ROBOTICA – PROVOCARE MAJORA A MILENIULUI TREI
Data: 16-30 aprilie 2007
Robotica este considerata – alaturi de calculatoare si realitatea virtuala - de o importanta majora pentru procesele de restructurare si dezvoltare care se preconizeaza sa aiba loc in acest inceput de mileniu.
Din start trebuie precizat ca Robotica este in randul domeniilor prioritare ale strategiei UE, atat pentru programul FP6 cat si FP7 (Tehnologii informatice si de comunicatii – domeniul prioritar 4, cu aria tematica 7: Tehnologii informatice in sisteme robotice, care este axata pe doua coordonate: sisteme avansate autonome; procese cognitive, de control si abilitate de actiune in sistemele robotice), ca si strategiei guvernului Romaniei, cuprinsa in Planul national de cercetare – dezvoltare si inovare II pentru perioada 2007 – 2013, care cuprinde: in cadrul directiei de cercetare 1:Tehnologia Informatiei si Comunicatii, subdi-rectia de cercetare 1.4 Inteligenta artificiala, robotica si sisteme autonome avansate cu tematica de cercetare: Dezvoltarea de sisteme inteligente cu autonomie ridicata, inclusiv roboti autonomi, iar in cadrul directiei de cercetare 7: Materiale, procese si produse inovative, subdirectia de cercetare 7.3: Tehnologii si produse de inalta precizie si sisteme mecatronice, care cuprinde si tematica de cercetare: Robotica si microrobotica de inalta precizie, cu sau fara deplasari autonome.
Pana in prezent s-au delimitat doua subdomenii importante ale roboticii, in functie de aplicatii, si anume robotica industriala sau robotica manufacturiera si robotica neindustriala sau nemanufacturiera, cunoscuta mai bine ca robotica serviciilor. Pentru primul subdomeniu, reprezentativ este robotul industrial, iar pentru al doilea subdomeniu, robotul de serviciu.
1. ROBOTICA INDUSTRIALA
Acest subdomeniu al roboticii se poate considera ca a demarat la inceputul anilor ’60, avand o continua evolutie pana astazi. Forma constructiva, bine cunoscuta, a unui robot industrial este aratata in figura 1.
Daca la inceput aplicatiile priveau muncile grele si monotone, ulterior aplicatiile s-au diversificat foarte mult. In prezent se pot enumera urmatoarele ramuri industriale care beneficiaza de aportul robotilor: industria automobilelor (cu cel mai mare numar de roboti instalati si utilizati – vezi si figura 2); industria motoarelor – masinilor electrice; industria chimica; industria textila; industria lemnului si a produselor din lemn; industria aparaturii medicale; industria tutunului; industria miniera; agricultura (ca activitate industriala); industria petroliera; industria constructiilor etc. Roboti industriali se gasesc si in subdomeniile cercetarii si dezvoltarii si educatiei. Multiplele aplicatii posibile in zona industriala au condus la cresterea permanenta a numarului de roboti, ajungandu-se in prezent la un numar de ~ 900000 de unitati si la o cifra estimata pentru 2008 de ~ 1041700 de unitati, conform tabelului 1.
Din acest tabel rezulta o tendinta accentuata de crestere a numarului de roboti industriali. Astfel, dupa anul 2004, in care numarul robotilor instalati a fost de 95368, pana in anul 2008 se prevede o crestere medie anuala de 6,1 %, astfel incat sa se ajunga la un numar de unitati instalate in acel an de 121000. In ce priveste numarul de instalari robotice in principalele zone industrializate, ca si tendinta pana in 2008, acestea rezulta din graficele urmatoare (instalari anuale – figura 3, respectiv, stocul la sfarsitul anului – figura 4).
Din aceste grafice rezulta o tendinta de crestere usoara in privinta Asiei/Australiei, o usoara, dar constanta crestere pentru America, o crestere relativ mai accentuata in tarile europene.
Dezvoltarea aplicatiilor, evident, a condus si la cresterea si imbunatatirea ofertei privind robotii industriali. In acest sens se pot enumera urmatoarele date semnificative (pentru inceputul anilor 2000 comparativ cu perioada anilor ’90, tendinta valabila si in prezent): scaderea pretului unui robot: 43%, numarul unitatilor livrate / furnizate: + 782%, sarcina utila cu includerea prehensorului: + 26%, precizia de repetabilitate: + 61%; vitezele in axe: + 36%; timpul mediu intre actiuni ratate: + 137%; numarul axelor care pot fi comandate: + 45%.
Din punct de vedere financiar, la nivelul anului 2004 piata roboticii era estimata undeva in jur de 15 mld. dolari SUA, pentru anul 2008 insa se estimeaza depasirea a 20 mld. dolari SUA ( in aceste cifre sunt incluse intr-o oarecare masura si activitatile roboticii nemanufacturiere).
Referitor la principalele activitati industriale care beneficiaza de aportul robotilor se pot evidentia urmatoarele: sudura (cu arc, in puncte, cu gaz, cu laser) cu cea mai pronuntata dinamica (28 219 unitati in 2004), operatiile prelucratoare, in special de taiere ( 2898 unitati in 2004), operatiile de vopsire, aplicare adeziv (4695 unitati in 2004), asamblarea si dezasamblarea (7824 unitati in 2004), de asemenea cu o dinamica pronuntata, paletizarea/ ambalarea (37 225 de unitati in 2004).
In contextul celor de mai sus trebuie evidentiata tendinta de scadere a pretului orei de munca robot fata de ora de munca om, asa cum rezulta din graficul din figura 5, ceea ce justifica tendintele de introducere a robotilor in cat mai multe segmente ale proceselor de productie. Deosebit de interesant este graficul din figura 6, care arata numarul de roboti (pe verticala) la 10000 de persoane angajate in industria manufacturiera la nivelul anului 2004, proportii care se mentin si in prezent, in principalele tari, respectiv zone industrializate (pe orizontala: a – SUA, b – Europa, c – Germania, d – Italia, e – Suedia, f – Finlanda, g – Spania, h – Franta, i – Austria, j – Benelux, k – Danemarca, l – Marea Britanie, m – Rep. Korea). In Japonia numarul de roboti este de 329 la 10 000 de angajati.
2. ROBOTICA SERVICIILOR
Daca robotica industriala este un domeniu deja bine statuat, iar aplicatiile robotilor industriali, in general, si-au gasit o delimitare clara in randul aplicatiilor industriale si in viitorul apropiat nu se intrevad evolutii spectaculoase, robotica serviciilor este in plina afirmare si identificare de noi aplicatii.
Daca pentru robotica industriala elementul reprezentativ este robotul industrial, robotica serviciilor pe langa robotul de serviciu propriu-zis cuprinde toate dispozitivele, echipamentele si tehnologiile robotice care nu au aplicatii industriale. Din perspectiva istorica, robotii de serviciu au inceput sa fie dezvoltati de o maniera semnificativa la sfarsitul anilor ’80, iar principalele tipuri de roboti de serviciu, in ordinea aproximativa a aparitiei, evidentiati in figura 7, sunt: robotii de reabilitare si asistenta persoanelor cu handicap, robotii de serviciu pentru aplicatii profesionale, robotii umanoizi, robotii personali (roboti asistenti in mediu casnic); robotii domestici, robotii pentru divertisment si petrecerea timpului liber, robotii manufacturieri (nu in sensul robotilor industriali). In aceasta figura prin semnul * sunt marcate perioadele cand au fost lansate tipurile reprezentative pentru clasele semnificative de roboti de serviciu. Evident ca robotii industriali isi mentin prezenta pe toata perioada analizata (banda de jos din figura).
Din perspectiva aplicatiilor, robotii de serviciu se pot imparti in trei mari categorii: robotii de serviciu pentru aplicatii profesionale – service robots for professional applications, robotii de serviciu pentru utilizari personale - domestic robots si robotii pentru cercetare-dezvoltare.
2.1. ROBOTI DE SERVICIU PENTRU
APLICATII PROFESIONALE
Categorii de aplicatii si variante principale
Din perspectiva aplicatiilor profesionale exista mai multe categorii, fiecare cuprinzand mai multe variante distincte de roboti de serviciu. In continuare, cu trimitere la tabelul alaturat, pentru fiecare categorie sunt precizate principalele variante de roboti, recunoscute pana in prezent, iar pentru anumite tipuri este aratata cate o varianta reprezentativa.
Ariile majore ale roboticii serviciilor cuprind: roboti agricoli, roboti zootehnici (mulgatori), roboti forestieri, roboti minieri si roboti spatiali.
Curatenia profesionala cuprinde: roboti pentru curatat pardoseli, roboti pentru curatat ferestre si pereti, roboti cataratori, roboti de curatat piscine, roboti pentru alte tipuri de curatenie (pentru rezervoare, pentru vapoare, barci, trenuri, avioane).
Sistemele de inspectie cuprind: robotii de inspectat canale, rezervoare, conducte si tuburi, robotii pentru inspectat instalatii tehnice de putere, pentru incinte nucleare (figura 8) si pentru poduri.
Constructiile si demolarile cuprind: robotii de demolare si dezafectare a complexelor de locuinte, chimice, militare etc. si robotii de constructii, care la randul lor pot fi clasificati in: roboti de constructii propriu-zisi (pentru cladiri), roboti pentru construirea drumurilor, roboti de perforat si roboti pentru operatii de intretinere a constructiilor in derulare.
Sistemele logistice cuprind: robotii si sistemele robotice din cladirile de birouri si spitale (figura 9) utilizati pentru: transmitere documente, distribuirea corespondentei, colectarea gunoiului etc.
Robotica medicala cuprinde: robotii de diagnostic, robotii folositi la diverse terapii, inclusiv operatii chirurgicale si robotii pentru asistarea pacientilor.
Aplicatiile robotice de aparare, cu mare risc si de securitate includ: robotii de deminare, robotii pentru stingerea incendiilor si robotii pirotehnici utilizati in domeniul public, robotii de supraveghere si recunoastere militara terestra si aeriana.
Sistemele robotice subacvatice cuprind: robotii subacvatici de inspectie si recunoastere, de interventie si de salvare.
Robotica laboratoarelor cuprinde toate tipurile de roboti utilizati in laboratoare, in afara celor destinati special pentru cercetare si dezvoltare.
Spatiul public cuprinde: roboti utilizati in hoteluri si res-taurante, roboti ghid pentru muzee si roboti de marketing.
Alimentarea cu combustibil cuprinde variantele robotilor destinati alimentarii automate cu combustibil, in special pentru autobuze si taxiuri.
Robotica umanoida cuprinde tipurile de roboti umanoizi, in prezent in dezvoltare, chiar exploziva.
Platformele robot cuprind diferitele tipuri de platforme robot, in special platforme mobile, realizate in conceptie modulara, cu dotari in functie de solicitari, care deschid larg posibilitatea realizarii robotului de serviciu corespunzator aplicatiei respective (evident ca platforma poate fi echipata cu diverse alte echipamente: brate robot, prehensoare, sisteme audio, sisteme video, senzori, sisteme de inspectie etc.).
2.2. ROBOTI DE SERVICIU PERSONALI/DOMESTICI
Aplicatii si tipuri principale
In privinta acestui tip de roboti, mai intai trebuie precizat ca delimitarea in clase distincte, cu particularitati clare constructive si functionale, este inca in curs.
Intr-o prima faza, introducerea robotilor in gospodarie a vizat degrevarea persoanelor de muncile casnice de rutina, cum este curatenia, si astfel s-au dezvoltat robotii de curatenie cu vacuum, denumiti si roboti domestici, practic aspiratoare avansate, insa nu cu mult peste alte echipamente clasic domestice cum sunt frigiderele, masinile de spalat etc. Mai tarziu, cu un usor decalaj, in paralel, din cu totul alte motive, au aparut si s-au dezvoltat, la un moment dat chiar exploziv, robotii „jucarie“, foarte bine exemplificati de robotul „AIBO“, ca si diverse variante de roboti destinati in general petrecerii timpului liber. De asemenea, in paralel cu aceste doua tipuri, dar din alte cauze, s-au dezvoltat robotii de asistenta la domiciliu a persoanelor cu handicap.
Ca urmare, in prezent sunt recunoscute urmatoarele categorii de aplicatii pentru robotii personali/domestici/casnici: sarcini domestice/casnice in general, divertisment si petrecerea timpului liber, asistenta persoanelor cu handicap, transportul persoanelor si securitatea si supravegherea locuintelor.
Principalele tipuri de roboti pentru aceste categorii de aplicatii sunt:
– pentru sarcini domestice: roboti de curatenie cu vacuum (aspiratoare robot), roboti de tuns peluze, roboti de curatat piscine si roboti de curatat ferestrele;
– pentru divertisment si petrecerea timpului liber: robotii jucarie (celebrul AIBO), sistemele robot pentru petrecerea timpului liber, respectiv, pentru diverse hobby-uri si robotii de educatie si instruire;
– pentru asistenta persoanelor cu handicap: robotoscaune cu rotile, roboti asistenti la domiciliu, roboti pentru reabilitare personala la domiciliu;
– pentru transportul persoanelor: roboti sau sisteme robotice de transportat persoane in incinta parcurilor, zonelor industriale, campusuri, centre citadine istorice, perimetrele expozitiilor, statii de tren si aeroporturi;
– pentru securitatea si supravegherea locuintei: roboti mobili de supraveghere, roboti mobili cu abilitati in sesizarea si identificarea persoanelor.
Din cele prezentate mai sus este evident ca exista anumite interferente intre diversele tipuri de roboti, astfel: intre robotii jucarie si cei pentru petrecerea timpului liber, robotoaspiratoare mai evoluate, dotate cu sisteme de supraveghere si robotii pentru siguranta si supravegherea locuintei etc.
Concomitent se contureaza clar un tip de robot personal/domestic/casnic multifunctional, care sa poata efectua functii care astazi sunt indeplinite de tipuri distincte de roboti. Acest robot personal/domestic multifunctional isi va face loc cu siguranta in mediul casnic in viitorul apropiat si va deveni o prezenta la fel de familiara cum este astazi televizorul sau microcalculatorul.
Un astfel de robot va putea efectua munci casnice de rutina (cum este curatenia, asistenta la prepararea mancarii, ingrijirea peluzelor etc.), gestionarea locuintei privind componentele mobile si cele informative, supravegherea spatiului locuintei cu identificarea persoanelor din perimetrul acesteia, supravegherea calitatii aerului si functionarii diverselor instalatii, alarmare in caz de scurgeri de gaze toxice si pericol de incendiu, desfasurarea de activitati educative si de instruire, inclusiv asistenta copiilor, comunicare on-line sonora si video cu proprietarul locuintei cand acesta este plecat. Acest tip de robot va face posibila o integrare reala si eficienta in mediul inteligent in care se prevede sa actioneze persoana umana intr-un viitor nu foarte indepartat.
(Continuare in numarul viitor)