de supervisão mínima e um único braço com baixa destreza poderia ser suficiente para habilitar esta função se seus sistemas visuais tivessem resolução suficiente.

Em novembro de 2017, o Conselho de Supervisores de São Francisco anunciou que as empresas precisariam obter uma licença da cidade para testar esses robôs. Além disso, robôs de entrega de calçada foram proibidos de fazer entregas que não fossem de pesquisa.

Veja também

Referências

  1. ^ "Página Principal / Home da Engenharia da Informação" . www.robots.ox.ac.uk . Página visitada em 03/10/2018 .
  2. ^ Heiserman, David (1976). Construa seu próprio robô de trabalho . TAB Books. ISBN 0830668411.
  3. ^ Heiserman, David (1979). Como construir seu próprio robô de autoprogramação . TAB Books. ISBN 0830612416.
  4. ^ Heiserman, David (1981). Inteligência de robôs com experimentos . TAB Books. ISBN 0830696857.
  5. ^ Aquecedor, Brian. "Por que a Amazon construiu um robô doméstico" . Tech Crunch . Tech Crunch . Página visitada em 29 de setembro de 2021 .
  6. ^ https://www.researchgate.net/publication/236882346_Autonomous_Wheelchair_Concept_and_Exploration
  7. ^ "Speci-Minder; ver elevador e acesso à porta" Arquivado em 2 de janeiro de 2008, na Wayback Machine
  8. ^ Bergin, Chris (18/11/2014). "Pad 39A - SpaceX lançando as bases para a estreia do Falcon Heavy" . Voo espacial da NASA . Página visitada em 2014-11-17 .
  9. ^ "Weapons Makers Unveil New Era of Counter-Terror Equipment" Archived 2013-02-18 na Wayback Machine , Fox News
  10. ^ Hall, Loura (08/09/2016). "NASA premia $ 750.000 no desafio do robô de retorno de amostra" . Página visitada em 2016-09-17 .
  11. ^ "Segurança aprimorada graças ao desafio ARGOS" . Site total . Página visitada em 13 de maio de 2017 .
  12. ^ "Robôs ASO" . Recuperado em 14 de julho de 2020 .
  13. ^ "Construtor X" . Recuperado em 14 de julho de 2020 .
  14. ^ "Robótica construída" . Recuperado em 14 de julho de 2020 .
  15. ^ "Doxel" . Recuperado em 14 de julho de 2020 .
  16. ^ "EquipmentShare" . Recuperado em 14 de julho de 2020 .
  17. ^ Delbert, Caroline (5 de junho de 2020). "Assistir a um robô de assentamento de tijolos definir um novo recorde de velocidade de assentamento" . Mecânica popular . Recuperado em 14 de julho de 2020 .
  18. ^ "Jaybridge Robotics" . Recuperado em 14 de julho de 2020 .
  19. ^ "Indústrias Robo" . Recuperado em 14 de julho de 2020 .
  20. ^ "AI segura" . Recuperado em 14 de julho de 2020 .
  21. ^ "Robótica em escala" . Recuperado em 14 de julho de 2020 .
  22. ^ "Semcon" . Recuperado em 14 de julho de 2020 .
  23. ^ "Steer" . Recuperado em 14 de julho de 2020 .
  24. ^ Drew, Nick (24 de março de 2020). "Destaques do Digger's Conexpo: Escavadeira Autônoma da Zoomlion" . Revista Earthmovers . Recuperado em 14 de julho de 2020 .
  25. ^ "TurtleBot" . www.turtlebot.com .
  26. ^ "ROSbot" . husarion.com/manuals/rosbot-manual/ .
  27. ^ "B21-0673 - Lei de Dispositivos de Entrega Pessoal de 2016" .
  28. ^ Fung, Brian (24 de junho de 2016). "É oficial: a entrega do drone chegará a DC em setembro" - via www.washingtonpost.com.
  29. ^ "B22-0019 - Lei de Dispositivos de Entrega Pessoal de 2017" .
  30. ^ Dispositivos de entrega pessoal elétricos HB 2016; operação em calçadas e caminhos de uso compartilhado.
  31. ^ SB 1207 Dispositivos elétricos de entrega pessoal; operação em calçadas e caminhos de uso compartilhado.
  32. ^ "Virgínia é o primeiro estado a aprovar uma lei que permite que robôs façam entregas direto na sua porta" .
  33. ^ "Será que os robôs de entrega estão a caminho de Idaho?" .
  34. ^ O senador da Flórida propõe regras para pequenos robôs de entrega pessoal 25 de janeiro de 2017
  35. ^ Simon, Matt (6 de dezembro de 2017). "São Francisco apenas freia os robôs de entrega" . Com fio . Retirado em 6 de dezembro de 2017 .
  36. ^ Brinklow, Adam (6 de dezembro de 2017). "San Francisco proíbe robôs da maioria das calçadas" . Limitada . Retirado em 6 de dezembro de 2017 .

links externos

Mídia relacionada a robôs autônomos no Wikimedia Commons