Machen Sie Platz für Roboter

Die Veränderung unserer Umgebung auf kleine, einfache Weise wird Robotern helfen, effektiver (und sicherer) mit Menschen zusammenzuarbeiten.

23. Februar 2021 Roboter

Jack Snelling

KI, die zu weniger Autounfällen und weniger Verkehrsstaus führt. Persönliche Augmentationssysteme, die Menschen helfen, mit zunehmendem Alter zu gedeihen. Roboter-Pfleger, die Notaufnahmen sicherer und effizienter machen. In ihrem neuen Buch Was Sie erwartet, wenn Sie Roboter erwarten , Laura Major, SM ’05, und Julie Shah ’04, SM ’06, PhD ’11, stellen sich solche Jetson-ähnlichen Vorteile aus der Mensch-Roboter-Kollaboration vor.



Die Menschen scheinen besorgt darüber zu sein, ob Roboter uns eines Tages obsolet machen werden ob sie klüger, schneller, besser werden als ihre menschlichen Schöpfer. Aber die Realität ist, dass Roboter und Menschen wahrscheinlich immer in verschiedenen Dingen gut sein werden, schreiben sie. Es ist möglich, dass einige unserer hartnäckigsten gesellschaftlichen Probleme durch die Art der Zusammenarbeit, die wir uns vorstellen, besser angegangen werden könnten.

Major und Shah sind gut geeignet, um die Zukunft der Mensch-Roboter-Kollaboration zu erforschen: Major ist CTO von Motional, einem autonom fahrenden Joint Venture von Hyundai und Aptiv, und Shah, außerordentlicher Professor für Aero-Astro, konzentriert sich auf industrielle Mensch-Roboter Mitarbeit als Direktor des Interactive Robotics Lab des MIT. Dieser Auszug aus ihrem Buch untersucht, wie wir die Umgebung auf kleine Weise anpassen können, um Roboter zu effektiven Kollaborateuren zu machen.

Laura Major

Laura Major, SM ’05

Julie Schah |

Julie Shah, ’04, SM ’06, PhD ’11

DENNIS KWAN

Es ist das Ende des Tages an einem Freitag, und Sie haben es dieses Wochenende nicht ins Einkaufszentrum geschafft, um Gefälligkeiten für die Geburtstagsfeier Ihres Kindes abzuholen. Sie melden sich also bei Amazon an, um zu sehen, was für die Lieferung am nächsten Tag verfügbar ist. Zusätzlich zu den Gefälligkeiten finden Sie Glühbirnen, um die durchgebrannte Glühbirne in Ihrer Tischlampe zu ersetzen, und entdecken ein neues Buch, für das Sie sich entscheiden. Sie klicken auf Meine Bestellung aufgeben, und kurze Zeit später sausen Roboter in den Fulfillment-Lagern von Amazon davon, um sicherzustellen, dass sie pünktlich an Sie geliefert werden.

Das Lagerhaus ist voll von kleinen, flachen Robotern, die unter Regalen mit allem Möglichen von Mixern über Wollmäntel bis hin zu Tischkreissägen hindurchkriechen. Wenn Ihre Bestellung in die Warteschlange gestellt wird, werden Roboter in der Nähe der Regale mit Ihren Produkten benachrichtigt. Sie schlüpfen unter die erforderlichen Regale, heben sie an und rasen durch das Lagerhaus, stoppen und starten, bewegen sich nach links und rechts und tanzen um alle anderen Roboter herum, die sich ebenfalls durch das Lagerhaus bewegen. Es ist ein wirklich schöner Anblick.

Sie werden jedoch überrascht sein zu erfahren, dass diese Roboter größtenteils blind sind. Ausgestattet mit nur wenigen Sensoren navigieren sie durch ihre Welt, indem sie direkt auf Papier blicken, das von menschlichen Arbeitern auf den Boden geklebt wird. Das Lagerhaus ist ein großes Gitter, mit einem einzigartigen Papiermuster, das auf den Boden jedes Gitterquadrats geklebt ist. Die Roboter verfolgen einfach die Abfolge von Papiermustern, an denen sie vorbeikommen, um ihren Standort zu bestätigen. Wenn eines der Papierstücke von den Rädern der Roboter zerrissen wird, hält eine Person die Roboter an, um in den Raum zu gehen und das Papier wieder auf den Boden zu kleben. Amazon hat 175 Fulfillment-Zentren auf der ganzen Welt, und diese Roboter flitzen derzeit in 26 von ihnen herum und arbeiten mit Menschen zusammen, um Ihre Bestellungen auszuführen.

Das mag nach einer hackigen Lösung klingen, die von einem Startup entwickelt wurde, um die Roboter vor die Tür zu bringen. Aber Amazon, eines der erfolgreichsten Unternehmen der Welt, entscheidet sich immer noch dafür, Papier auf den Boden zu kleben. Wieso den? Roboter mit weniger Sensoren sind weniger teuer – und fallen weniger wahrscheinlich aus. Roboter sind viel zuverlässiger, wenn Sie sie so programmieren, dass sie einem Muster von Papieren auf dem Boden folgen, als wenn Sie versuchen, sie dazu zu bringen, die Welt um sie herum zu beobachten, Hindernisse zu erkennen, einen Weg um die Hindernisse herum zu planen und dann weiter nach ihrem Ziel zu suchen . Manchmal ist einfach am besten.

Unsere Gesellschaften sind derzeit nicht darauf ausgelegt, die Bedürfnisse unabhängiger Roboter zu erfüllen, und es ist nicht klar, dass wir einfach Roboter herstellen können, die nur das benötigen, was unsere Infrastruktur derzeit bietet.

Während Dinge wie Ampeln, Geschwindigkeitsbegrenzungsschilder, orangefarbene Kegel, Autobahnauffahrten und Zebrastreifen Menschen dabei helfen, die Aktivitäten von Fahrern und Fußgängern sicher und effizient zu koordinieren, benötigen Roboter noch mehr Struktur und Unterstützung durch die Umgebung. Ihre Sinnessysteme nehmen viele Daten über die Welt um sie herum auf, aber sie sind nicht so gut wie wir darin, daraus Bedeutungen abzuleiten.

Die gute Nachricht ist, dass wir unsere Umgebung auf kleine, einfache Weise verändern können, was die Welt für Roboter viel einfacher macht – und für uns sicherer. Die Luftfahrt bietet ein gutes Beispiel.

Vom freundlichen Himmel lernen

Der durchschnittliche Flugzeugpassagier erkennt wahrscheinlich nicht, dass Flugzeuge in Fahrspuren fliegen und einer virtuellen Spur aus Brotkrümeln folgen, die um ein Netzwerk fester Bodenbaken herum angelegt ist, die die Flugsicherheit revolutioniert haben. Diese Navigationshilfen helfen Piloten und Fluglotsen dabei, den Standort des Flugzeugs zu verfolgen, und wurden schon lange vor der Existenz von GPS verwendet. Der Luftraum wurde auch in verschiedene Flugebenen und Spuren unterteilt, die wie Fahrspuren auf einer Autobahn wirken, außer dass diese Fahrspuren sehr breit (und hoch) sind, um die hohe Geschwindigkeit von Flugzeugen, potenzielle Fehler bei Standortschätzungen und andere Faktoren, wie z Wirbelschleppen, die von jedem Flugzeug erzeugt werden. Heute sind die vertikalen Fahrspuren durch 1.000 Fuß voneinander getrennt. Diese Bahnen am Himmel minimieren das Potenzial für Flugzeuge, sich unerwartet zu kreuzen und zu kollidieren. Sie vereinfachen auch die Verfahren zur Steuerung des Luftverkehrs. Wenn sich beispielsweise zwei Flugzeuge auf Kollisionskurs befinden, anstatt zu versuchen, genau zu berechnen, wann jedes am Kollisionspunkt ankommt, oder einem der Piloten ein leichtes Manöver zu empfehlen, um die Kollision zu verhindern, bitten die Fluglotsen einen normalerweise darum 1.000 Fuß steigen – und dann kommen sich die beiden Flugzeuge garantiert nicht zu nahe, weil sie auf getrennten Fahrspuren sind.

Diese Strukturierung des Luftraums hat enorme Auswirkungen auf die Effizienz und Sicherheit des Luftverkehrs, da sie klare Regeln bietet, die das Verhalten jedes Flugzeugs am Himmel regeln.

Abgesehen davon, wie der Luftraum sicher geteilt wird, bietet die Geschichte der Flugnavigation weitere Lektionen, um zu lernen, wie man effektiv mit Robotern arbeitet. Seit den Anfängen der Luftfahrt mussten Flugzeuge sorgfältig koordiniert werden. Anfangs haben wir nachts einfach Lagerfeuer am Ende der Start- und Landebahnen benutzt, und die Piloten suchten nach dem grellen Licht, um zu finden, wo sie landen sollten. Als nächstes wurden Leuchtfeuer installiert, und Flugzeuge konnten mithilfe der Funknavigation die Landebahn auch an einem bewölkten Tag finden. Sender senden ein moduliertes Signal, das im Flugzeug empfangen wird. Die Position des Senders wird anhand der Flugzeit zwischen empfangenen Signalen berechnet, und diese Daten werden verwendet, um die Position des Flugzeugs zu bestimmen. Anfangs wurde dies von Hand berechnet; jetzt ist es automatisiert und extrem robust. Der Zweite Weltkrieg brachte uns die Radarüberwachung, die es Fluglotsen ermöglichte, Flugzeuge zu verfolgen, ohne sich auf Sender verlassen zu müssen, insbesondere in überlasteten Lufträumen wie der Umgebung von Flughäfen.

Erwarten Sie, dass Roboter decken

Aber die wirkliche Revolution im Luftverkehr kam 1956 nach dem Zusammenstoß zweier Flugzeuge über dem Grand Canyon. Die Flugzeuge operierten in einem unkontrollierten Luftraum, in dem von den Piloten erwartet wird, dass sie andere Flugzeuge ohne fremde Hilfe sehen und ihnen ausweichen. Beide Piloten manövrierten um verstreute Kumuluswolken herum, um eine bessere Sicht auf die Schlucht zu bekommen, und beide betraten dieselbe Wolke, was es ihnen unmöglich machte, sich gegenseitig zu sehen. Alle 128 Passagiere wurden getötet.

Diese Kollision in der Luft, die während des Aufstiegs der kommerziellen Luftfahrt stattfand, löste eine Panik aus. Die damaligen Luftfahrtvorschriften boten keine gute Möglichkeit, Flugzeuge vor solchen Konflikten zu schützen. Die Lösung bestand darin, die Verwaltung des Luftraums zu zentralisieren. Der US-Kongress bewilligte 250 Millionen US-Dollar, um das Atemwegssystem des Landes zu verbessern, und schuf die Federal Aviation Administration (FAA), die ihr weitreichende Befugnisse zur Bekämpfung von Gefahren in der Luftfahrt gab. Die FAA ordnete eine großzügige Trennung zwischen Flugzeugen und geplanten Super Skyways an, um große Städte an der Ost- und Westküste zu verbinden, und schnitt Lufträume mit separaten Regeln ab, um schwere Überlandreisen zu erleichtern.

Werden wir eines Tages eine solche zentrale Stelle brauchen, um Regeln zu erstellen, externe Navigationsunterstützung zu entwickeln und andere Aspekte des Roboterbetriebs und der Robotersteuerung zu regulieren? Möglicherweise. Aber zumindest wird die Zusammenarbeit der Industrie bei der Aushandlung der gemeinsamen Ressourcen, die diese Roboter nutzen werden – unsere Straßen, Gehwege, Flure und Gänge – der Schlüssel sein.

Seite an Seite sicher arbeiten

Seit einigen Jahren lernen Fabriken, mit Robotern zu arbeiten. Heutzutage sind Automobilfabriken voll von großen, sich schnell bewegenden Roboterarmen, die nur in streng kontrollierten Umgebungen arbeiten, die durch Käfige begrenzt sind. Die Teile, die die Roboter handhaben, müssen präzise platziert werden – wenn sie auch nur um wenige Millimeter fehl am Platz sind, gerät der gesamte Vorgang ins Stocken. Und die Roboter können keine Menschen in der Nähe wahrnehmen. Wenn jemand ihren Raum betreten würde, wäre dies ein erhebliches Sicherheitsrisiko.

Die Wahrheit ist jedoch, dass relativ wenig Arbeit in den meisten Fabriken – sogar in Automobilfabriken – so sorgfältig für Roboter strukturiert werden kann. Eine Autokarosserie kann fast vollständig von Robotern gebaut werden, aber der Rest der Arbeit – die Installation von Kabeln, Sitzen und Armaturenbrettelementen – wird immer noch fast ausschließlich von Menschen erledigt. Diese Arbeit kann und wird auf absehbare Zeit nicht ausschließlich von Robotern erledigt werden, weil sie Fähigkeiten erfordert, die Roboter noch nicht haben. Fertigungsingenieure erkennen jedoch, dass die Arbeiten, die Roboter bereits erledigen, wie Montage, Schweißen und Verpacken, besser und schneller erledigt werden können, wenn Roboter aus ihren Käfigen befreit werden, um neben Menschen zu arbeiten. Anstatt zu versuchen, die Aufgaben eines menschlichen Arbeiters zu reproduzieren, können Roboter den Menschen aktiv unterstützen – indem sie zum Beispiel das richtige Teil genau zur richtigen Zeit übergeben – und dadurch die Produktivität der Linie drastisch verbessern. Tatsächlich zeigen unsere und andere Studien, dass Aufgaben durch die enge Zusammenarbeit zwischen Menschen und Robotern viel effizienter – bis zu 85 % schneller – erledigt werden können, als wenn Menschen Montageaufgaben ohne Roboterunterstützung ausführen.

Werden wir eines Tages eine zentrale Behörde wie die FAA brauchen, um Regeln zu erstellen, externe Navigationsunterstützung zu entwickeln und andere Aspekte des Roboterbetriebs und der Robotersteuerung zu regulieren? Möglicherweise.

Unternehmen stellen sich daher der Herausforderung, diese komplexen Maschinen so zu managen, dass sie für die Menschen, die sie umgeben, sicher sind. Die Roboterintelligenz, die erforderlich ist, um den Fortschritt von Menschen zu überwachen und vorauszusehen, was sie brauchen, ist weit entfernt von dem blinden Industrieroboter in einem Käfig oder sogar von den Robotern in den Lagerhäusern von Amazon, die mit Papiermarkern navigieren. Fabriken brauchen heute Technologien, die einen intimeren Tanz von Mensch und Maschine ermöglichen, ähnlich wie die moderne komplexe Choreografie von Flugzeugen, die den Himmel durchqueren. Und damit diese Technologie funktioniert, brauchen wir ausfallsichere Methoden, um sicherzustellen, dass Roboter ihren Kollegen keinen Schaden zufügen können.

Kürzlich haben Wissenschaftler neue, dynamische Wege entwickelt, um den persönlichen Raum für Menschen und Roboter zu markieren, und dies ermöglicht eine enge physische Zusammenarbeit in der Fertigung, ohne die Arbeiter zu gefährden. Anstelle einer statischen Abgrenzung von Roboter- und Menschenraum wird die industrielle Umgebung mit neuen Sensoren ausgestattet, die quasi als virtuelle Zäune fungieren.

Nähert sich eine Person einem Roboter und überquert den virtuellen Zaun, stoppt der Roboter sofort seine Bewegung. In fortschrittlicheren Umgebungen werden Sensoren verwendet, um dynamische Sicherheitszonen zu schaffen, in denen der Abstand zwischen der Person und dem Roboter aktiv überwacht wird. Wenn sich die Person dem Roboter nähert, wird der Roboter langsamer und gibt der Person Zeit zu reagieren, bevor der Roboter vollständig anhält.

So wie Flugzeuge andere Abstandsregeln in der Luft haben, müssen Industrieroboter sogenannte Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachungsstandards einhalten und entsprechend ihrer Geschwindigkeit bestimmte Abstände zu Menschen einhalten. Je schneller sich der Roboter bewegt, desto weiter muss er von Menschen entfernt bleiben, und wenn sich eine Person dem Roboter nähert, muss er langsamer werden und anhalten. Eines der ersten Systeme dieser Art wurde 2017 in einem BMW-Werk in München eingesetzt. Ein menschlicher Mitarbeiter arbeitete unter einem hoch aufragenden orangefarbenen Industrieroboter, der zwei- bis dreimal so groß war wie er, während sie sicher eine gemeinsame Fabrikfläche bewältigten, um Autos zu bauen.

Diese einfachen Wechsel, von physischen Käfigen zu virtuellen Zäunen und von der statischen Abgrenzung des sicheren Raums zur dynamischen Anpassung von sicheren Zonen, erleichtern die Zusammenarbeit von Menschen und Robotern bei Fertigungsaufgaben und erledigen sie effizienter oder mit einem höheren Standard als Menschen oder Roboter allein arbeiten könnte.

Die Verkehrsregeln für die Arbeit mit Robotern müssen nicht statisch sein. Sie können sich im Laufe der Zeit anpassen, wenn Roboter leistungsfähiger werden und wir uns an sie gewöhnen. Wenn sich Roboter weiterentwickeln, können wir sie von ihren festen Bahnen befreien. Durch eine dynamischere Aushandlung gemeinsam genutzter Ressourcen können wir einige große Fortschritte bei der Integration von Robotern in menschliche Umgebungen machen.

Angepasst von Was Sie erwartet, wenn Sie Roboter erwarten: Die Zukunft der Mensch-Roboter-Kollaboration, von Laura Major und Julie Shah. Urheberrechte © 2020. Lieferbar ab Grundlegende Bücher , ein Impressum der Hachette Book Group.

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