Robotika - věda budoucnosti?

Projekt "Inovace v odborném vzdělávání a přípravě" spolufinancován Evropskou unií

Úvod do tématu WQ
Robotika je interdisciplinární obor na pomezí mechaniky, automatizace, elektroniky, senzoriky, kybernetiky a informatiky. Do oblasti robotiky patří také úvahy o umělé inteligenci - v některých kruzích je s ní robotika dokonce ztotožňována.
Termín "robot" poprvé použil v roce 1921 ve své hře český spisovatel Karel Čapek. Použil ho pro označení otrockého stroje, který nahrazuje člověka při nejnáročnějších úkolech. Počátek rozvoje robotiky jako vědního oboru však lze vysledovat až do roku 1961, kdy byl ve společnosti General Motors spuštěn první manipulátor pracující na výrobní lince.
Robotika je relativně nový obor, který spojuje různé tradiční obory technických věd. Převzala mnoho oblastí lidského života a našla uplatnění například v nemocnicích, armádě, policii, průmyslu a dokonce i v domácnostech. Funkce, které vyžadují vysokou rychlost, přesnost, spolehlivost a robustnost, může robot vykonávat mnohem rychleji než člověk. V důsledku toho se dnes robotizuje mnoho úkolů ve výrobních závodech, které dříve vykonával člověk. Výsledkem je snížení výrobních nákladů, především při výrobě automobilových dílů a elektroniky.
Rozvoj robotiky má vliv na častější a širší využívání robotů v lidském životě, čímž se zlepšuje jeho kvalita. Nejnovější průzkum ukazuje, že navzdory celosvětové krizi by měl polský trh s robotikou nadále růst. Stále více malých a středních podniků podle Control Engineering Polska sází na pokrok a inovace a na automatizaci svých výrobních linek. V posledních měsících jednoznačně roste obliba svařovacích robotů. Podle Mezinárodní federace robotiky, počínaje rokem 1961. - kdy byly použity první průmyslové roboty v automobilce General Motors v New Jersey - bylo do roku 2008 na celém světě instalováno přibližně 2 miliony těchto zařízení. V Polsku jich je zatím jen několik tisíc.
Odhaduje se, že počet robotických pracovišť v malých a středních podnicích poroste. S rozvojem této části trhu se také očekává rostoucí integrace robotických pracovišť a spolupráce operátora s robotem. Polští dodavatelé očekávají další růst polského trhu robotizace, a to i přes současný propad v automobilovém průmyslu. Očekává se, že tento vývoj bude katalyzován několika faktory, a to jak ekonomickými, tak technologickými. Budoucnost robotizace v očích dodavatelů zahrnuje také rozšíření bezpečnostního systému robota, k čemuž by měly přispět funkce, jako je ztlumení (automatické pozastavení funkce), bezpečnostní oko (kamerový dohled), světelný sloup a rozšíření řídicího systému o vestavěné bezdrátové komunikační karty. Problémem pro polské integrátory bude rostoucí konkurence západních dodavatelů, zejména německých a italských.
Roboti mohou dělat domácí práce za lidi. To je dnes asi nejoblíbenějším aspektem vztahu člověk-stroj. S roboty se v obchodech a domácnostech setkáváme mnohem častěji než dříve a věříme, že nám nová zařízení pomohou v každodenním životě. Vliv na to mají i další faktory, z nichž některé jsou těžko měřitelné - například nedostatek volného času nebo postupné obohacování společnosti i v Polsku. Skutečný počet domácích robotů může být jak nadhodnocený, tak podhodnocený, protože přesné údaje v této oblasti je obtížné získat.
Domácí roboti jsou jednou z nejběžnějších skupin. Přední americký výrobce iRobot je vyrábí od roku 2002 a Poláci si stále častěji rádi vybírají něco pro sebe z jeho široké nabídky. V roce 2019 byly jeho výrobky přítomny již ve více než 330 000 polských domácnostech.
Pro mnohé je pojem "robot" v kontextu domácích robotů sporný. Jsou to skutečně plnohodnotní roboti, nebo jde jen o zastaralé myšlení v pojmenování?
Planetární roboty a planetární míchačky jsou v Polsku stále populárnější. Název je odvozen od pohybu míchaček, který je spojen s obíháním. Tito roboti toho umí hodně - do jejich repertoáru patří míchání, mixování, míchání suchých a tekutých přísad, hnětení těsta, sekání, krájení, mletí, šlehání pěny nebo drcení ledu. Lze je také snadno proměnit v mlýnek na kávu, mlýnek na maso nebo odšťavňovač.
Demografické a epidemiologické změny přinesly nové paradigma zdravotní péče. Bere v úvahu jak rostoucí počet starších lidí, tak chronická onemocnění. Prodlužuje se střední délka života a zvyšuje se poptávka po dlouhodobé péči. Ústavní péče o seniory se potýká s ekonomickými problémy, s nízkým počtem zaměstnanců a následnými problémy s kvalitou.
Roboty mohou využívat i starší lidé žijící v pečovatelských zařízeních nebo domovech důchodců. Korejský robot ve tvaru židle dokáže přenášet osoby o hmotnosti až 220 kg a ovládá se jednoduchým joystickem. Roboti mohou starším lidem pomoci vstát z postele a osamělým lidem poskytnout pocit společnosti. Příkladem je robot Nadine, dílo profesorky Nadie Thalmannové. Je navržen jako společník pro starší lidi i děti. Profesorka Thalmannová ze Ženevské univerzity. Byl vytvořen jako reakce na izolaci a osamělost starších lidí. Robot nenahradí blízké osoby, ale můžete si s ním povídat. Pomáhá také zdravotně postiženým.
Japonsko je světovým lídrem v technologii používání robotů v restauračních kuchyních. Používají se například při přípravě sushi a při krájení zeleniny. Stejně tak jsou důležité při výrobě potravin, pěstování rýže a obdělávání půdy. Kromě toho roboti pracují jako recepční, uklízeči a servírovací stroje na nápoje. Někteří roboti se specializují na přípravu kávy, počínaje prací při mletí kávových zrn, jiní mohou být najímáni jako barmani, aby roznášeli nápoje na večírcích nebo pracovali za barem.
Mnoho zemí již používá drony k prohledávání pozemků a staveb. Ke kontrole podezřelých aut nebo zásilek se již dlouho používají dálkově ovládaní roboti. Používají se všude tam, kde situace ohrožuje životy policistů nebo civilistů. Robot může shromažďovat audiovizuální data pro lepší operativní průzkum, například při situacích, kdy je třeba vzít rukojmí. Příkladem takového robota je K1 Knightscope pro kontrolu vstupních a výstupních míst, skenování kolemjdoucích na přítomnost zbraní a nebezpečných nástrojů nebo radiace.
Další robot, Knightscope K9, vybavený kamerami, termálními senzory a lasery, se v roce 2017 objevil v ulicích San Franciska, kde kontroloval bezdomovce tábořící před sídlem sanfranciské SCPA. Už samotný název má konotace policejního psa, které se v tomto kontextu stávají spíše nepříjemnými.
Co bude dál. Brzy za nás budou roboti schopni číst texty, vést rozhovory, umývat okna, doručovat balíky na pozemky, připravovat nám krabičky s léky a dokonce nám pomohou postavit se na nohy, když upadneme nebo máme potíže se vstáváním. Nejprve jsme je měli ve vojenském sektoru, pak při vykonávání průmyslových prací. Nyní jsme svědky příchodu nové generace, která je připravena vykonávat domácí práce, údržbářské práce, volnočasové aktivity nebo se zapojit do vzdělávacích aktivit. Ať už se jedná o makro-, nano-, humanoidní nebo dronoidní roboty, brzy se stanou našimi nerozlučnými společníky. Vraťte se - už jsou tady.
Skutečná síla a přínos dnešního výzkumného úsilí v oblasti robotiky osobních služeb spočívá ve zdokonalování znalostí. Do doby, než je přijme a začne používat široká veřejnost, si již univerzity a výzkumné instituce pořídily malý počet modelů humanoidních osobních servisních robotů. Pokud jsou naši roboti ještě daleko od lidských schopností, mějme stále na paměti, že roboti jsou schopni zlepšit pozorování člověka člověkem.
Informace pro učitele
Témata
WebQuest určený pro žáky odborných škol, kteří studují IT, elektronickou robotiku a mechatroniku.
Jeho cílem je seznámit žáky s využitím robotů v každodenním životě. Žáci se dozvědí, z jakých materiálů se roboti vyrábějí, k jakému účelu se používají a jaký význam mají v každodenním životě. Ukazuje se, že stroje - roboti - hrají v našem životě stále důležitější roli a často si ani neuvědomujeme, že jsme obklopeni zařízeními, která vyrobil člověk.
Formy prezentace
Prezentace v Power Pointu, ve které představíte roboty, se kterými se setkáváme v každodenním životě a často si neuvědomujeme, že činnosti, které vykonávají, jsou prováděny stroji.
Popis myšlenky
• Na základě dostupných materiálů žáci shromažďují informace o typech robotů, z jakých materiálů jsou vyrobeni, jak jsou naprogramováni, jaké činnosti vykonávají a kde se s nimi setkáváme.
• Ve skupinové práci si připraví prezentaci o robotech a jejich využití v každodenním životě.
• V rámci skupinové práce vypracují prezentaci, v níž ukáží, k čemu jsou roboti v každodenním životě užiteční a zda mohou při práci nahradit člověka.
Rozdělení do skupin lze provést podle různých kritérií, např. podle kognitivních schopností, dovedností žáků, jejich zájmů, aby byly síly v každé skupině "rovnoměrně" rozloženy. Žáci by měli dostat sadu startovních informací, které jim pomohou při práci, např. z čeho jsou roboti vyrobeni, jak jsou naprogramováni, jaké jsou jejich funkce a úkoly.
Navrhovaná doba pro implementaci WQ:
12 lekcí
Kritéria hodnocení:
Hodnocení bude založeno na úrovni pokrytí tématu, žáci by měli být připraveni a vedeni k odpovídajícím znalostem, aby získali maximální známku (1).
Hodnocení:
Učitel by měl s žáky pečlivě zopakovat obsah, dokud mu žáci neporozumí. Měl by jim však poskytovat spíše pomoc, rady, vysvětlení než hotová řešení. Tato metoda bude dobrým způsobem, jak zavést samostatnou činnost a tvůrčí myšlení.
