Nebudete v něm vypadat jako Iron Man, ale Guardian XO vám umožní zvednout 200 liber, aniž byste se zapotili

Před rokem pro speciální zprávu IEEE Spectrum o nejlepších technologiích pro rok 2019 společnost Sarcos Robotics slíbila, že do konce roku bude připravena dodat poháněný exoskelet, který bude budoucností průmyslové práce. A koncem minulého měsíce nás společnost Sarcos pozvala do Salt Lake City v Utahu, abychom se podívali, jak taková budoucnost vypadá.

Sarcos vyvíjí poháněné exoskelety a robotické technologie, které je umožňují, již desítky let a hala sídla společnosti je místem odpočinku konceptů a prototypů hardwaru, které byly cestou opuštěny. Nyní je však společnost Sarcos připravena představit prototyp exoskeletu Guardian XO, který násobí sílu a který se brzy začne dodávat.

Když náš úvodní brífink končí, generální ředitel společnosti Sarcos Ben Wolff je viditelně nadšený, že může předvést, na čem ve své laboratoři pracují. „Kdybyste si položili otázku, jak vypadá 30 let a 300 milionů dolarů,“ říká nám Wolff, „uvidíte to dole.“

Takhle to vidíme dole:

Jak Guardian XO funguje

Sarcos Guardian XO je robotický exoskelet s 24 stupni volnosti celého těla. Když ho má člověk na sobě, může zvednout 200 liber (90 kg) a přitom má pocit, že zvedá jen 10 liber (4,5 kg). Guardian XO je plně elektrický a nepřipoutaný s dobou provozu 2 hodiny a baterie vyměnitelné za provozu jej udrží v chodu po celý pracovní den. Nasazení a sundání trvá několik vteřin a podle společnosti Sarcos lze nové uživatele naučit systém používat během několika minut. Pronájem jedné jednotky Guardian XO stojí 100 000 dolarů ročně a společnost bude první várku alfa jednotek dodávat zákazníkům (včetně těžkého průmyslu i americké armády) v lednu.

V praktickém smyslu je Guardian XO humanoidní robot, který jako řídicí a kontrolní systém využívá skutečného člověka. Vzhledem k tomu, že společnosti všeho druhu usilují o zvýšení efektivity prostřednictvím automatizace, společnost Sarcos věří, že nejefektivnějším řešením je přímá kombinace lidí a strojů, která zvyšuje inteligenci a úsudek lidí silou a odolností robotů. (Mezi investory společnosti patří Caterpillar, GE Ventures, Microsoft a Schlumberger.)

První věc, kterou je třeba pochopit u robota Guardian XO, je, že je stejně jako humanoidní robot soběstačný. Protože má vlastní nohy a chodidla, váha 150 liber obleku (a všeho, co nese) obchází jeho uživatele a přenáší se přímo do země. Nepřipoutáváte robota k sobě – připoutáváte se k robotovi, což trvá méně než minutu. Ačkoli tedy vypadá těžký a neskladný (a obojí rozhodně je), uživatel alespoň hmotnost systému nepocítí přímo. O tom, jak to funguje, se můžete přesvědčit na videu níže, kde operátor robota Guardian XO Fletcher Garrison zvedá nejrůznější užitečné náklady.

Hands On With the Guardian XO

Když nás společnost Sarcos oslovila a zeptala se, zda bychom nechtěli přijet do Salt Lake City a vyzkoušet si XO, okamžitě jsme souhlasili (prozrazujeme: společnost Sarcos nám minulý měsíc uhradila náklady na účast na mediální akci). Byli jsme však zklamaní, když nám nakonec bylo umožněno vyzkoušet pouze jednorukou verzi exoskeletu. Dokonce jsem se nabídl, že podepíšu dodatečné zřeknutí se práv, ale bohužel mě společnost do celého obleku nepustila. Takže moje zkušenost s exoskeletem byla dost omezená – doslova praktická ukázka jedné ruky XO.

Stejně to byl úžasný pocit. Rameno, které jsem testoval a které podle společnosti Sarcos využívá stejný řídicí systém jako celotělový oblek, se ovládalo neuvěřitelně snadno. Co se týče ovládání, jediné, o co se exo snaží, je uhnout vašim končetinám z cesty: Pomocí senzorů síly detekuje každý váš pohyb a pak paralelně pohybuje vlastními končetinami, čímž plynule přizpůsobuje vaše tělo svému vlastnímu hardwaru. Když uděláte krok, udělá ho s vámi. Pokud máchnete rukou dopředu a dozadu, máchne svou rukou dopředu a dozadu stejným způsobem, hned vedle vaší. Tento proces nemá žádnou znatelnou prodlevu a je tak intuitivní, že podle společnosti Sarcos většině lidí stačí minuta nebo dvě, aby se se systémem sžili, a pouhá hodina nebo dvě, aby v něm mohli pohodlně pracovat.

Systém Guardian XO dokáže zvýšit sílu uživatele až tak, že 200kilové břemeno má pocit, jako by vážilo nula kilogramů. Obvykle však takto exoskelet nefunguje, protože může být nepříjemné, když zvedáte něco těžkého a nemáte pocit, že vůbec něco zvedáte. Je lepší považovat exoskelet za nástroj, který vás posiluje, než za nástroj, který činí předměty beztížnými, zejména proto, že se stále musíte vypořádat se setrvačností. Pamatujte, že i když něco nemá žádnou zdánlivou hmotnost (ať už proto, že jste ve vesmíru, nebo proto, že to držíte pomocí poháněného exoskeletu), stále to má hmotnost, kterou si musíte uvědomit, když se s tím snažíte pohnout nebo zastavit pohyb. Míru pomoci, kterou vám exoskelet poskytuje, lze snadno nastavit; na levém zápěstí má grafický ovládací panel.

Jak je exoskelet bezpečný?“

S takto výkonným robotickým systémem (XO má špičkový točivý moment asi 4000 palců za libru, tedy 450 newtonmetrů) si společnost Sarcos dala záležet na bezpečnosti. Například pro pohyb ramen exo je třeba, aby vaše ruce držely spouště. Pokud spouštěče pustíte (ať už z jakéhokoli důvodu), ramena se zablokují na místě, což má další výhodu v tom, že vám exo podrží věci, zatímco si například kontrolujete telefon. Všechny klouby mají omezenou rychlost, což znamená, že s exo nemůžete dát ránu pěstí – řekli mi to během předváděčky, tak jsem to samozřejmě zkusil a klouby se zamkly, jakmile jsem překročil jejich bezpečnostní práh. Pokud systém z jakéhokoli důvodu ztratí napájení, proud se přes motory vrátí zpět, čímž dojde k jejich postupnému, nikoli náhlému poklesu. A podle konstrukce nejsou klouby schopny překročit lidský rozsah pohybu, což znamená, že se exoskelet nemůže ohnout nebo zkroutit způsobem, který by vás zranil. Zajímavé je, že rychlost kloubů Guardianu XO je snadno dostatečně vysoká na to, aby vám umožnila běhat, i když i to bylo z bezpečnostních důvodů omezeno.

Ptali jsme se na to, jestli je pád velké riziko, ale ukazuje se, že když je ve smyčce pro ovládání člověk, je tento problém mnohem jednodušší. Sarcos nemusel Guardian XO programovat, aby sám udržoval rovnováhu, protože člověk uvnitř to všechno dělá přirozeně. Když se vás někdo pokusí shodit, když jste v exoskeletu, neliší se to od toho, když se vás někdo pokusí shodit, když jste mimo něj, protože v obou případech udržíte rovnováhu sami. Pokud přece jen spadnete, Sarcos tvrdí, že exoskelet je navržen jako ochranná klec, takže je pravděpodobné, že se vám nic nestane, i když není jasné, jak snadné by bylo se z něj poté dostat (nebo ho ze sebe sundat).

Větší obavy vzbuzuje to, jak bude XO fungovat v blízkosti jiných lidí. Ačkoli jeho hmotnost a objem nemusí být pro uživatele až takový rozdíl, zdá se, že spolupráce by mohla být problém, stejně jako práce v malých prostorách nebo kolem čehokoli křehkého. Oblek má sice silovou zpětnou vazbu, takže ucítíte, když se něčeho dotknete, ale to už může být pozdě na to, abyste zabránili nehodě.

Energetická účinnost a spolehlivost

U exoskeletu, jako je tento, se účinnost nemusí zdát jako velký problém, ale to, co se společnosti Sarcos podařilo, je velmi působivé. Guardian XO spotřebovává při plném provozu – tedy při nošení 160 kg a chůzi rychlostí 3 km/h – přibližně 500 W. Pro představu, robot DURUS společnosti SRI, který byl navržen speciálně s ohledem na efektivitu (a je výrazně menší a lehčí než Guardian XO), spotřebuje při pouhé chůzi 350 wattů. „To je skutečně jedna z našich klíčových inovací,“ říká provozní ředitel společnosti Sarcos Chris Beaufait. „Na světě není mnoho robotů, kteří by byli tak efektivní jako my.“ Tyto inovace mají podobu mechanismů rekuperace energie, snížení počtu jednotlivých počítačů na palubě a co nejtěsnější integrace všeho možného. S dvojicí 12librových baterií o kapacitě 500 wattů může exoskelet při běžném používání fungovat více než 2 hodiny a Sarcos očekává, že do ledna se podaří zvýšit účinnost z 500 wattů na 425 wattů nebo lépe.

Protože je Guardian XO komerční produkt, musí být dostatečně spolehlivý, aby se stal praktickým nástrojem, jehož používání je cenově výhodné. „Rozdíl mezi tím být výzkumným& a vývojovým pracovištěm, které dokáže ověřit koncept, a výrobou komerčně životaschopného produktu, který je robustní – to vyžaduje úplně jiné dovednosti a myšlení,“ řekl nám generální ředitel Wolff. „To byla výzva. Myslím, že je to největší výzva, kterou robotické společnosti mají, a my jsme do toho vložili spoustu krve, potu a slz.“

Wolff říká, že budoucí verze XO (ne alfa model, který bude dodán v lednu) budou schopny chodit venku v náročném terénu, ve stopě bláta a v dešti nebo sněhu. Bude schopen chodit nahoru a dolů po schodech, i když v současné době pracují na tom, aby to bylo bezpečné. Wolff nám řekl, že se očekává, že zákazníci exo nebudou potřebovat mnoho průběžného servisu nebo údržby. Zatím si nejsme jisti, zda sdílíme Sarcosovu důvěru – jedná se o složitý systém, který budou používat neinženýři v polostrukturovaném a nestrukturovaném prostředí. Může dojít k mnoha neočekávaným scénářům, a dokud k nim nedojde, nebudeme s jistotou vědět, jak dobře Guardian XO obstojí při reálném používání.“

Použití systému Guardian XO

Systém Guardian XO byl navržen tak, aby se zaměřil na některé specifické (ale také velmi běžné) typy prací, které vyžadují, aby lidé opakovaně zvedali těžké věci. Tyto práce obecně nejsou automatizovatelné, nebo alespoň nejsou automatizovatelné způsobem, který by byl nákladově efektivní – je nutná lidská zručnost. Tyto práce jsou také náročné na pracovní sílu, což vytváří krátkodobé i dlouhodobé problémy pro lidské pracovníky. Krátkodobé, akutní úrazy (například zranění zad) vedou ke ztrátě produktivity. Dlouhodobě tato zranění přispívají k vážným zdravotním problémům pracovníků, z nichž mnozí mohou fungovat pouze pět až osm let, než se jejich tělo trvale poškodí.

Wolff se domnívá, že právě zde je příležitost pro poháněné exoskelety. Využití systému Guardian XO k odlehčení takových úkolů, které zatěžují tělo pracovníka, znamená, že lidé mohou pracovat v zaměstnání déle bez zranění. A mohou pracovat na stejné práci i s přibývajícím věkem, protože exoskelet převezme práci, která byla dříve závislá na síle, a místo toho z ní udělá práci závislou na dovednostech a zkušenostech.

Smutnou skutečností ovšem je, že na ničem z toho, co se týká zdraví pracovníků, by tolik nezáleželo, kdyby se firmy nedaly přesvědčit, že exoskelety jim mohou také ušetřit peníze. Naštěstí pro pracovníky je to snadný argument. Vzhledem k tomu, že Guardian XO dokáže zvednout 200 kilogramů, může podle Wolffa zvýšit produktivitu svého uživatele až o řád: „Celkově jsme v případech použití, které jsme zkoumali, zaznamenali zlepšení produktivity někde mezi čtyřnásobkem a desetinásobkem. Znamená to tedy, že jeden pracovník v exoskeletu může vykonávat práci 4 až 10 zaměstnanců bez jakéhokoli stresu nebo zátěže pro své tělo.“

Na 4násobném konci škály jde jen o to, aby mohl zvedat více a déle. Agentura OSHA doporučuje maximální zatížení jedné osoby 51 kg, přičemž toto číslo se upravuje směrem dolů, pokud je třeba předmět zvedat opakovaně, držet jej delší dobu nebo jej přemisťovat. Zařízení Guardian XO umožňuje pracovníkovi zvedat čtyřikrát větší břemeno po dobu několika hodin, a to při chůzi rychlostí až 3 km/h. Na desetinásobném konci stupnice je situace o něco složitější, ale můžete si představit jeden dvousetkilový předmět, který vyžaduje mostový jeřáb a několik lidí, aby ho zvládli. Nejde jen o lidi navíc – jde také o další potřebný čas a infrastrukturu, když by stejný předmět mohl zvednout a přemístit sám jediný pracovník v Guardian XO.

V tuto chvíli je zřejmou otázkou, zda zavedení poháněných exoskeletů připraví lidi o práci. Wolff trvá na tom, že taková není současná realita v tomto odvětví, protože skutečným problémem je především najít kvalifikované pracovníky, které by bylo možné zaměstnat. „Žádný z našich zákazníků nemluví o propouštění lidí,“ říká Wolff. „Všichni mluví o tom, že prostě nejsou schopni vyrábět dostatek svých výrobků nebo služeb, aby byli jejich zákazníci spokojeni.“ To by mělo zajistit spokojenost i pracovníkům. Wolff nám řekl, že mají „nadšené reakce“ od pracovníků, kteří si Guardian XO vyzkoušeli, a jejich jedinou obavou je, zda lze exoskelet přizpůsobit lidem různých tvarů a velikostí. Zatímco první jednotky budou nastavitelné pro lidi s výškou od 180 do 180 cm, společnost Sarcos slibuje, že do příštího roku budou dostatečně nastavitelné, aby pokryly 90 % americké pracovní síly.

Cena a dostupnost

„Před třemi lety bychom tento produkt nemohli učinit ekonomicky životaschopným,“ říká Wolff. „Velikost, výkon, hmotnost a cena všech komponent, které používáme – to vše se nyní dostalo do bodu, kdy je to komerčně proveditelné.“ Pro společnost Sarcos a společnosti, se kterými spolupracují, to znamená, že každý exoskelet stojí přibližně 100 000 dolarů ročně. Alfa jednotky dostanou společnosti, které si jich mohou dovolit alespoň 10 najednou, a Sarcos pošle s každou várkou speciálního inženýra. Guardian XO se prodává spíše jako služba než jako produkt – alespoň prozatím jde spíše o pronájem se specializovanou zákaznickou podporou. „Cílem je, aby to bylo hloupě jednoduché na správu a používání,“ říká Wolff a dodává, že společnost Sarcos očekává, že se v příštích několika měsících, až se exoskelety začnou nasazovat, hodně naučí. Komerční verze by se měly dodávat později v roce 2020.

Ujistil jsem se, že se Wolffa zeptám, kdy si budu moci jednu z těchto věcí pronajmout v místním železářství, až se budu muset příště stěhovat, ale zklamáním je, že to v dohledné době nevidí. Sarcos se musí ještě hodně učit o tom, jak z exoskeletů udělat byznys, a raději udrží očekávání realistická, než aby někomu sliboval oblek Iron Mana. Pro mě už je ale pozdě – viděl jsem, co Guardian XO dokáže. A já ho chci.