Robotyka to jedna z najdynamiczniej rozwijających się dziedzin nauki i techniki, łącząca elementy inżynierii, informatyki, automatyki i sztucznej inteligencji. Robot jest maszyną zdolną do autonomicznego lub półautonomicznego wykonywania zadań, która od prostych automatów ewoluowała do zaawansowanych systemów wyposażonych w AI.
Współczesne roboty znajdują zastosowanie w niemal każdej dziedzinie życia – od przemysłu, przez medycynę, aż po eksplorację kosmiczną czy usługi domowe. Dziś, przy wartości światowego rynku robotów przemysłowych sięgającej 16,5 miliarda dolarów, robotyka wyznacza nowe standardy efektywności, precyzji i bezpieczeństwa.
Definicja i etymologia robota
Zagadnienie, czym jest robot, pozostaje wyzwaniem ze względu na brak jednoznacznej, powszechnie akceptowanej definicji. W uproszczeniu robot to maszyna (często system komputerowy) realizująca zadania za pośrednictwem programowalnych peryferiów.
Oto wybrane definicje stosowane w nauce:
- Ujęcie ogólne – każda maszyna lub program komputerowy automatyzujący pewne zadania;
- Definicja A. Moreckiego – urządzenie techniczne do wykonywania czynności manipulacyjnych i lokomocyjnych człowieka, obdarzone energetycznością, autonomią i elementami sztucznej inteligencji;
- Definicja H.J. Warnecke – urządzenie do automatycznej, programowalnej manipulacji z wykorzystaniem kilku osi i efektorów końcowych.
Etymologia „robota” sięga słowiańskiego słowa oznaczającego ciężką pracę – pojęcie zostało spopularyzowane dzięki sztuce „R.U.R.” (1920) Karela Čapka. Sam termin „robot” był pomysłem Josefa Čapka.
W „R.U.R.” roboty to istoty z laboratoryjnej tkanki, wysoce inteligentne, z wyglądu jak ludzie, pozbawione emocji i potrzeb. Z czasem słowo „robot” zaczęło oznaczać urządzenia mechaniczne.
Termin „robotyka” wprowadził Isaac Asimov w 1942 roku; to on sformułował trzy słynne prawa robotyki.
- robot nie może skrzywdzić człowieka ani przez zaniechanie działania dopuścić do jego krzywdy,
- robot musi być posłuszny rozkazom człowieka, chyba że są sprzeczne z pierwszym prawem,
- robot musi chronić siebie, jeśli nie stoi to w sprzeczności z pierwszym lub drugim prawem.
Obecnie roboty wykonują powtarzalne, niebezpieczne lub uciążliwe czynności, często w otoczeniu wymagającym odbierania informacji za pomocą sensorów i działania poprzez efektory.
Historia rozwoju robotyki
Starożytność i pierwsze automaty
Robotyka wywodzi się z czasów antycznych – wzmianki o „sztucznych ludziach” pojawiają się już u Homera i w greckiej mitologii. Kluczową rolę w rozwoju techniki odegrały także wynalazki Archimedesa (koła zębate), Herona z Aleksandrii (automaty parowe, automatyczne drzwi) oraz legendy o Talosie – mechanicznym gigancie.
Średniowiecze i renesans
W XIII wieku Ismail al-Dżazari opisał automatyczne maszyny, a Leonardo da Vinci w XV wieku stworzył projekt mechanicznego rycerza. Dopiero od renesansu w Europie zaczęły powstawać zaawansowanie figurki-androidy i pierwsze piszące mechanizmy.
Przełom XIX i XX wieku
Wynalezienie prądu umożliwiło eksperymenty z robotami. Nikola Tesla jako pierwszy zdalnie sterował urządzeniem, a na przełomie lat 40. XX wieku W. Grey Walter konstruował roboty wyposażone w czujniki.
W 1920 roku pojawia się pojęcie „robot” (sztuka „R.U.R.”), a robotyka przyspiesza wraz z rozwojem elektroniki i informatyki.
Era robotów przemysłowych
W 1954 roku rozpoczął się rozwój robotów przemysłowych. George Devol zaprojektował pierwszy programowalny robot, a Joseph Engelberger rozwinął firmę Unimation. Pierwszy robot przemysłowy Unimate zainstalowano w General Motors w 1961 roku – ważył 4000 funtów i wykonywał niebezpieczne zadania przy liniach produkcyjnych.
Kluczowe fazy rozwoju robotyki:
- pierwsza faza (1954 – połowa lat 70.) – wczesny rozwój i produkcja pierwszych robotów,
- druga faza (połowa – koniec lat 70.) – wzrost produkcji dla przemysłu motoryzacyjnego,
- trzecia faza (po 1979) – szybki rozwój i wzrost liczby modeli, producentów i nowych zastosowań.
Lata 60. to także dynamiczny start sztucznej inteligencji w robotyce – robot Shakey był pionierem mobilnej AI.
Eksploracja kosmosu
Roboty odegrały wielką rolę w badaniach kosmicznych:
- w 1976 roku Viking NASA ląduje z ramionami do pobierania próbek,
- łaziki Spirit, Opportunity, Curiosity prowadzą badania planetarne.
Curiosity to łazik marsjański wielkości samochodu, eksplorujący krater Gale od 6 sierpnia 2012 roku i realizujący zaawansowane misje naukowe.
Klasyfikacja i typy robotów
Roboty przemysłowe
Roboty przemysłowe dominują w światowej gospodarce. Są przeznaczone do powtarzalnych zadań (przenoszenie, montaż, paletyzacja itd.) oraz odciążają pracowników z pracy fizycznej. Kluczową cechą robotów przemysłowych jest programowalność ruchów oraz możliwość dostosowania bez zmian konstrukcyjnych.
Podstawowe rodzaje robotów przemysłowych to:
- roboty przegubowe,
- roboty kartezjańskie,
- roboty cylindryczne,
- roboty SCARA,
- roboty sferyczne,
- roboty typu delta.
Najpopularniejsze są roboty przegubowe – ramię z przegubami daje dużą swobodę ruchów. Często mają sześć osi oraz udźwig do kilku ton. Roboty sześcioosiowe oferują dużą przestrzeń roboczą, szybkie ruchy i elastyczność instalacji.
Roboty SCARA znajdują zastosowanie zwłaszcza w zadaniach pick & place i montażu precyzyjnych elementów.
Podział robotów wg generacji
Ze względu na generację wyróżniamy:
- roboty pierwszej generacji – odtwarzające proste czynności,
- roboty drugiej generacji – większa złożoność i możliwości,
- roboty trzeciej generacji – z systemem wizyjnym i komunikacją głosową,
- roboty czwartej i piątej generacji – inteligentne, ze sterowaniem adaptacyjnym.
Roboty usługowe
ISO 8373:2012:2021 definiuje roboty usługowe jako pracujące na rzecz ludzi bądź maszyn w zastosowaniach osobistych oraz profesjonalnych. Rozróżniamy:
- osobiste roboty usługowe – np. służący domowy, automatyczny wózek, robot do ćwiczeń zwierząt, osobisty robot wspomagający mobilność;
- profesjonalne roboty usługowe – np. robot sprzątający miejsca publiczne, robot dostawczy w biurach/szpitalach, robot rehabilitacyjny, chirurgiczny, przeciwpożarowy.
Profesjonalne roboty usługowe klasyfikowane są wg obszaru działalności. Przykłady:
- roboty terenowe: rolnicze, dojne, górnicze, kosmiczne, inne,
- profesjonalne sprzątanie: sprzątanie podłóg, mycie okien/ścian, czyszczenie zbiorników, mycie kadłubów, inne zadania.
Roboty medyczne
Robotyka medyczna podnosi jakość opieki zdrowotnej:
- roboty chirurgiczne – umożliwiają precyzyjne i minimalnie inwazyjne operacje;
- roboty rehabilitacyjne – wspierają powrót do zdrowia;
- roboty diagnostyczne, telemedyczne – zwiększają dostępność usług specjalistycznych, szczególnie w odległych regionach.
Zalety robotów medycznych:
- wyższa precyzja i bezpieczeństwo operacji,
- minimalizowanie ryzyka i powikłań,
- szybsza rekonwalescencja,
- lepsza dostępność specjalistycznej opieki.
Sztandarowym przykładem jest system da Vinci, z wieloma ramionami sterowanymi przez chirurga, umożliwiającymi zabiegi z niezrównaną precyzją.
Podstawowe pojęcia w robotyce
Z podstawowymi terminami spotykamy się na co dzień:
- robot – urządzenie wykonujące funkcje manipulacyjne i lokomocyjne, wyposażone w inteligencję maszynową,
- manipulator – cybernetyczny mechanizm realizujący ruchy kończyny górnej człowieka (funkcja manipulacyjna przez chwytak, funkcja wysięgnikowa przez ramię),
- maszyna cybernetyczna – realizuje lub zastępuje funkcje intelektualne, fizjologiczne, energetyczne człowieka.
Prawa i etyka robotyki
Prawa Asimova
Isaac Asimov sformułował trzy zasady regulujące działanie robotów wobec ludzi:
- Pierwsze prawo – robot nie może skrzywdzić człowieka ani przez zaniechanie działania dopuścić do jego krzywdy;
- Drugie prawo – robot musi być posłuszny rozkazom człowieka, chyba że pozostają w sprzeczności z pierwszym prawem;
- Trzecie prawo – robot musi chronić swoje istnienie, jeśli nie koliduje to z pierwszym lub drugim prawem.
Asimov dodał później Prawo Zerowe: robot nie może skrzywdzić ludzkości ani przez zaniechanie działania doprowadzić do jej uszczerbku.
Współczesne podejścia do etyki
Dzisiejsza etyka robotyki wciąż ewoluuje. Tworzenie AI to duża odpowiedzialność twórców. Mark Tilden zapropnował podejście, gdzie priorytetem jest przetrwanie robota, co prowadzi do innych dylematów moralnych niż klasyczne prawa Asimova.
Wyzwania współczesnej robotyki
Coraz bardziej autonomiczne roboty, takie jak ASIMO Hondy, wymagają nowych standardów bezpieczeństwa i długoterminowych badań. Integracja robotów z codziennym życiem ludzi wymaga przewidywania szerokiego spektrum scenariuszy i ciągłego podnoszenia poziomu zabezpieczeń.
Współczesne zastosowania robotów
Roboty w przemyśle
Przemysł jest największym beneficjentem robotyki – roboty realizują całodobową produkcję, zwiększając efektywność i jakości wyrobów. Najpopularniejsze roboty – IRB 2400 firmy ABB – od lat wyznaczają standardy pracy na liniach produkcyjnych.
W Polsce badania nad robotami przemysłowymi prowadzone są od lat 70., m.in. w PIAP czy Centrum Badawczo-Konstrukcyjnym Obrabiarek w Pruszkowie.
Roboty w medycynie
System da Vinci zrewolucjonizował chirurgię dzięki niezwykłej precyzji i minimalnej inwazyjności. Roboty rehabilitacyjne wspierają pacjentów w powrocie do zdrowia, a roboty diagnostyczne oraz telemedyczne umożliwiają świadczenie zaawansowanych usług na odległość.
Zalety robotów medycznych to nie tylko precyzja, ale także szybsze powroty do zdrowia oraz lepsza dostępność usług.
Roboty w eksploracji kosmosu
W badaniach kosmicznych roboty, jak Curiosity, są niezastąpione – badają środowisko planetarne, analizują skład gleby i wysyłają dane naukowe na Ziemię. Curiosity wyposażony jest w oprogramowanie z ponad 500 000 linii kodu i kompleksowy zestaw instrumentów naukowych.
Łazik jest aktywny już ponad dziesięć lat, a jego misja stale się rozwija.
Roboty usługowe w życiu codziennym
Roboty usługowe znajdują miejsce w domach i firmach, od odkurzaczy po asystentów osób starszych. Wyposażone w AI, mogą rozpoznawać mowę i obrazy, elastycznie dopasowując działania do otoczenia.
Sztuczna inteligencja w robotyce
Rewolucja AI w robotyce
Połączenie sztucznej inteligencji z robotyką to kamień milowy – roboty mogą uczyć się, podejmować decyzje, rozpoznawać dane sensoryczne. Sztuczna inteligencja radykalnie zwiększa efektywność i możliwości adaptacyjne zrobotyzowanych systemów.
Dzięki AI roboty same interpretują dane, rozpoznają obiekty i optymalizują swoje działania. Stają się przez to coraz bardziej użyteczne w różnych sektorach.
Typy sztucznej inteligencji w robotyce
Zaawansowane algorytmy AI umożliwiają robotom realizację coraz szerszego zakresu zadań. Za przykład mogą posłużyć:
- Analityczna AI – pozwala na inteligentne przetwarzanie i analizę dużych zbiorów danych z czujników,
- Fizyczna AI – umożliwia trening robota w środowisku wirtualnym,
- Generatywna AI – dąży do przełomu w samodzielności jak w ChatGPT dla języka naturalnego.
Robotyka kognitywna i systemy neuronowe
Robotyka rozwija się dzięki systemom hybrydowym, łączącym rozumienie modeli świata i planowanie z podejściem zachowaniowym. Kluczowa jest rola algorytmów SI – rozpoznawanie obrazu, uczenie maszynowe oraz adaptacja do środowiska.
Inwestycje w AI dla robotyki
Coraz więcej firm inwestuje w uczenie maszynowe i AI dla robotów – pomaga to ograniczyć przestoje i zwiększa efektywność procesów. Minuta przerwy produkcyjnej może kosztować nawet 1,3 miliona dolarów. W Polsce powstała spółka IDEAS przy Narodowym Centrum Badań i Rozwoju, której celem jest stworzenie jednego z największych centrów AI w Europie Środkowo-Wschodniej.
Do 2030 roku prognozuje się do 85 milionów nieobsadzonych miejsc pracy, z czego wiele zostanie przejęte przez roboty i AI.
Trendy i przyszłość robotyki
Najważniejsze trendy na 2025 rok
Międzynarodowa Federacja Robotyki wyróżniła pięć kluczowych trendów dla robotyki na 2025 rok. Oto dwa z nich:
- Integracja AI – coraz szersza analityka, automatyka, optymalizacja pracy i adaptacja do środowisk;
- Rozwój robotów humanoidalnych – duże zainteresowanie, możliwość wykonywania szerokiego spektrum zadań, rola w branży motoryzacyjnej i magazynowej.
Trendy te prowadzą do powstawania coraz bardziej uniwersalnych, autonomicznych i wszechstronnych robotów.
Humanoidalne roboty przyszłości
Jednym z najbardziej ekscytujących kierunków jest rozwój robotów humanoidalnych. Honda, opracowując ASIMO, zrealizowała kluczowe funkcje mobilności, równowagi i bezpieczeństwa w otoczeniu ludzi. ASIMO przebył ponad 33 miliony kroków i 7900 km w demonstracjach, stanowiąc podstawę do dalszych badań nad integracją ludzi i robotów.
Wnioski z programu ASIMO podkreślają konieczność dalszych, długoterminowych badań, konsensusu społecznego i opracowania regulacji prawnych, by w pełni zintegrować roboty humanoidalne z codziennym życiem społecznym.