Mitä robotiikka on?

Olen innolla odottanut, milloin yliopistossani järjestettäisiin robotiikaan liittyviä kursseja. On niitä varmasti ollutkin, ja osallistuinhan esimerkiksi tekoälystä kertovalle kurssille. Mutta kaipasin kuitenkin kokonaisvaltaisesti robotiikasta kertovaa kurssia, ja ilokseni huomasin, että sellainen järjestettiinkin! Innosta puhkuen ilmoittauduin Johdatus robotiikkaan -kurssille. Jo ensimmäinen luento oli todella mielenkiintoinen ja silmiä avaava: robotiikka todellakin on tulevaisuus. Mutta mitä robotiikka oikeastaan edes on, ja miksi se tulee olemaan niin tärkeä osa tulevaisuuden yhteiskuntaa? Sain luvan kirjoittaa blogitekstin pohjautuen ensimmäisen luennon teksteihin. Siinä oli mielestäni todella hyvin tiivistetty ja kerrottu, mitä robotiikka on.

Teksti siis pohjautuu Jyväskylän yliopiston Johdatus robotiikka -kurssin ensimmäiseen luentoon ja sen lähteisiin, sekä kurssin opettajien Toni Alhon, Pekka Neittaanmäen, Pasi Hännisen ja Olli Tammilehdon Jyväskylän yliopiston julkaisemaan raporttiin Palvelurobotit, joka koskee erityisesti palvelurobottiikaa SOTE-sektorilla. Käytän lähteenä myös Googlea, Gordon McCombin kirjaa Robot Builder's Bonanza sekä kirpputorilta löytämääni Robert Malonen Robotit-kirjaa. Eikö olekin söpö? <3>

Robotit ja robotiikka

Sana robotti on peräisin tšekin kielen sanasta 'robota', joka tarkoittaa pakkotyötä. Sen loi oletettavasti näytelmäkirjailija Karel Čapekin veli. Karel käytti sanaa vuonna 1920 näytelmässään R.U.R (Rossumonin univeraalit robotit). Tummasävytteinen näytelmä sijoittuu tulevaisuuteen, jossa robotit korvaavat työläisluokan. Kuulostaa tutulta uhkakuvalta; monet tuntuvat pelkäävän, että robotit vievät tulevaisuudessa kaiken työn. Näytelmän menestyksen on tulkittu heijastaneen ihmisissä syvällä kytevän uuden tekniikan pelkoa.

Sanaa robotiikka käytti luultavasti ensimmäisenä kirjailija Isaac Asimov, jota pidetään yhtenä merkittävimmistä tieteiskirjailijoista. Hän loi robotiikan kolma moraalisääntöä:

1. Robotti ei saa vahingoittaa ihmistä eikä toimimatta jättämisellään sallia tämän vahingoittuvan

2.  Robotin on toteltava ihmisen sille antamia määräyksiä, jos ne eivät ole ristiriidassa ensimmäisen lain kanssa

3. Robotin on varjeltava omaa olemassaoloaan, jos varjeleminen ei ole ristiriidassa ensimmäisen eikä toisen lain kanssa

Asimov lisäsi myöhemmin neljännen lain (nollas laki), jonka mukaan robotti ei saa vahingoittaa ihmiskuntaa eikä toimimatta jättämisellä sallia sen vahingoittuvan. Kyseisiin lakeihin viitataan monissa kirjoissa ja elokuvissa.

ISO-8373 -standardi (v. 2012) määrittelee robotin seuraavanlaisesti:

"actuated mechanism programmable in two or more axes with a degree of autonomy, moving within its environment, to perform intended tasks"

Määritelmän mukaan robotti on siis ohjelmoitava ja autonominen, ja se voi liikkua ympäristössään ja suorittaa tehtäviä. Robotiikka puolestaan määritellään tarkoittavan robottien suunnitteluun, valmistamiseen ja käyttämiseen liittyvää tiedettä ja toimintaa. Kansainvälinen robotiikan keskusjärjestö IRF (International Federation of Robotics) noudattaa myös kyseisiä määritelmiä.

Robotiikan historia

Robottien kehitykseen on vaikuttanut halu laatia älykkäitä koneita: ensimmäisenä keksittiin mekanismit, joilla voitiin kirjata tähtien liikkeet ja siten mitata aikaa. 1200-luvulle tultaessa monet kellosepät käyttivät taitojaan myös liikkuvien nukkejen rakentamiseen. Opittiin rakentamaan koneita, jotka huolehtivat tehtävistä ilman ihmistä tai hyvin pienellä ihmispanoksella. Vähitellen syntyi automaation ensiaskelet. Heron Aleksandrialainen kehitti jo parituhatta vuotta sitten koneita, jotka esimerkiksi avasivat temppelien ovia. Yksi ensimmäisiä dokumentoituja humanoidirobotin suunnitelmia on Leonardo da Vincin n. 1495 tekemät piirrokset. Ensimmäisiä nykyaikaisia robotteja oli tiedemies W.Grey Walterin v. 1948 ja 1949 kehittämät robottimaiset "kilpikonnat", jotka reagoivat valoon ja jotka hakeutuivat valoa kohti:

Walterin kehittämä robottimainen "kilpikonna. Kuvan lähde: http://www.extremenxt.com/elsie.jpg

Ensimmäinen teollisuurobotti puolestaan oli George Devolin ja Joseph Engelbergerin v. 1961 kehittämä Unimate. Se oli robottikäsivarsi, joka oli suunniteltu toimimaan General Motorsin kokoomalinjalla. 1970-luvun aikana teollisuusrobotit jo kokosivat autoja, hitsasivat ja maalasivat niitä ilman ihmisten apua. Niitä käytetään tehtävissä, jotka ovat raskaita, vaarallisia ja vaativat paljon toistoa. IFR:n sivuilla on robottien historian aikajana, jossa on myös kuvat kehitetyistä roboteista. Aikajana alkaa ensimmäisen teollisuusrobotin synnystä.

Robottien rakenne

Robotit koostuvat useista erilaisista osista: 

1.  Keho. Robotteja on eri muotoisia ja kokoisia. Robotin muodon määrittää komponentit,    joista robotti rakentuu, mutta monet robotit voidaan lajitella seuraaviin muodon kategorioihin:

• Kilpikonnat (turtle). Nimitetään myös työpöytä (desktop) roboteiksi. Suurin osa amatööriroboteista kuuluu tähän kategoriaan. 
• Mönkijät (rover). Nämä robotit vaativat hieman hevosvoimaa, esimerksi imurirobotit, ruohonleikkuurobotit ja taistelurobotit. Nämä ovat liian isoja liikkumaan pöydillä, toisin kuin kilpikonna-kategorian robotit.
• Kävelijät (walking). Tähän kuuluvat robotit käyttävät liikkumiseen jalkoja pyörien sijaan. Useimmilla on kuusi jalkaa hyönteisten tapaan, koska kuusi jalkaa takaavat paremman tasapainon ja liikkuvuuden kuin kaksi jalkaa. Kävelijä-robottien rakentaminen vaatii suurempaa tarkkuutta, joten aloittelijoiden on helpompaa rakentaa pyörillä tai telaketjuilla liikkuvia robotteja.
• Kädet ja pihdit (arms & grippers). Käsivarsia voi liittää liikkuviin robotteihin, tai ne voivat olla yksittäisiä, paikallaan olevia käsivarsia. Ihmisen kädessä on useita vapausasteita, joten se voi suuntautua melkein mihin suuntaan tahansa. Useimmissa robottikäsissä vapausasteiden lukumäärä on rajoitettu yhden ja kolmen välille.
• Androidit ja humanoidit (android & humanoid). Nämä muistuttavat ihmistä: niillä on pää, keskivartalo, kaksi jalkaa ja käsivarsia. Tämän kategorian robotit on vaikein rakentaa, ja niiden luomisen monimutkaisuuden takia ne ovat usein myös muita malleja kalliimpia.

Tukirangan rakenne voi olla joko sisäinen tukiranka (endoskeleton) tai ulkoinen          tukiranka (eksoskeleton). Sisäisessä tukirangassa tukirakenne on sisäpuolella. Sisäinen tukiranka on selkärankaisten ominaispiirre: esimerkiksi ihmisillä ja eläimillä sisäelimet, lihakset ja iho ovat luiden ulkopuolella. Ulkoisessa tukirangassa "luut" ovat sisäelinten ja lihasten ulkopuolella. Luonnossa niitä näkee esimerkiksi ravuilla ja hämähäkeillä. Hoitorobotiikassa ulkoisen tukirangan mallisia robotteja on käytetty esimerkiksi kuntoutuksen apuna (siitä lisää myöhemmin).

Robotit rakennetaan yleensä metallista, mutta niiden rakentamiseen voidaan käyttää myös puuta, muovia ja kapalevyä (foamboard).

  2. "Lihakset" / Liikkuminen. Robottieilla ei ole lihaksia, mutta ne voivat kuitenkin liikkua. Niiden liikkeisiin vaikuttavat mm.

• Aktuaattorit eli toimilaitteet. Toimilaitteiteet saavat aikaan robotin liikkeet. Robotshop.com määrittelee aktuaattorin laitteeksi, joka muuntaa energian fyysiseksi liikkeeksi. Suurin osa aktuaattoreista tuottaa joko pyörivän tai lineaarisen liikkeen. Tähän kuuluvat mm. erilaiset moottorit (servomoottorit, steppermoottorit jne.) sekä hydraulisella ja paineilmalla toimivat toimilaitteet. Robotshopin sivulla on hyvä ohje sopivan aktuaattorin valintaan.
• Liikkumistapa. Robotti voi liikkua joko pyörien, telaketjujen tai jalkojen avulla.
• Efektorit. Efektoreilla tarkoitetaan osia, jotka kohdistavat fysikaalista voimaa ympäristöön. Ne ovat laitteita tai työkaluja, jotka voidaan liittää robotin käsivarteen kohdalle, johon käsi normaalisti tulisi. Esimerkiksi kamera, pora ja pihdit voivat olla tällaisia laitteita.

3. Sensorit eli anturit. 

• Sensorit ovat robottien aistinelimet: niiden avulla robotit keräävät tietoa ympäristöstään prosessoitavaksi. Mitä enemmän roboteilla on sensoreja, sitä enemmän ne voivat vuorovaikuttaa ympäristönsä kanssa. Se on tärkeää, mikäli robotin halutaan pystyvän toimimaan itsenäisesti. Sensoreja on erilaisia, mm. sellaisia, jotka pystyvät aistimaan kosketusta, ääntä, valoa, hajua, liikettä, paikkaa ja monia muita ärsykkeitä. Wikipedian sivuilla on pitkä listaus sensoreista. Sensorien antamaa tietoa käsittelee ohjauspiiri, joka toimii robotin aivoina.

4. Voimanlähde. 

• Robottien voimalähteenä voi toimia esimerkiksi paristot, hydrauliset ja pneumaattiset systeemit ja aurinkovoima. 

5. Tekoäly.

• Tekoäly on olennainen osa robotiikkaa, sillä sen avulla robotit mm. prosessoivat tietoa ja oppivat, sekä pystyvät sopeutumaan uusiin ja ennkoimattomiin tilanteisiin. Robotti vaatii arkkitehtuurin, joka pystyy säätelemään sen liikkeitä ja integroimaan sensoreista saatua dataa. Robottien aivoina toimivat mikrokontrollerit eli laitteet, jotka pystyvät suorittamaan ohjelman. Mikrokontrolleri vastaa kaikesta laskemisesta, päätöksenteosta ja kommunikoinnista. Robottien "älynä" voivat toimia mm. erilaiset neuroverkot, ohjelmistot, kongitiiviset arkkitehtuurit ja geneettiset algoritmit.

Robottien luokittelu

Robotiikka on kehittynyt vähäisen autonomian teollisuusroboteista itsenäisiin ja älykkäisiin palvelurobotteihin. Teollisuusympäristö on rajattu, yksinkertainen alue, jossa robotti suorittaa ennaltamäärättyjä tehtäviä. Teollisuusrobotit eivät siis vuorovaikuta paljoa ympäristönsä kanssa, eikä niiden siten tarvitse olla kovin älykkäitä. Ne vain suorittavat niille etukäteen määriteltyä ohjelmaa automaattisesti. Palvelurobotit puolestaan toimivat avoimessa ympäristössä ja vuorovaikuttavat ihmisten kanssa. Niiden pitää pystyä toimimaan epämääräisten havaintojen ja tietojen pohjalta, mikä vaatii älyä. 

Yksi yleinen tapa luokitella robotit onkin jaotella ne teollisuusrobotteihin ja palvelurobotteihin. Joissakin luokittelutavoissa sotilasrobotit ovat vielä oma luokkansa. Voidaan myös määritellä erikseen opetusrobotiikka ja ohjelmistorobotiikka, joka nimestään huolimatta ei tosin ole ns. tyypillistä robotiikkaa. Ohjelmistorobotiikka tarkoittaa tietokoneen sisällä toimivia ohjelmistoja. Se vapauttaa ihmisiä tuottavimpiin tehtäviin hoitamalla mm. yksinkertaiset rutiinitehtävät, kuten kirjaamisen.

Teollisuusrobotit

IFR perustaa teollisuusrobotin määritelmän ISO 8373 standardiin: teollisuusrobotti on automaattisesti ohjattu, uudelleenohjelmoitava eri käyttötarkoituksiin, ja sillä on kolme tai useampi akseli.Teollisuusrobotit luokitellaan niiden mekaanisen rakenteen perusteella. Ne pystyvät suorittamaan ihmisille liian raskaita tai vaarallisia teollisuustuotannon tehtäviä, kuten materiaalien liikuttelua ja juottamista. Niitä käytetään myös paljon toistoa vaativissa ja epämielyttävissä tehtävissä. Ne on suunniteltu toimimaan teollisessa ympäristössä. Niitä käytetään yleisesti mm. autoteollisuudessa, metallialalla ja elektroniikkateollisuudessa. Teollisuusrobottia voidaan ohjata joko manuaalisesti, tai se voidaan ohjelmoida perinteisin menetelmin tai graafisella simuloinnilla.

Teollisuusrobottien luokitellaan yleisesti seuraaviin luokkiin:

• karteesiset robotit. Niiden liikkeet ovat lineaarisia.

Karteesinen robotti. Kuvan lähde: https://docplayer.fi/docs-images/27/9938659/images/13-0.png

• sylinterimäiset ja SCARA-robotit. Sylinterimäisissä roboteissa on yksi koko rakennetta kääntävä pyörivä akseli, mutta muut liikkeet ovat lineaariset. SCARA-robottien nivelet ovat vaakatasossa ja pystysuuntainen liike on lineaarinen. Niillä on yleensä vain 4 vapausastetta.

SCARA-robotti. Kuvan lähde: https://www.allied-automation.com/wp-content/uploads/2017/07/rh-ch_robot-e1500509503571.jpg

• delta-robotit eli rinnakkaisrakenteiset robotit. Niissä kolme käsivartta ovat liittyneet nivelakselilla alustaan. Voivat olla nopeita, joten niitä käytetään monesti tehtaissa pakkaamisessa.

Delta-robotti. Kuvan lähde: https://industrial.omron.us/en/media/Delta_robot_tcm849-100816.jpg

• antropomorfiset robotit eli käsivarsirobotit. Niillä on yleensä kuusi vapaasti ohjelmoitavissa olevaa niveltä. Soveltuvuudeltaan monipuolisin robotti, koska nivelkäsivarren päässä oleva kappale voidaan asettaa robotin ulottuvuuden puitteissa kaikkiin mahdollisiin kulmiin.

Käsivarsirobotti. Kuvan lähde: http://www.rrrobotica.it/atom100g.jpg

Palvelurobotit

Käytännössä kaikki muut kuin teollisuusrobotit ovat palvelurobotteja. ISO 8373 määrittää palvelurobotin robotiksi, joka suorittaa ihmiselle hyödyllisiä tehtäviä poislukien teollisuuden sovellutukset. Standardin mukaan robotit vaativat tietyn tasoista autonomiaa, mikä tarkoittaa kykyä suorittaa tarkoituksenmukaisia tehtäviä ilman ihmisen väliintuloa. Palvelurobotit voidaan luokitella henkilökohtaisiin / ammattikäyttöisiin robotteihin ja edelleen käyttötarkoituksensa mukaisiin luokkiin. Palvelurobotteja voidaan käyttää apuna mm. kuntoutuksessa, kotiavussa, lääketieteessä, hoitotyössä, sosiaalisessa vuorovaikutuksessa ja opetuksessa. Olen käyttänyt tässä tekstissä samanlaista jaoittelua, kuin aiemmin lähteissä mainitussa Jyväskylän yliopiston Palvelurobotit -raportissa on käytetty. Tämä osio mukailee muutenkin paljon kyseistä julkaisua.

Omahoidon robotit - kuntoutusrobotit ja kotihoidon robotit

Omahoidon robotiikka voidaan Jyväskylän yliopistossa julkaistun Palvelurobotit -raportin mukaan jakaa kuntoutusrobotteihin ja kotihoidon robotteihin. Kuntoutusroboteilla tarkoitetaan vammautumisen tai operaation jälkeiseen hoivaan ja kuntoutukseen osallistuvia robotteja. Ne tehostavat parantamista tai toimivat menetetyn ruumiinosan korvikkeena. Erityisesti ikääntyneet, CP-vammaiset ja neurologisista sairauksista kärsivät potilaat hyötyvät kuntoutusroboteista, koska ne mahdollistavat yksilöllisiin tarpeisiin räätälöityjä harjoitteita ja pystyvät mahdollisesti avustamaan päivittäisessä liikkumisessa. Kuntoutusrobotteja ovat mm. robotisoidut proteesit, eksoluurangot, kävelyrobotit ja yläraajojen kuntoutusrobotit sekä välineet., jotka tukevat vammautumisen johdosta heikentyneitä toimintoja. Kirjoitan kuntoutusroboteista ehkä myöhemmin enemmän, alla olevista nimistä klikkaaminen vie niiden valmistajan / niistä kertovalle nettisivulle, jos kyseisten robottien tutkiminen kiinnostaa.  

1. Kuntoutusrobotteja siis ovat esimerkiksi:

Robotisoidut proteesit, kuten Modular Prosthetic Limb, BeBionic, Open Bionics. Robotisoitujen proteesien avulla voidaan mukailla käden liikkeitä, kuten esineisiin tarttumista. Niissä on paljon niveliä ja sensoreita. Proteesit mittaavat useita lihasten biologisia signaaleja, joiden avulla proteesia liikutetaan.

Modular Prosthetic Limb. Kuvan lähde: https://libmagazine.com/wp-content/uploads/2015/01/image40-702x336.jpg

Be Bionic -käsi. Kuvan lähde: https://4.imimg.com/data4/BT/GB/MY-23855591/be-bionic-hand-500x500.jpg

Open bionics -käsivarsi. Kuvan lähde: https://all3dp.com/app/uploads/2016/06/open_bionics_deux_ex-1284x722.jpg

• Eksoluurangot, kuten HAL, ReWalk, WYSS -instituution Soft Exosuit ovat päällepuettavia teknologialla ja moottoroidulla nivelillä varustettuja bionisia tukisidoksia.Ne ovat hyviä kuntoutuksen apuvälineitä mm. neurologisille potilaille, halvaantuneille ja cp-vammaisille. Eksoluuranko on helposti liikuteltavissa erilaisissa ympäristöissä. Niiden avulla voidaan lisätä potilaan itsenäistä liikkumista ja kävelyttää esimerkiksi halvaantuneita omassa kodissaan. Niillä voidaan myös tukea fyysisiä suoritteita, jotka ovat raskaita, kuten pelastustehtävät.

HAL-eksoluuranko. Kuvan lähde: https://hothardware.com/newsimages/Item9378/hal-suit-big-tall.jpg

ReWalk -eksoluuranko. Kuvan lähde: https://exoskeletonreport.com/wp-content/uploads/2016/08/ReWalk-6-via-ReWalk.jpg

WYSSin Soft Exosuit. Kuvan lähde: https://wyss.harvard.edu/technology/soft-exosuit/

• Kävelyrobotit, kuten Lokomat, ovat kuntoutukseen tai itsenäisen kävelyn avustamiseen tarkoitettuja laitteita. Ne voivat koostua joko eksoluurangosta tai kokonaisesta kuntoutuslaitteistosta. Ne auttavat potilasta kävelemään oikeanlaisella askellustyylillä, mikä vahvistaa oikeanlaisen kävelyn hermoratoja aivoissa, ja voivat olla paljon tehokkaampia kuin perinteinen fysioterapia. Roboteilla voidaan esimerkiksi korjata jalkojen virheasentoja, mikä hyödyttää cp-vammaisia.

Lokomat -kävelyrobotti. Kuvan lähde: http://img.medicalexpo.com/images_me/photo-g/68750-11939172.jpg

• Yläraajojen kuntoutusrobotit, kuten Armeo ja MIT -Manus harjoittavat molempien käsien olka- ja kyynärnivelien, ranteiden tai koko käden liikkeitä. Niiden avulla voidaan tehdä oikeanlaisia toistoja yksilöllisellä kuormitusasteella. Yläraajojen kuntoutusrobotit koostuvat yleensä tuolista ja siihen kiinnitetystä liikuteltavasta robottikädestä. Jotkut sisältävät näytöllä pelattavia kuntoutuspelejä. 

Armeo -kuntoutusrobotti. Kuvan lähde: https://cdn.shopify.com/s/files/1/0251/9611/files/SPRING_small.jpg?15467

MIT -Manus -kuntoutusrobotti. Kuvan lähde: http://theinstitute.ieee.org/image/MTk4.jpeg

2. Kotiapurobotit mahdollistavat ihmisten suuremman itsenäisyyden kotona asuttaessa. Niiden avulla voidaan mm. tarkkailla elintoimintoja, muistuttaa asioista (esim lääkkeiden ottamisista, tapaamisista), ojentaa tavaroita, jakaa lääkkeitä, pitää seuraa ja tarjota hoitoammattilaisille etäyhteyden potilaan kotiin. Kotiapurobotteja ovat mm. sosiaaliset robotit, etäläsnäolorobotit, monitoimirobotit jne. Robotteja on suunniteltu moniin eri lähtökohtiin, joten ratkaisut eroavat toisistaan käyttötarkoituksen mukaan. Kotiapurobotit tulevat tulevaisuudessa toimimaan yhdessä älykotien kanssa. Älykodin laitteet on yhdistetty tietoverkkoon, ja erilaisten sensorien avulla voidaan mitata haluttuja asioita, kuten potilaan unta. Järjestelmät voivat olla ääniohjattavia.

• Ruotsissa on testattu vanhusten apuna sosiaalista Hobbit-robottia, joka pystyy seuran pitämisen lisäksi jakaa lääkkeitä sekä kerätä ja ojentaa pieniä tavaroita.

Hobbit-kotiapurobotteja. Kuvan lähde: http://hobbit.acin.tuwien.ac.at/photo/hobbits.jpg

• Euroopan unioni rahoittaa GiraffPlus-projektin Giraff-järjestelmää, joka tarkoittaa kotiin asennettavien sensorien ja etäläsnäolorobotista koostuvaa kokonaisuutta. Sen avulla voidaan seurata asukkaan terveystietoja, kuten verenpainetta ja verensokereita. Etäläsnäolorobotti voi ottaa yhteyttä terveydenhuollon ammattilaisiin, jos se havaitsee jotain akuuttia, kuten kaatumisen tai verensokerin liiallisen laskemisen.

Giraff-etäläsnäolorobotti. Kuvan lähde: https://telepresencerobots.com/sites/default/files/giraff-technologies-medical-robot_0.jpg

• EU on rahoittanut myös CompanionAblen kehittämää robottia, joka pystyy käymän keskusteluja, liikkumaan asunnossa, tunnistamaan kasvoja ja hälyttämään apua.

CompanionAblen robotti. Kuvan lähde: https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTyNEhd0uAa7gVyaiW6PFtCq7D2iHfP8irZ3XrJVopHqJD2CbqR

On myös olemassa esimerkiksi pyörätuoleihin kiinnitettyjä manipulaattoreita, robotisoituja suihkuja, syöttämiseen ja juottamiseen kykeneviä laitteita sekä älykkäitä rollaattoreja (kuten LEA) ja pyörätuoleja sekä sänkyjä, jotka muuttuvat tarvittaessa pyörätuoliksi. 

Lääketieteen robotiikka

Lääketieteen robotiikalla tarkoitetaan Palvelurobotit -raportin mukaan yleensä robotiikka-avusteista kirurgiaa. Siinä robotti toimii ihmisen avustajana ja on ihmisen jatkuvan valvonnan alaisena. Robottien käyttäminen kirurgiassa mahdollistaa mm. potilaiden lyhyemmät toipumisajat, koska esimerkiksi avoleikkauksia voidaan suorittaa tähystysleikkauksien kaltaisina leikkauksina. Kirurgilla on myös parempi toimintakyky, koska hänellä on robotin ansiosta parempi näkyvyys ja tarkemmat liikkeet. Myös etäkirurgia on mahdollista. Tunnetuin leikkaussalirobotiikan tuote on tällä hetkellä yhdysvaltalaisen Intuitive Surgicalin da Vinci -leikkausjärjestelmä, joka on ensimmäinen leikkauskäyttöön hyväksytty robotti.

Intuitive Surgicalin da Vinci -leikkausjärjestelmä. Kuvan lähde: https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRW1pQcSwSLqk-vrxu86-0PD-VwOOHCNAqWdMtOJmrC9tS9MORf1Q

Hoitotyön robotiikka

Hoito- ja hoivatyön soveltuvat robotit toimivat yhteistyössä ja vuorovaikutuksessa ihmisten kanssa. Niillä on kehittyneet ohjaus- ja aistinjärjestelmät, ja ne voivat toimia joko ääni-, kuva- tai kosketusohjauksella. Japanilla on oma robottistrategia, jonka tarkoituksena on tuoda robotiikkaa teollisuuteen, palveluihin, hoitoalalle ja lääketieteeseen. Tavoitteena on mm. muuttaa kansalaisten asenteita myönteisemmiksi hoitoalan robotteja kohtaan, vähentää työntekijöiden työn kuormittavuutta ja terveysongelmia eli parantaa hoitotyöntekijöiden työtaakkaa robottien avulla.Tavoitteena on myös parantaa hoitotyön tehokkuutta ja laatua. YLE:llä on juttu robotiikan käytöstä Japanin hoivatyössä.

Hoitajarobottien avulla voitaisiin vähentää hoitajien työtaakkaa ja vapauttaa heidän resurssejaan ns. välillisestä hoitotyöstä välittömään hoitotyöhön.

Sosiaaliset robotit ovat yksi autonomisten robottien luokista. Ne pystyvät tunnistamaan toisensa, kommunikoimaan, ilmaisemaan tunteita ja sosialisoimaan. Robotti voi esimerkiksi vuorovaikuttaa lapsen kanssa tiettyjen sääntöjen kautta. Sosiaaliset robotit voidaan luokitella sosiaalisesti avustaviksi roboteiksi ja sosiaalisesti vuorovaikuttaviksi roboteiksi. Sosiaaliset robotit tulevat olemaan tärkeä osa tulevaisuuden hoiva- ja kotiapurobotiikassa. Esimerkkinä sosiaaliesta robotista on hyljerobotti PARO, joka mm. vähentää potilaiden stressiä, edistää potilaiden ja hoitajien välistä vuorovaikutusta ja rentouttaa potilaita. Tuollaisen kaverin minäkin haluaisin!

PARO -hyljerobotti. Kuvan lähde: https://images.thestar.com/content/dam/thestar/news/insight/2015/10/05/meet-paro-a-furry-friend-to-dementia-patients/paro-tab-1-or-2.jpg

Organisaation robotiikka

Organisaatioissa robotit suorittavat lähinnä logistisia tehtäviä. Esimerkiksi Seinäjoen keskussairaalassa on aloitettu logistiikkarobottikokeilu, jossa robotit kuljettavat tarvikkeita sairaalan käytävillä. Kysesssä on teknologian tutkimuskeskuksen VTT:n ROSE-hankkeeseen liittyvä kokeilu logistiikkarobottijärjestelmän käyttöönotosta. Tavoitteena on vähentää kuljetuskustannuksia, parantaa tarvikkeiden saatavuutta ja vähentää sairaalakäytävien ruuhkaa. Jo puolen vuoden jälkeen kokeilu tuotti positiivisia tuloksia: ruuhkat ja kuljetustyön fyysinen kuormittavuus vähenivät.

Logistiikkarobotti Seinäjoen keskussairaalassa. Kuvan lähde: https://www.vtt.fi/img/Media/Uutiset/2017/TUG_logistiikkarobotti_kuljetusautomaatti.jpg

Opetusrobotit

Koulutuksen alalla robotteja voidaan käyttää opettamiseen ja oppimiseen. Esimerkiksi Elias-robotti opettaa kieliä, ja ohjelmoinnin alkeita voi opetella mm. Beebotin tai Lego-robottien avulla.

Elias-robotin avulla opiskellaan kieliä. Kuvan lähde: https://i.dailymail.co.uk/i/newpix/2018/03/28/00/4A9A5E1D00000578-5549551-Elias_can_adjust_its_expectations_and_questions_to_match_certain-a-1_1522194729926.jpg

Beebot-robotti, jolla opetellaan ohjelmoinnin alkeita. Kuvan lähde: https://www.earlyyearsresources.co.uk/images/bee-bot-floor-robot-p10405-819905_medium.jpg

Lego-robotti. Kuvan lähde: https://www.lego.com/r/www/r/mindstorms/-/media/franchises/mindstorms%202014/redesign/learn%20to%20program/cta_learn-to-program_564x350_02a.jpg?l.r2=-1747531181

Robotiikkaan liittyviä haasteita

Roboteille on helppoa suorittaa ennalta määriteltyjä ja rutiininomaisia tehtäviä. Ne ovat tarkkoja ja kestäviä ja suoriutuvat helpommin ongelmista, jotka ovat purettavissa yksiselitteisiksi algoritmeiksi. Arkinen elämä ja vuorovaikutus ihmisten kanssa esimerkiksi hoivatyössä ei kuitenkaan ole ennalta määrättyä ja hallittua. Eteen tulee odottamattomia tilanteita, joissa ongelmat eivät enää ratkeakaan yksinkertaisten sääntöjen avulla. Robotin tulee toimia epämääräisten tietojen ja havaintojen pohjalta. Eteen saattaa tulla yllättäviäkin tilanteita, joihin ei ole ennalta osattu varautua. Tällaisten tilanteiden kohtaamiseen ja hoitamiseen tarvitaan älyä. Monet robotit ovatkin vielä prototyyppiasteella, eivätkä ne toimi kunnolla. 

Etenkin humanoidirobottien toimimaan saaminen sujuvasti on hankalaa: mikä on ihmiselle helppoa, ei ole robotille helppoa. Roboteille on esimerkiksi haasteellista käsitellä satunnaisia esineitä arkisessa ympäristössä, koska se vaatii aistitiedon, toiminnan ja reagoimisen jatkuvaa yhdistelyä. Roboteille myös semiotiikka on haastavaa, eli ymmärtää yhteisön erilaisia merkkejä asianmukaisella tavalla, ymmärtää asioiden välisiä kytköksiä ja sidoksia sekä oppia uusia käytäntöjä. Esimerkiksi jos robotin tulisi erottaa kuvasta kaikki pöydät, se saattaisi luulla pöydän muotoista varjoa tai pöydästä tehtyä maalausta oikeaksi pöydäksi, tai ei osaisi luokitella hieman erikoisen näköistä pöytää pöydäksi. Robotit eivät siis ymmärrä täysin, mikä tekee pöydästä pöydän. Roboteille käveleminen ja liikkuminen on hankalaa: miten nousta esimerkiksi portaat niin, että tasapaino säilyy? 

Robottien käyttöön liittyy myös eettisiä kysymyksiä: Kuinka kauan ihminen voi olla pelkästään robotin avustettavana? Kuka on vastuussa, jos robotti toimii väärin tai aiheuttaa vahinkoa? Millaisia eettisiä ratkaisuja robotin tulisi tehdä? Esimerkiksi jos itseohjautuvan auton kyydissä on kolme ihmistä ja sen hyppää yhtäkkiä yksi ihminen. Tuleeko auton ajaa yhden ihmisen päälle, vai väistää sitä ja mahdollisesti uhrata kyydissään olevat kolme ihmistä? 

Ihmisten asenteet voivat myös hankaloittaa robotiikkaan siirtymistä. Monet saattavat suhtautua robotteihin nihkeästi, koska pelkäävät niiden vievän ihmisten työpaikat. Robotit kuitenkin myös tuovat työpaikkoja, ja joissakin ammateissa robotit voivat vapauttaa työntekijöiden resursseja itse päätyöhön, kuten hoiva-alalla ihmisten hoitamiseen. Outo laakso -hypoteesin (uncanny valley -hypothesis) mukaan ihmisten suhtautuminen robotteihin tulee myönteisemmäksi ja empaattisemmaksi, mitä enemmän robotti muistuttaa ihmistä. Jossain vaiheessa saavutetaan kuitenkin piste, jossa suhtautuminen muuttuu torjuvaksi. Kun ihminen ja robotti ovat riittävän erilaisia, ihminen tunnistaa robotin robotiksi. Kun roboteista kehitetään yhä ihmismäisempiä, välissä on epäselvä vyöhyke eli outo laakso, jolloin ihminen ei ole varma onko kyseessä robotti vai ei. "Laakson" jälkeen, kun robotti muistuttaa yhä enemmän oikeaa ihmistä, empaattiset tunteet taas palaavat. Eli ihmistä hieman muistuttavan ja ihmistä paljon muistuttavan robotin välissä on ns. outo laakso, jossa robotti koetaan epämiellyttävänä. Tätä on hyödynnetty mm. kauhuelokuvissa, joissa katsojia pelotellaan esimerkiksi nukeilla tai ihmistä hieman muistuttavilla olennoilla.

Outo laakso -hypoteesi. Kuvan lähde: https://steemitimages.com/0x0/http://i.imgsafe.org/3d35b768e6.jpg

Miksi robotiikka on tärkeää?

Palvelurobotiikalla tulee olemaan mahdollisesti tärkeä rooli yhteiskunnallisten ongelmien ratkaisussa. Tulevaisuuden Suomessa tulee olemaan isoja muutoksia niin väestön rakenteessa kuin sosiaali-ja terveyspalvelujen rakenteessa. Palvelurobotiikka ja ohjelmistorobotiikka tulee vaikuttamaan melkein kaikkiin sosiaali- ja terveysalan toimintoihin ja voi auttaa ratkaisemaan tulevia ongelmia ja uhkakuvia. 

Vanhusten määrä tulee kasvamaan, kun taas työikäisten määrä vähenee. Tilastokeskuksen arvion mukaan v. 2040 yli 65-vuotiaiden osuus Suomen väestöstä tulee olemaan n. 27 %, kun taas työikäisten määrä vähenee 58 %:iin. Kotipalvelujen laadun parantamiseen ja tarjonnan turvaamiseen tulee lisää paineita. Kansallisena tavoitteena on, että yli 75-vuotiaista 92% asuisi kotona. Palvelujen tulisi olla kustannustehokkaita ja saatavilla kaikkialla.

Väestöllinen huoltosuhde v. 1865-2040. Lähde: http://www.stat.fi/til/vaenn/2009/vaenn_2009_2009-09-30_tie_001_fi.html

Palvelurobotit -raportissa todettiin, että robotiikkaa ja automatiikkaa hyödyntämällä hoitajien työtaakkaa voitaisiin vähentää, koska henkilöstän resursseja voidaan vapauttaa sinne, missä niitä tarvitaan. Hoitotyöhön liittyvät tehtävät voidaan jakaa välittömään ja välilliseen (toimenpiteiden valmistelu, hoitotarvikkeiden kuljettaminen jne) hoitotyöhön, sekä muihin hoitotehtäviin (potilaiden siirtäminen, hoidon dokumentointi jne). Robotiikka soveltuu erityisesti välillisiin hoitotehtäviin ja muihin tehtäviin. Nykyistä robotiikaa ja automaatiota hyödyntämällä hoitajien tehtävistä voidaan tehdä 20%. Robotiikkaa voidaan hyödyntää mm. kuljetuksessa, elintoimintojen seuraamisessa sekä lääkkeiden annostelussa ja niistä muistuttamisessa, jolloin hoitajilla jää enemmän aikaa itse hoitotyöhön. Robotiikan käyttöönotto ei vähentäisi itse hoitohenkilökuntaa, koska työvoimatarve lisääntyy väestön ikääntymisen myötä. Etäläsnäolorobottien myötä kotihoitoa voidaan tehostaa: jos hoitajia ei riitä kaikkialle, niiden avulla voidaan ainakin tarkkailla potilaan tilaa, ja ottaa hätätilanteissa yhteys terveysalan ammattilaiseen.

Riba-hoitorobotti. Kuvan lähde: https://www.ampronix.com/media/wysiwyg/press-images/Riba_Robot-1.jpg

Palvelurobotiikka voi siis mahdollistaa vanhusten ja liikuntarajoitteisten itsenäisemmän elämän kotona ja tarjota hoitoa ja palveluja yhä suuremmalle joukolle ihmisiä. Siten ne vapauttaisivat henkilöstön resursseja sinne, missä niitä tarvitaan.

Vaikka robotiikkaan liittyykin vielä monia haasteita, se on kuitenkin mahdollisesti avain tulevien yhteiskunnallisten haasteiden ratkaisemiseen. Robotteihin kannattaakin suhtautua avoimin mielin: ne voivat tulevaisuudessa olla tärkeimpiä ystäviämme!