Höpö-robotin rakentaminen

Saanko esitellä uuden perheenjäsenemme, pienen ja suloisen Höpö-robotin! Tai no hän ei oikestaan ole kovin tuore, vaan ollut olemassa jo jonkin aikaa. En vain ole saanut aikaiseksi kirjoittaa hänestä tänne, anteeksi Höpö ;__;

Olin jo pitkään haaveillut, että ehtisin rakentaa oman robotin Sulautetut-kirjan ohjeiden mukaan. Ajan puutteen takia olen rakentanut sitä vähitellen, eikä se ole vieläkään täysin valmis ohjelmoinnin osalta. Työ- ja kouluasiat menevät valitettavasti harrastusten edelle, ja olen lisäksi aloittanut monia muitakin projekteja, jotta oppisin nopeammin ohjelmointia ja koneoppimisen ja neuroverkkojen käytännön toteutusta.

Päätin kuitenkin kirjoittaa jo postauksen Höpön rakentamisesta, koska voin jakaa postaukset kahteen osaan: teen myöhemmin erillisen postauksen sen ohjelmoinnista, vaikkakin tässä postauksessa kerron jo miten koodasin servojen arvojen asettamisen ja niiden oikean alueen etsimisen. Höpön rakentamisessa kiinnosti erityisesti se, miten sen osiin käytetään luovasti eri esineitä, esimerkiksi henkarista tehdään  jalat. Haaveeni on, että osaisin joskus rakentaa robotin kierrätysmateriaalista, esimerkiksi käyttää vanhojen tietokoneen tai muiden laitteiden osia. Uskon, että haaveeni vielä joskus toteutuu! Ihmisissä, kuten roboteissakin, on potentiaalia mihin tahansa. Rakensin robotin siis Tero & Kimmo Karvisen Sulautetut-kirjan ohjeen mukaan. Tässä on aloitustarvikkeeni:

Aloitustarvikkeet Höpö-robottiin.

Näitä kirjoja käytin apuna Höpön rakentamisessa ja sen ohjelmoinnissa.

Servojen testaaminen

Aloitin rakentamisen servomoottoreiden testaamisella. Olin vihdoin saanut oikean kokoiset servomoottorit: ensimmäisellä kerralla olin tilannut liian pienet. No, virheistä onneksi oppii! Nykyisin osia tilatessa tarkistan niiden tiedot kunnolla. Servomoottoreita on Sulautetut-kirjan mukaan siis eri kokoisia ja eri tekniikalla toimivia: niitä saa sekä rajoitetulla rotaatiolla että täydellä rotaatiolla. Rajoitetulla rotaatiolla toimivat servot sopivat useimpiin käyttöihin, koska niiden liikkeitä voi ohjata tarkasti. Ympäri pyörivissä servoissa voi ohjata vain niiden nopeutta ja suuntaa. Servomoottorit liikkuvat yleensä melko hitaasti ja melko suurella voimalla. Alla näkyy ostamani servomoottori, niihin saa valita erilaisia päitä. Pää kiinnitetään moottoriosaan. Päitä ei kuitenkaan vielä kiinnitetä servoon kiinni, koska niihin kiinnitetään ensin jalat, minkä jälkeen ne voi ruuvata servoon. Siitä lisää rungon rakentamisen-kohdassa!

Lisää kuvateksti

Ensimmäisenä selvitin, miten servo kytketään Arduinoon, jotta pystyn ohjelmoimaan niille oikeat arvot. Sulautetut-kirjassa on käytetty Arduino Diecimilaa, kun taas minulla on Arduino Uno. Mallien välillä ei pitäisi olla eroa koodissa: tarkistin servon koodin sekä Sulautetut-kirjasta että samojen tekijöiden Make: Sensors-kirjasta, jossa on käytetty Arduino Unoa. Kummassakin koodi oli melkeinpä tismalleen samanlainen, jee! Servon kytkennässä punainen johto liitetään Arduinon +5V pinniin, musta johto GND-pinniin ja keltainen johto johonkin vapaaseen digitaaliseen pinniin, laitoin sen D2-pinniin. Johtojen väreillä ei ole muuta väliä kuin merkkaaminen, eli yleensä aina mustaa käytetään maadoitusjohtona, punainen kytketään poweriin jne. Silloin itselle pysyy selkeämpänä se, mitä on kytkenyt. Tältä kytkentäni näytti:

Sekä Sulautetut-kirjassa että Make: Sensors kirjassa ohjeistettiin selvittämään ensin servon alue, eli sen minimikulman, maksimikulman ja keskipisteen arvot. Kirjoissa kerrotaan, että servot liikkuvat pulssien avulla, ja erimerkkiset servot käyttävät erilaisia pulsseja. Kun servoa testataan, Arduinolle syötetään koodia, joka lähettää servolle vähitellen pitenevää pulssia. Arduinosta valitaan sajakonsoli, joka näyttää arvoja eli pulssin pituuksia. Siitä tarkkaillaan, mitä arvoja sarjakonsoli näyttää, kun servo liikkuu ja pysähtyy, kun koodi kokeilee kokeilee kaikki mahdolliset pulssin leveydet aloittaen aivan liian lyhyestä (1 us) ja lopettaen liian pitkään (3 000 us). 

Pulssin pituutta mitataan mikrosekunneissa: yksi mikrosekunti eli us on 0,001 ms eli 0,000 001 s.  Lyhin pulssi kääntää servon toiseen äärilaitaan (0 astetta) ja pisin pulssi toiseen (180 astetta). Servon minimikulma voisi olla esimerkiksi 600 mikrosekuntia, maksimikulma 2400 mikrosekuntia ja keskipiste siten 1500 mikrosekuntia ((2400 + 600 ) / 2 = 1500), mikä taitaa servoilla olla melko yleinen keskipiste. 

Servon alueen etsimisen koodi näyttää seuraavalta:

Koodi on otettu kirjasta Sulautetut, tekijöinä Timo Karvinen ja Kimmo Karvinen

Kesti vähän aikaa päästä jyvälle, mitkä omien servojeni arvot olivat. Servo tuntui ensin pyörivän lujaa, sitten todella hitaasti kunnes pysähtyi, ja sitten taas lujaa. Mutta uskoisin, että se katsottiin liikkuvaksi silloin, kun se pyöri hitaasti. Ehkä nopean liikkumisen vaiheessa (joka alko yleensä arvosta 1) se asettui jotenkin alkuperäiseen kulmaan? Hidas liikkuminen nimittäin alkoi noin arvosta 400 ja loppui noin arvoon 2400, mitkä olisivat samaa suurusluokkaa esimerkkien kanssa.

Seuraavaksi Sulautetu-kirjassa syötettiin servolle arvo joka siirtää sen keskipisteeseen. Kyseinen koodi näyttää tältä:

Koodi on matkittu kirjasta Sulautetut, tekijöinä Tero Karvinen ja Kimmo Karvinen

Seuraavaksi tein kirjan ohjeiden mukaisesti koodin, joka siirtää servon ensin keskelle, sitten maksimikulmaan, takaisin keskelle ja lopuksi minimikulmaan. Käytin tässä oman servoni arvioituja arvoja.

Koodi on matkittu kirjasta Sulatetut, tekijöinä Tero Karvinen & Kimmo Karvinen

Rungon rakentaminen

Seuraavaksi itse rungon kimppuun! Minulla oli kaksi metallista henkaria, joista toisesta leikkasin kirjan ohjeiden mukaisesti 28 cm sekä 25 cm palaset.

Pääsin myös ensimmäistä kertaa testaamaan voimaleikkurit. Hyvin ne leikkasivat metallia! Yritin muotoilla niitä kirjan ohjeiden mukaisesti, mutten ihan saanut oikeanlaisia. No, niitä voi kyllä muotoilla myöhemminkin. Laitoin takajalkoihin lämpökutistesukat, jotta pito on parempi. Eli leikkasin ostamani lämpökutistesukista n. 10 cm palaset, sujautin ne Höpö-robon jalkoihin, lämmitin niitä tulitikulla jotta ne kutistuvat, ja valmista tuli! Muotitietoinen pieni Höpö, oletpas nyt nättinä <3 

Seuraavaksi kiinnitin jalat servon muovivarteen ujuttamalla rautalankaa muoviosan reikien läpi ja kiertämällä sen jalan ympärille. Laitoin vielä kuumaliimaa kiinnityskohtiin, vaikka aluksi minulla olikin ongelmia kuumaliimapistoolin toimimisen kanssa.

Jalka kiinnitetään servon pidikkeeseen / osaan rautalangalla.

Jalka on nyt kiinnitetty kolmesta kohdasta.

Lämpökutistesukat estävät liukkautta.

Jalkojen kiinnityskohtiin laitettiin vielä kuumaliimaa.

Runko muodostetaan kahdesta servomoottorista. Sen takia aiemmat todella pienet moottorit eivät käyneet tähän projektiin, koska vaikka teho olisikin riittänyt, olisi ollut hankala saada niiden päälle Arduinoa, sen alustaa ja ultraäänisensoria. Aluksi leikkasin ohjeiden mukaisesti kummastakin servosta toisen ulokkeen pois. Käyti mattoveistä ja voimaleikkureja, ja jälki olikin sen mukaista:

Tämä uloke piti saada pois.

Tulipas rumaa jälkeä!

Kirjassa neuvottiin käyttämään apuna tarvittaessa viilaa, ja avopuolisoni hoksasikin töistä tullessaan, että meillä on kynsiviiloja. Nekin toimivat! Saimme hiottua ulokkeet kokonaan pois, eikö olekin paljon parempi?

Viilalla hiotut servomoottorit.

Sain kuumaliimapistoolinkin vihdoin toimimaan: annoin sen olla tarpeeksi kauan lämpenemässä, ja avopuolisoni pidemmillä sormillaan painoi samalla liimapatruunaa eteenpäin, kun painoi itse pistoolista. Jee, servomoottorit on nyt liimattu!

Moottorit piti liimata yhteen tällä tavalla, valkoisiin kohtiin kiinnitetään lopulta jalat.

Kirjassa neuvottiin käyttämään Arduinon alustan tekemiseen esimerkiksi kirjoituskoneesta löytyviä metalliliuskoja, mutta minulla ei sellaisia ollut. Tutkailinkin Clash Olsonin kaupasta, mitä korvaavaa löytäisin siihen tilalle. Löysin metallisuikaleita (en valitettavasti muista niiden oikeaa nimeä), joka toimi kuin unelma! Sitä saa helposti muovattua haluamakseen, ja sitä pystyi helposti leikkaamaan voimaleikkureillakin. Siitä tuli oikein hyvä alusta Arduinolle, kun olin liimannut ne servojen päälle.

Viivoitin tärkeänä työkaluna <3

Arduino sopii metallisuikaleista tehdylle alustalle oikein hyvin.

Suikaleet liimattuna servomoottoreihin, jotka toimivat robotin runkona.

Kirjassa neuvottin kiinnittämään paristo tarranauhalla rungon taakse, mutta en saanut siihen reikää, jotta olisin voinut kirjan ohjeiden mukaan ruuvattua sen servoon kiinni. Sen sijaan liimasin tarranauhan servon runkoon. Kuumaliima tosin ei ole kovin pitävää (tässä vaiheessa minulla ei vielä ollut kontaktiliimaa), joten käytin myös rautalankaa apuna.

Tähän tarranauha olisi ohjeiden mukaan pitänyt ruuvata.

Päädyin liimaamaan sen kiinni.

Tarranauhani oli varmaan liian ohutta, koska paristo ei pysynyt siinä kunnolla vaan luiskahti helposti ulos. Päätin, että paristolle pitäisi olla teline. Olin onnekseni (ja harmikseni) rikkonut Hello Kitty -herätyskelloni, josta löysinkin sopivan kokoisen telineen! Leikkasin siitä vain hieman osia pois ja yritin silottaa ne parhaani mukaan. No, minulla ei ole käytössäni kunnon viilaa, joten jäihän se hieman röpelöiseksi. Mutta Höpöstä onkin tulossa vasta prototyyppi, joten kauneusvirheet eivät tässä vaiheessa haittaa!

Valmista tuli!

Seuraavaksi pääsin kiinnittämään jalat runkoon, Höpöhän alkaa jo näyttää ihan robotilta! En malttanut odottaa, että saisin sen liikkumaan! Koska jalat on kiinnitetty servomoottoreiden osiin, niille on varattuna omat kiinnityskohdat servoissa. 

Kumpikin jalka on kiinnitetty sille tarkoitettuun osaan servossa.

Ystäväni neuvoi, että Arduinon ei ole hyvä koskea metallisia telineitä, joten väkersin niiden päälle paksusta pahvista kotelon, johon Arduino mukavasti asettukin. Lisäsin pahvikoteloon vielä reunan, jonka liitin läpäisee.

Pahvikotelo Arduinolle.

Reikä, josta liittimen pää mahtuu.

Hienosti toimii!

Sitten ruuvasin jalat kiinni, jotta pääsen testaamaan Höpön liikkumista! Onpas jännittävää nähdä oman lapsensa kehitys :) 

Ruuvi paikoillaan!

Sitten oli vuorossa servojen kytkeminen Arduinoon, eli laitetaanpas Höpön "hermosto" kuntoon! Toimin kirjan ohjeiden mukaan, eli liitin servojen miinusjohdot (mustat) servosta toiseen yhdellä johdolla, ja sen jälkeen toisesta servosta Arduinon GND-porttiin. Arduinossa on rajallinen määrä vapaita pinnejä, joten liitin siksi servon kaksi johtoa samaan porttiin ja vasta sen jälkeen Arduinoon. Siinä täytyy käyttää ehkä hieman voimaakin! Sitten liitin virtajohdot (punaiset) samaan tapaan servosta toiseen, ja sitten Arduinon 5V-porttiin. Servon oransseja lankoja käytetään ohjaamiseen, ja niistä kytkin keltaiset langat takservosta porttiin 2 ja etuservosta porttiin 3.

Servojen mustat johdot liitetty samaan porttiin ennen Arduinoon kytkemistä.

Servosta lähtee musta johto groundiin, punainen johto 5V-porttiin, sekä keltainen johto porttiin 2.

Ohjelmoin tässä välissä eli ennen Höpön pään (ultraäänisensorin) kiinnittämistä Höpön kävelemään, mutta kerron ohjelmoinnista erillisessä postauksessa, minkä takia kerron siis jo tässä vaiheessa, miten kiinnitin ultraäänisensorin paikoilleen.

Ultraäänisensorin kiinnitykseen käytetään servon jatkojohtoa, jonka johtojen päästä on irrotettu muoviosa. Käytin johtojen kuorintapihtejä kuoriakseni johdon muoviosaa irti, jotta sain metallisen pään paremmin esille. 

Johtojen leikattu pää ennen kuorintaa.

Johtojen kuorinta.

Johdon toinen pää liimattiin servoon kuten kuvassa, jolloin siihen on helppo kiinnittää sensori. Sensorin pinnit kiinnitettiin siis moottoriin liimattuun servon jatkojohdon liittimiin.

Servon jatkojohdon pää on liimattu servomoottoriin.

Servon pinnit on kiinnitetty servon jatkojohdon liittimiin.

Nyt pieni Höpö on valmis tutkimaan maailmaa, onpas suloista! Olen saanut Höpön jo liikkumaan, mutta sen ohjelmoinnissa minun pitää vielä säätää esimerkiksi Höpön kävelyä, hän liikkuu hieman vinoon. Siihen tosin vaikuttaa myös jalkojen taittelu, olisi pitänyt ennen niiden liimaamista tarkistaa liikerata! Ultraäänisensorini on myös hieman erilainen kuin ohjeessa, koska ohjeen sensori on Ping jossa on kolme pinniä, kun taas minun sensorini HC-SR04 on neljä pinniä. Jossain edellisessä projektissani selvitinkin sensorien erilaisuuden vaikutuksen niiden ohjelmointiin, mutta en ole tässä projektissa kerennyt vielä perehtyä siihen. Tietenkin haluan jossain vaiheessa myös joskus testailla omaa koodiani ja erilaisia sensoreita! 

Tässä vielä hieno esitys Höpön jaloittelusta, eikös olekin taitava <3 Johdon avulla häntä ohjelmoidaan, eli sitä ei tarvita muuhun (virtakin kun tulee paristosta). Johdon paino vaikuttaa Höpön liikkeisiin, eli pitäisi tehdä kytkin tai onnistua nappaamaan johto pois ennen Höpön liikkeelle lähtemistä, niin näkisi paremmin sen liikkumisradan. No, siinäpä kehittämistavoite!

Mitä ongelmia kohtasin tässä projektissa ja niiden ratkaisuja:

- Liimaamisen kanssa oli ongelmia. Kuumaliimapistooli ei aluksi meinannut toimia, ja vähän väliä jokin osa irtosi. Jopa moottorit irtosivat kesken kävelyn toisistaan, voi ei! Höpö raukka. Ratkaisin ongelman ostamalla kontaktiliimaa, sillä osat pysyvät paikoillaan.

- Paristo ei pysynyt kunnolla kiinni tarranauhassa. Ratkaisin ongelman rakentamalla paristolle oman telineen vanhasta herätysellon osasta.

- Arduinon kiinnittäminen alustaan. Minulla ei ollut vanhojen kirjoituskoneiden osia, mutta löysin kaupasta helposti taiteltavaa metalliliuskaa. Askartelin vielä sen päälle pahvista kotelon, jotta Arduinon olisi siinä parempi olla.

- Sain paristot välillä oikosulkuun, melko vaarallista! Pitää opiskella enemmän elektroniikkaa, olen siinä vielä noviisi. Minulla on kyllä Udemyssa menossa elektroniikan kurssi ja joitakin elektroniikan kirjoja, mutta olen IT-opintojen myötä keskittynyt tällä hetkellä enemmän esimerkiksi ohjelmoimiseen ja tekoälyyn. Mutta on elektroniikan opiskelullekin vielä joskus aikaa, koska on paljon kivempaa ymmärtää täysin, mitä tekee, ja myös turvallisempaa.

- Höpön kävely ei pysy kunnolla tasapainossa, se liikkuu hieman sivuun ja välillä saattaa kaatuakin. Ongelmaan vaikuttaa esimerkiksi johdon paino ja se, onko paristokotelo tasapainossa. Kytkimen tekeminen helpottaisi oikean liikeradan tarkkailua, kun johto ei enää vetäisi Höpön liikettä sivuun. Myös jalat saattavat hieman puoltaa, koska jokin jalka on toista lyhyemmäksi taivutettu. Keskityn näiden ratkaisuihin paremmin sitten, kun viimeistelen Höpön ohjelmoinnin. Siitä siis enemmän toisessa postauksessa!

Vuoden kohokohta - Pepper

En kestä, tänään tapahtui jotain todella mahtavaa, tapasin nimittäin idolini Pepper-robotin! Kävin IT-alan rekrytapahtumassa. Pääkohteeni johon tein täsmäiskun oli Solteq, joka työskentelee Pepper-robotin kanssa ja joka tuli minulle tutuksi Johdatus robotiikkaan-kurssilta. En vain arvannut, että itse Pepperkin olisi siellä! <3 Olin lopun aikaa hymy korvissa tästä yllättävästä kohtaamisesta. Katsokaa nyt, miten hienosti se osaa tanssia <3 Olisi pitänyt ottaa videotakin sen liikkeistä.

Ehkä vielä joskus näemme <3

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!