În prezent dispunem de 10 milioane de roboţi industriali .... dar un nou val se apropie.
Acesta e Baxter. Baxter e un cobot, o nouă generaţie de coboţi. Poate lucra într-un mediu nestructurat, are mai multă independenţă, poate aplica principiile logice pentru a lua decizii şi poate comunica cu alte sisteme. Acesta se află în Laboratorul de Inovare de la Accenture, din Cluj, şi nu vine din viitor. Acesta lucrează deja în mai multe fabrici din toată lumea.
Baxter face parte dintr-o nouă generaţie de roboţi care ne va modela viitorul - un reprezentant al Industriei 4.0, adică a patra revoluţie industrială, care permite sistemelor interconectate la nivel digital-fizic să ducă mai departe misiunea mecatronicii. Baxter nu va fi, însă, singur, deoarece un sistem open-source Robot Operating System/Sistem de Operare pentru Roboţi (ROS) este în curs de dezvoltare. ROS va oferi funcţionalităţi noi care vor elimina fiabilitatea și siguranţa reduse a controlorilor de roboţi industriali. ROS măreşte gradul de programare şi control pentru ca roboţii de generaţie industrială 2.0 şi 3.0 să poată fi integraţi cu uşurinţă într-un mediu inteligent.
Majoritatea organizaţiilor nu înţeleg deplin consecinţele unui mediu industrial de tip Internet of Things (IoT - Internetul Lucrurilor). IoT oferă tool-urile care permit interconectarea sistemelor digitale şi fizice, în timp ce robotica avansează şi ea pentru a crea "lucrători inteligenţi/smart" pentru Smart Factory 4.0 (Fabrica Inteligentă 4.0). Împreună, acestea vor aduce schimbări profunde întregului ecosistem industrial.
Imaginaţi-vă pentru un moment o lume în care senzorii şi maşinile "dialoghează" cu alte maşini şi cu oameni, automatizând deciziile şi producţia în timp real în funcţie de condiţiile de mediu, cererea pe piaţă, preţ, perpetuarea valorii, performanţa echipamentului din fabrică şi a proceselor fizice, toate în timp real. Luarea descentralizată de decizii aduce inteligenţă/informaţie la valoarea deja existentă.
Deşi Industria 4.0 nu este încă bine definită, aceasta va genera o schimbare de paradigmă. Prima revoluţie industrială a fost marcată de introducerea unor dispozitive mecanice alimentate cu apă şi abur. A doua etapă este caracterizată de introducerea conceptului de producţie în masă, bazată pe energie electrică. Următorul pas evoluţionar a fost făcut prin introducerea circuitelor integrate, a tehnologiei informaţiei în sisteme mecatronice pentru a automatiza producţia, perioadă altfel cunoscută sub numele de revoluţie digitală.
Industria 4.0 va oferi o serie de principii care ajută companiile să implementeze o viziune Smart Factory, un lucru care va avea efect asupra lanţului valoric, a forţei de muncă şi a modelelor de business, pentru a revoluţiona industria.
În Industria 4.0, vor apărea noi direcţii de dezvoltare. Noi rezultate valorice vor fi generate pe baza platformelor digitale şi a ecosistemelor platformelor. Ofertele vor fi create de companii diferite care colaborează pentru a crea un nou ecosistem care oferă soluţii ce facilitează clienţilor experienţe care merg dincolo de livrarea unui singur produs.
IoT (Internetul Lucrurilor), Big Data & Analytics, Imprimantele 3D, Realitatea Augmentată şi roboţii autonomi sunt cetăţeni de prim rang într-o companie smart.
Costurile reduse şi creşterea profiturilor sunt principalii factori care au dus la apariţia IoT şi a fenomenului Industria 4.0. Aceste lucruri se pot realiza prin optimizarea modului de utilizare a bunurilor, prin mentenanţă predictivă, prin management de la distanţă şi prin dezvoltarea unor noi surse de venit prin produse noi şi servicii noi.
Alţi factori importanţi vor fi creşterea productivităţii forţei de muncă, a condiţiilor de muncă şi a siguranţei. Putem da exemplul dronelor care pot inspecta echipamente şi operaţiuni aflate la distanţă, precum şi cel al soluţiilor care minimizează expunerea factorului uman la condiţii acerbe şi periculoase (e.g. chimicale sau gaze). Robotica va juca un rol esenţial în această privinţă.
Adoptarea sistemului open source ROS reprezintă factorul-cheie.
Robotica a fost definită pentru prima oară de scriitorul science-fiction Isaac Asimov care a creat cele Trei Legi ale Roboticii. Oare am început deja călătoria spre un viitor unde omniprezenţa roboţilor inteligenţi va face ca cele trei legi să fie respectate cu stricteţe dincolo de implicaţiile lor filozofice? Am parcurs mai mult din acest drum decât îşi închipuie mulţi.
La 40 de ani de la descoperirea lor, există aproximativ 10 milioane de roboţi industriali care muncesc în toată lumea.
Generaţia curentă de roboţi industriali, aşa numiţii manipulanţi, au un braţ mobil cu diferite grade de mobilitate, iar la capăt un fel de mâner (gripper) pe o bază fixă sau mobilă. Ei sunt folosiţi în producţia de maşini, împachetare, electronică. Vehiculele automate sunt folosite pentru a transporta produse (de exemplu: între depozite, porturi sau spitale), având diverse moduri de navigare.
În următorul deceniu se va ajunge la un punct de cotitură în dezvoltarea de roboţi. Aceştia vor deveni mai ieftini datorită scăderii preţurilor la hardware şi software, iar din ce în ce mai multe industrii îşi vor permite astfel de roboţi. Dezvoltarea unui sistem de operarea standard, ROS, va grăbi utilizarea masivă a roboţilor.
ROS a devenit open source doar de trei ani, făcând deja vâlvă. ROS este un sistem de operare open-source, dezvoltat iniţial de Willow Garage şi donat în anul 2013 către Fundaţia Open Source Robotics. Printre contributorii importanţi ai ROS amintim: Universitatea Standford, MIT şi Universitatea Tehnică din Munchen.
ROS oferă o funcţionalitate de tip sistem de operare în cadrul unui sistem distribuit în mod eterogen. Acesta oferă abstracţia de hardware, controlul dispozitivelor low-level, implementează o serie de funcţionalităţi folosite de majoritatea roboţilor, un sistem de distribuţie a mesajelor între procese dar şi un sistem ce permite managementul pachetelor. "Graph-ul" ROS este o reţea de procese peer-to-peer (individ-la-individ) care sunt conectate folosindu-se infrastructura de comunicare a ROS.
ROS implementează diferite modele de comunicare, transferul de mesaje sincron folosind RPC între servicii, mesajele asincrone folosind topic-uri, sau stochează date pe un parameter server. Având la dispoziţie atâtea metode de comunicare, este uşor pentru a distribui mesaje între diverse dispozitive, iar roboţii ROS pot comunica între ei dacă fac parte din aceeaşi reţea.
Deşi ROS nu este considerat un sistem de operare real-time, performanţa oferită de acesta este destul de bună fiind considerat un sistem de operare "low-latency".
Atunci când ROS se încarcă, citeşte toţi parametrii robotului dupa care iniţializează runtime graph-ul în concordanţă cu aceştia. Configurarea ROS pentru un anumit robot constă în a specifica parametrii robotului precum: cât de mult se poate deplasa sau cât de mari sunt brațele într-un format comun (URDF) şi a implementa anumite drivere specifice. Mai multe platforme pentru roboţi de la simpli roboţei cu două roţi sau roboţi humanoizi, de la hobby kituri până la roboţi industriali rulează ROS sau expun o interfaţă ROS.
Tool-urile ROS nu ţin de un anumit limbaj de programare, prin urmare, majoritatea limbajelor pot fi folosite pentru a dezvolta cod ce rulează sub ROS. Există librării scrise pentry Python, C++, LISP, JavaScript şi MATLAB în acest moment. Platforma OS cea mai utilizată în acest moment este Ubuntu existând şi alte portări pentru alte distribuţii de Linux.
Consorţiul "ROS Industrial" a început cu două secţii, una în America şi alta în Europa în anul 2012, respectiv în 2013, scopul lui fiind acela de a crea standarde pentru crearea de librării ROS şi drivere pentru hardware-ul industrial. De asemenea, consorţiul doreşte să creeze o comunitate de profesionişti, care apoi să dezvolte software performant capabil să facă faţă cerinţelor din aplicaţiile industriale.
Bineînteles că ROS poate fi combinat într-o oarecare măsură cu tehnologiile existente. Folosirea interfeţelor standard stimulează dezvoltarea de software agnostic care poate fi reutilizat pe alte platforme, iar rezultatele din cercetare pot fi integrate mai uşor în aplicaţiile industriale existente. Aceste progrese duc la apariţia unei generaţii noi de roboţi - roboţii colaborativi sau coboţii.
Generaţiile de roboţi mai vechi sunt mai rigide, se pot mişca la viteze fixe, fiind concepute pentru a face foarte multe operaţii repetitive sau pentru a manipula obiecte de o dimensiune uniformă şi nu pot lua decizii fără intervenţia omului. Spre deosebire de roboţii vechi, un robot modern, poate lucra într-un mediu complet nou, care nu are anumite setări prestabilite. Robotul modern are o mai mare libertate de mişcare şi poate executa mişcări mai complexe, poate aplica logica în luarea de decizii pe care poate să le transmită apoi altor sisteme. Aceştia sunt construiţi pentru a interacţiona cu oamenii. Prin urmare, au mai multe opţiuni pentru siguranţa acestora.
Un membru important al acestei familii de roboţi este Baxter, creat de firma RethinkRobotics. Fondatorul lui, Rodney Brooks, este co-fondator şi a fost CTO la firma iRobot, cea care a produs celebrul robot-aspirator Roomba şi roboţi militari destul de înfricoşători. Precum iRobot, Rethink Robotics construieşte roboţi cares sunt gata de vânzare, spre deosebire de roboţii industriali mari sau cei folosiţi în cercetare (e.g. Honda ASIMO). Compania vinde accesorii şi garanţii extinse pentru produsele sale.
Baxter poate aşeza obiecte în cutii. Poate analiza, sorta şi alinia părţi din alte obiecte. Are două braţe, fiecare dinte ele cu şapte nivele de libertate care îi permit să mute obiecte dintr-o locaţie în alta. Computerul se găseşte la nivelul trunchiului iar la nivelul mâinilor pot fi folosite mai multe feluri de gripper-e. La nivelul capului, o tableta afişează ceea ce face robotul în acest moment. Robotul mai are butoane de navigare şi câte un buton pe fiecare braţ şi pe fiecare parte a trunchiului pentru interacţiune uşoară.
Deşi ecranul te-ar face să crezi că aici se găsesc ochii lui Baxter, de fapt ei sunt situaţi la nivelul mâinilor. În dreptul fiecărei mâini sunt montaţi o serie de senzori care transmit ceea ce face Baxter în acel moment. Senzorul de profunzime în infraroşu îi permite lui Baxter să îşi dea seama care este distanţa dinte el şi obiectele din jur.
Camera montată pe cap, senzorul şi sonarul extind capabilităţile robotului. La nivelul mâinilor, se pot ataşa mai multe feluri de gripper-e: gripper-e paralale, ventuze sau alte dispozitive third-party.
Baxter a fost gândit de la început pentru a fi un robot sigur. Dacă simte cumva rezistenţă ca urmare a lovirii unui obiect, se va opri şi îşi va reevalua strategia pentru a-şi îndeplini task-ul. Designul ergonomic protejează degetele, astfel încât acestea să nu fie ciupite. Pentru siguranţă suplimentară, mai există şi un buton de urgenţă, prin care robotul este resetat.
Calculatorul care rulează pe Baxter are un procesor Intel Core i7 din generația a treia care rulează ROS.
O parte din viziunea celei de-a patra revoluţii industriale se va realiza în următorii ani, iar impactul se va percepe doar în deceniul viitor. Nu același lucru îl putem spune despre Baxter. Nu este un robot inteligent al viitorului, el este un robot al prezentului, fiind deja folosit de multe instituţii în acest moment. Suntem mândri să-l avem coleg pe Baxter în Laboratorul de Inovare de la Accenture.
Un raport al World Economic Forum (realizat în colaborare cu Accenture), Industrial Internet of Things: Unleashing the Potential of Connected Products and Services, identifică primele trei priorităţi ale celor care oferă soluţii IT şi care adoptă Industria 4.0.
Pentru cei care adoptă tehnologia, cele trei priorităţi trebuie să fie:
Reorientarea strategiei de business în jurul Internetului industrial.
Orchestrarea ecosistemelor organizaţiei dincolo de limitele industriei pentru a explora oportunităţile de care partenerii au nevoie.
Pentru specialiştii IT care oferă hardware, software şi servicii, cele trei priorităţi care vor accelera adoptarea Internetului industrial trebuie să fie:
Dezvoltarea unei abordări comune în privinţa riscurilor de securitate
Convergenţă în privinţa standardelor care să permită operaţiuni interconectate
Unde se situează organizaţia dumneavoastră în ceea ce priveşte Industria 4.0? Vă bucuraţi deja de beneficiile Industriei 4.0?
de Bogdan Bucur
de Emilia Toma
