Het zal je er niet uit laten zien als Iron Man, maar met de Guardian XO kun je 200 kilo tillen zonder te zweten

Een jaar geleden, voor het speciale verslag van IEEE Spectrum over de Top Tech voor 2019, beloofde Sarcos Robotics dat het tegen het einde van het jaar klaar zou zijn om een aangedreven exoskelet op de markt te brengen dat de toekomst van industrieel werk zou zijn. En eind vorige maand nodigde Sarcos ons uit in Salt Lake City, Utah, om te zien hoe die toekomst eruitziet.

Sarcos is al tientallen jaren bezig met het ontwikkelen van aangedreven exoskeletten en de robottechnologieën die ze mogelijk maken, en de lobby van het hoofdkantoor van het bedrijf is een rustplaats voor concepten en prototypehardware die gaandeweg is achtergelaten. Maar nu is Sarcos klaar om het prototype van de Guardian XO te onthullen, een krachtvermeerderend exoskelet dat op het punt staat om te beginnen met verschepen.

Als onze inleidende briefing eindigt, is Sarcos CEO Ben Wolff zichtbaar opgewonden om te kunnen laten zien waar ze in hun lab aan hebben gewerkt. “Als je de vraag zou stellen: Hoe ziet 30 jaar en 300 miljoen dollar eruit,” vertelt Wolff ons, “dan ga je het beneden zien.”

Dit is wat we beneden zien:

Hoe de Guardian XO werkt

De Sarcos Guardian XO is een 24-graden-van-vrijheid volledig-lichaam robotisch exoskelet. Terwijl het dragen, kan een mens 200 pond (90 kilogram) tillen terwijl het voelt alsof zij slechts 10 pond (4.5 kg) tillen. De Guardian XO is volledig elektrisch en ongebonden met een werktijd van 2 uur, en met hot-swappable batterijpakketten kan hij een hele werkdag mee. Het duurt enkele seconden om het aan en uit te trekken en Sarcos zegt dat nieuwe gebruikers in enkele minuten kunnen worden opgeleid om het systeem te gebruiken. Een Guardian XO kost $ 100.000 per jaar om te huren, en het bedrijf zal zijn eerste partij alfa-eenheden in januari aan klanten (waaronder zowel de zware industrie en het Amerikaanse leger) verschepen.

In praktische zin is de Guardian XO een humanoïde robot die een echte mens gebruikt als zijn commando- en controlesysteem. Aangezien allerlei bedrijven de efficiëntie willen verhogen door middel van automatisering, gelooft Sarcos dat de meest effectieve oplossing een directe combinatie van mens en machine is, waarbij de intelligentie en het beoordelingsvermogen van mensen worden versterkt met de kracht en het uithoudingsvermogen van robots. (Investeerders in het bedrijf zijn onder meer Caterpillar, GE Ventures, Microsoft, en Schlumberger.)

Het eerste wat je moet begrijpen over de Guardian XO is dat het, net als een humanoïde robot, zelfondersteunend is. Omdat het zijn eigen benen en voeten heeft, gaat het gewicht van 150 pond van het pak (en wat het ook draagt) voorbij aan de gebruiker en wordt het rechtstreeks op de grond overgebracht. Je bindt de robot niet aan jou, je bindt jezelf aan de robot, een proces dat minder dan een minuut duurt. Hoewel het systeem er zwaar en log uitziet (en dat is het zeker ook), ervaart de gebruiker het gewicht van het systeem in ieder geval niet rechtstreeks. U kunt zien hoe dat werkt door te kijken hoe Guardian XO-operator Fletcher Garrison allerlei payloads optilt in de video hieronder.

Hands On With the Guardian XO

Toen Sarcos contact opnam en vroeg of we naar Salt Lake City wilden komen om de XO uit te proberen, zeiden we meteen ja (openbaarmaking: Sarcos dekte onze kosten om vorige maand een media-evenement bij te wonen). Maar we waren teleurgesteld toen we uiteindelijk alleen een eenarmige versie van het exoskelet mochten uitproberen. Ik bood zelfs aan om extra verklaringen van afstand te ondertekenen, maar helaas liet het bedrijf me niet in het volledige pak toe. Dus mijn ervaring met de exo was vrij beperkt-een hands-on, letterlijk, van een enkele XO arm.

Toch, het was een geweldige sensatie. De arm die ik testte, die volgens Sarcos hetzelfde controlesysteem gebruikt als het volledige lichaamspak, was ongelooflijk gemakkelijk te bedienen. In termen van controle, alles wat de exo probeert te doen is uit de weg van je ledematen te gaan: Het maakt gebruik van krachtsensoren om elke beweging die je maakt te detecteren, en beweegt dan zijn eigen ledematen parallel, soepel afstemmend op jouw lichaam met zijn eigen hardware. Als je een stap zet, zet hij een stap met je mee. Als je je arm heen en weer zwaait, zwaait hij zijn arm op dezelfde manier heen en weer, precies naast de jouwe. Er is geen waarneembare vertraging in dit proces, en het is zo intuïtief dat Sarcos zegt dat de meeste mensen slechts een minuut of twee nodig hebben om zich op hun gemak te voelen met het systeem, en slechts een uur of twee om zich op hun gemak te voelen met het werk erin.

De Guardian XO kan de kracht van de gebruiker helemaal tot aan het maken van een 200-pond lading voelen alsof het nul pond weegt. Dit is echter niet de manier waarop het exoskelet werkt, omdat het verontrustend kan zijn om iets zwaars op te tillen zonder het gevoel te hebben dat je iets tilt. Het is beter om de exo te zien als een hulpmiddel dat je sterker maakt dan een hulpmiddel dat voorwerpen gewichtloos maakt, vooral omdat je nog steeds te maken hebt met traagheid. Vergeet niet dat zelfs als iets geen schijnbaar gewicht heeft (omdat je in de ruimte bent of omdat je het vasthoudt met een aangedreven exoskelet), het nog steeds massa heeft, waar je je bewust van moet zijn als je het probeert te verplaatsen of te stoppen met bewegen. De hoeveelheid hulp die de exo je geeft is eenvoudig aan te passen; het heeft een grafisch bedieningspaneel op de linkerpols.

Hoe veilig is het exoskelet?

Met zo’n krachtig robotsysteem (XO heeft een piekkoppel van ongeveer 4000 inch-pounds, of 450 newton-meters), maakte Sarcos veiligheid tot een topprioriteit. Bijvoorbeeld, om de armen van de exo te bewegen, moeten je handen de trekkers ingedrukt houden. Als je de trekkers loslaat (om welke reden dan ook), worden de armen vergrendeld, wat als bijkomend voordeel heeft dat de exo dingen voor je vasthoudt terwijl jij, bijvoorbeeld, je telefoon controleert. Alle gewrichten hebben een snelheidsbeperking, wat betekent dat je geen vuistslag kunt geven met de exo – dit werd me verteld tijdens mijn demo, dus natuurlijk probeerde ik het, en de gewrichten vergrendelden zichzelf zodra ik hun veiligheidsdrempel overschreed. Als het systeem om wat voor reden dan ook geen stroom meer krijgt, loopt de stroom terug door de motoren, waardoor ze geleidelijk afvallen in plaats van abrupt. En door het ontwerp zijn de gewrichten niet in staat om een menselijk bewegingsbereik te overschrijden, wat betekent dat het exoskelet niet kan buigen of draaien op een manier die je zou verwonden. Interessant is dat de gewrichtssnelheden van de Guardian XO gemakkelijk snel genoeg zijn om je te laten rennen, hoewel dat ook om veiligheidsredenen is beperkt.

We vroegen of vallen een groot risico was, maar het blijkt dat het hebben van een mens in de lus voor controle dat probleem veel eenvoudiger maakt. Sarcos heeft de Guardian XO niet hoeven te programmeren om zichzelf in balans te houden, omdat de mens dat allemaal van nature doet. Als iemand je probeert omver te duwen terwijl je in het exoskelet zit, is dat niet anders dan wanneer iemand je probeert omver te duwen terwijl je er uit bent, omdat je in beide gevallen je eigen evenwicht bewaart. Als je uiteindelijk toch valt, beweert Sarcos dat het exoskelet is ontworpen als een rolkooi, dus de kans is groot dat je in orde zult zijn, hoewel het niet duidelijk is hoe gemakkelijk het zou zijn om er daarna uit te komen (of het van je af te krijgen).

Meer van een zorg is hoe de XO zal werken rond andere mensen. Hoewel zijn massa en omvang misschien niet veel verschil maken voor de gebruiker, lijkt het erop dat samenwerken een probleem zou kunnen zijn, net als werken in kleine ruimtes of in de buurt van iets breekbaars. Het pak heeft wel force feedback, zodat je voelt of je iets raakt, maar dan kan het te laat zijn om een ongeluk te voorkomen.

Energie-efficiëntie en betrouwbaarheid

Efficiëntie lijkt misschien niet zo belangrijk voor een exoskelet als dit, maar wat Sarcos voor elkaar heeft gekregen is zeer indrukwekkend. De Guardian XO verbruikt ongeveer 500 watt terwijl hij volledig operationeel is – dat wil zeggen, terwijl hij 160 pond draagt en tegen 3 mijl per uur loopt. Om dat in de juiste context te plaatsen: de DURUS-robot van SRI, die speciaal is ontworpen voor efficiëntie (en aanzienlijk kleiner en lichter is dan de Guardian XO), verbruikte 350 watt terwijl hij gewoon liep. “Dat is echt een van onze belangrijkste innovaties”, zegt Sarcos COO Chris Beaufait. “Er zijn niet veel robots in de wereld die zo efficiënt zijn als wat wij doen.” Deze innovaties komen in de vorm van energieterugwinningsmechanismen, vermindering van het aantal afzonderlijke computers aan boord, en alles zo strak mogelijk geïntegreerd krijgen. Met een paar 12 lb 500 watt-uur batterijpakketten, kan het exoskelet meer dan 2 uur werken bij normaal gebruik, en Sarcos verwacht de efficiëntie te verbeteren van 500 watt tot 425 watt of beter in januari.

Omdat de Guardian XO een commercieel product is, moet het betrouwbaar genoeg zijn om een praktisch hulpmiddel te zijn dat kosteneffectief is om te gebruiken. “Het verschil tussen het zijn een R&D winkel die een concept kan bewijzen versus het maken van een commercieel levensvatbaar product dat robuust is-het vergt een geheel andere vaardigheden en mindset,” vertelde Wolff, de CEO, ons. “Dat is een uitdaging geweest. Ik denk dat het de grootste uitdaging is die robotica-bedrijven hebben, en we hebben daar veel bloed, zweet en tranen in gestoken.”

Wolff zegt dat toekomstige XO-versies (niet het alfamodel dat in januari zal worden verscheept) in staat zullen zijn om buiten over uitdagend terrein te lopen, door een voet modder, en in de regen of sneeuw. Het zal in staat zijn om trappen op en af te gaan, hoewel er momenteel aan wordt gewerkt om ervoor te zorgen dat dit veilig zal zijn. De verwachting, zo vertelt Wolff ons, is dat er niet veel service of onderhoud nodig zal zijn voor de klanten van de exo. Wij zijn er nog niet zo zeker van dat we het vertrouwen van Sarcos delen – dit is een complex systeem dat zal worden gebruikt door niet-ingenieurs in semi-gestructureerde en ongestructureerde omgevingen. Veel onverwachte scenario’s kunnen zich voordoen, en totdat ze dat doen, zullen we niet zeker weten hoe goed de Guardian XO zal standhouden bij gebruik in de echte wereld.

Guardian XO Applications

De Guardian XO is ontworpen om zich te richten op een aantal specifieke (maar ook zeer veel voorkomende) soorten banen waarbij mensen herhaaldelijk zware dingen moeten tillen. Deze banen zijn over het algemeen niet automatiseerbaar, of minstens niet automatiseerbaar op een manier die rendabel is-de vaardigheid van een mens wordt vereist. Deze banen zijn ook arbeidsintensief, wat zowel op korte als op lange termijn problemen oplevert voor menselijke werknemers. Op korte termijn leiden acute letsels (zoals rugletsels) tot productiviteitsverlies. Op lange termijn leiden deze verwondingen tot ernstige medische problemen voor werknemers, van wie velen slechts vijf tot acht jaar kunnen functioneren voordat hun lichaam permanent beschadigd raakt.

Wolff gelooft dat hier een kans ligt voor aangedreven exoskeletten. Het gebruik van de Guardian XO om het soort taken te verlichten die het lichaam van een werknemer belasten, betekent dat mensen langer kunnen werken zonder letsel op te lopen. En ze kunnen blijven werken aan dezelfde baan als ze ouder worden, omdat het exoskelet banen overneemt die vroeger over kracht gingen en ze in plaats daarvan over vaardigheid en ervaring laat gaan.

Natuurlijk, het trieste feit is dat niets van dit spul over de gezondheid van de werknemer zou er zo veel toe doen als bedrijven niet konden worden overtuigd dat exoskeletten hen ook geld kunnen besparen. Gelukkig voor werknemers, is het een gemakkelijk argument om te maken. Aangezien de Guardian XO 200 pond kan tillen, zegt Wolff dat het de productiviteit van de gebruiker met een orde van grootte kan verbeteren: “Over de hele linie zien we een productiviteitsverbetering van ergens tussen de 4 en 10 keer in de gebruikssituaties die we hebben bekeken. Dus wat dat betekent is dat één werknemer in een exoskelet het werk kan doen van tussen de 4 en 10 werknemers zonder enige stress of spanning op hun lichaam.”

Aan de 4x kant van de schaal gaat het gewoon om meer te kunnen tillen, en langer. OSHA adviseert een maximale belasting van één persoon van 51 pond, een getal dat naar beneden wordt bijgesteld als het object herhaaldelijk moet worden opgetild, lang moet worden vastgehouden of moet worden verplaatst. Met de Guardian XO kan een werknemer vier keer zoveel tillen, urenlang, terwijl hij tot 3 mijl per uur loopt. De zaken liggen iets gecompliceerder aan de 10x-kant van de schaal, maar u kunt zich voorstellen dat voor één object van 200 pond een rolbrug nodig is, plus meerdere mensen om het voor elkaar te krijgen. Het gaat niet alleen om de extra mensen – het gaat ook om de extra tijd en infrastructuur die nodig zijn, terwijl een enkele werknemer in een Guardian XO datzelfde object gewoon zou kunnen oppakken en zelf verplaatsen.

De voor de hand liggende vraag op dit punt is of de invoering van aangedreven exoskeletten mensen zonder werk zal zetten. Wolff benadrukt dat is niet de realiteit van de industrie op dit moment, omdat het echte probleem is het vinden van gekwalificeerde werknemers aan te nemen in de eerste plaats. “Geen van onze klanten heeft het over het ontslaan van mensen,” zegt Wolff. “Ze hebben het er allemaal over dat ze simpelweg niet genoeg van hun producten of diensten kunnen produceren om hun klanten tevreden te houden.” Het zou ook de werknemers gelukkig moeten maken. Wolff vertelt ons dat ze “enthousiaste reacties” hebben gehad van werknemers die de Guardian XO hebben uitgeprobeerd, waarbij hun enige zorg is of het exoskelet kan worden aangepast om mensen van verschillende vormen en maten te passen. Terwijl de eerste units instelbaar zullen zijn voor mensen variërend in lengte van 5’4″ tot 6”, belooft Sarcos dat ze tegen volgend jaar instelbaar genoeg zullen zijn voor 90 procent van de Amerikaanse beroepsbevolking.

Kosten en beschikbaarheid

“We hadden dit drie jaar geleden niet tot een economisch levensvatbaar product kunnen maken,” zegt Wolff. “De grootte, het vermogen, het gewicht en de kosten van alle onderdelen die we gebruiken – dat alles is nu op een punt gekomen waar dit commercieel haalbaar is.” Wat dat betekent, voor Sarcos en de bedrijven waarmee ze samenwerken, is dat elk exoskelet ongeveer 100.000 dollar per jaar kost. De alfa-eenheden gaan naar bedrijven die er minstens 10 tegelijk kunnen betalen, en Sarcos stuurt een toegewijde ingenieur mee met elke partij. De Guardian XO wordt verkocht als een dienst in plaats van een product – voorlopig is het meer een verhuur met toegewijde klantenondersteuning. “Het doel is dat dit dom eenvoudig te beheren en te gebruiken moet zijn,” zegt Wolff, die eraan toevoegt dat Sarcos verwacht de komende maanden veel te leren als de exoskeletten eenmaal worden ingezet. Commerciële versies moeten later in 2020 worden verscheept.

Ik zorgde ervoor om Wolff te vragen wanneer ik een van deze dingen zou kunnen huren bij mijn lokale bouwmarkt voor de volgende keer dat ik moet verhuizen, maar teleurstellend genoeg ziet hij dat niet op korte termijn gebeuren. Sarcos moet nog veel leren over hoe een bedrijf te maken van exoskeletten, en ze houden de verwachtingen liever realistisch dan iemand een Iron Man-pak te beloven. Maar voor mij is het te laat. Ik heb gezien wat de Guardian XO kan doen. En ik wil er een.