Nie sprawi, że będziesz wyglądał jak Iron Man, ale Guardian XO pozwala podnieść 200 funtów bez pocenia się

Jeden rok temu, na potrzeby specjalnego raportu IEEE Spectrum na temat Top Tech na 2019 rok, firma Sarcos Robotics obiecała, że do końca roku będzie gotowa do dostarczenia zasilanego egzoszkieletu, który będzie przyszłością pracy w przemyśle. Pod koniec zeszłego miesiąca firma Sarcos zaprosiła nas do Salt Lake City w stanie Utah, abyśmy zobaczyli, jak wygląda ta przyszłość.

Sarcos od dziesięcioleci opracowuje napędzane egzoszkielety i technologie robotyczne, które je umożliwiają, a lobby w siedzibie firmy jest miejscem spoczynku dla koncepcji i prototypów sprzętu, które zostały porzucone po drodze. Teraz jednak firma Sarcos jest gotowa do zaprezentowania prototypu Guardiana XO, egzoszkieletu o zwielokrotnionej sile, który wkrótce trafi do sprzedaży.

Kiedy nasza odprawa wstępna dobiega końca, prezes firmy Sarcos, Ben Wolff, jest wyraźnie podekscytowany możliwością zaprezentowania tego, nad czym pracowali w swoim laboratorium. „Jeśli zadalibyście pytanie, jak wygląda 30 lat i 300 milionów dolarów”, mówi nam Wolff, „zobaczycie to na dole.”

Oto, co widzimy na dole:

Jak działa Guardian XO

Sarcos Guardian XO to robotyczny egzoszkielet o 24 stopniach swobody. Nosząc go, człowiek może podnieść 200 funtów (90 kilogramów), czując się tak, jakby podnosił zaledwie 10 funtów (4,5 kg). Guardian XO jest w pełni elektryczny i niepodłączony, a jego czas pracy wynosi 2 godziny, a wymieniane na gorąco baterie mogą podtrzymywać go przez cały dzień pracy. Zakładanie i zdejmowanie zajmuje kilka sekund, a Sarcos twierdzi, że nowi użytkownicy mogą zostać przeszkoleni w zakresie obsługi systemu w ciągu kilku minut. Jeden Guardian XO kosztuje 100 000 dolarów rocznie za wynajem, a firma wyśle pierwszą partię jednostek alfa do klientów (w tym zarówno przemysłu ciężkiego, jak i wojska amerykańskiego) w styczniu.

W sensie praktycznym Guardian XO jest robotem humanoidalnym, który wykorzystuje prawdziwego człowieka jako system dowodzenia i kontroli. Ponieważ wszelkiego rodzaju firmy dążą do zwiększenia wydajności poprzez automatyzację, Sarcos uważa, że najskuteczniejszym rozwiązaniem jest bezpośrednie połączenie ludzi i maszyn, zwiększające inteligencję i zdolność oceny ludzi z siłą i wytrzymałością robotów. (Do inwestorów firmy należą Caterpillar, GE Ventures, Microsoft i Schlumberger.)

Pierwszą rzeczą, jaką należy zrozumieć na temat Guardian XO, jest to, że podobnie jak robot humanoidalny, jest on samonośny. Ponieważ ma własne nogi i stopy, ciężar 150 funtów kombinezonu (i wszystkiego, co nosi) omija użytkownika i jest przenoszony bezpośrednio na podłoże. Nie przywiązujesz robota do siebie – przywiązujesz siebie do robota, a proces ten trwa mniej niż minutę. Tak więc, chociaż wygląda na ciężki i nieporęczny (i zdecydowanie jest to obie te rzeczy), przynajmniej waga systemu nie jest czymś, czego użytkownik doświadcza bezpośrednio. Jak to działa, można się przekonać oglądając operatora Guardiana XO, Fletchera Garrisona, podnoszącego różnego rodzaju ładunki, na poniższym filmie.

Hands On With the Guardian XO

Kiedy firma Sarcos skontaktowała się z nami i zapytała, czy chcielibyśmy przyjechać do Salt Lake City i wypróbować XO, od razu powiedzieliśmy „tak” (ujawniamy: firma Sarcos pokryła nasze koszty uczestnictwa w imprezie medialnej w zeszłym miesiącu). Byliśmy jednak rozczarowani, gdy ostatecznie pozwolono nam wypróbować tylko jednoramienną wersję egzoszkieletu. Zaoferowałem nawet, że podpiszę dodatkowe zobowiązania, ale niestety firma nie wpuściła mnie do pełnego kombinezonu. Tak więc moje doświadczenie z egzoszkieletem było dość ograniczone – dosłownie wypróbowanie pojedynczego ramienia XO.

Mimo to, było to niesamowite doznanie. Testowane przeze mnie ramię, które według Sarcosa wykorzystuje ten sam system sterowania, co kombinezon na całe ciało, było niewiarygodnie łatwe w obsłudze. Jeśli chodzi o kontrolę, wszystko co exo stara się zrobić, to zejść z drogi twoim kończynom: Wykorzystuje czujniki siły do wykrywania każdego Twojego ruchu, a następnie równolegle porusza własnymi kończynami, płynnie dopasowując Twoje ciało do własnego sprzętu. Jeśli zrobisz krok, urządzenie zrobi go razem z Tobą. Jeśli odchylasz ramię w przód i w tył, ono odchyla je w ten sam sposób, tuż obok Twojego. Nie ma żadnego zauważalnego opóźnienia w tym procesie, a jest on tak intuicyjny, że Sarcos mówi, że większość ludzi potrzebuje minuty lub dwóch, aby wygodnie korzystać z systemu, a godzinę lub dwie, aby wygodnie wykonywać w nim pracę.

Guardian XO może wzmocnić siłę użytkownika aż do sprawienia, że 200-funtowy ładunek poczuje się tak, jakby ważył zero funtów. Zazwyczaj jednak egzoszkielet nie działa w ten sposób, ponieważ podnoszenie czegoś ciężkiego bez poczucia, że się to robi, może być niepokojące. Lepiej jest myśleć o egzoszkielecie jako o narzędziu, które czyni cię silniejszym, niż o narzędziu, które sprawia, że przedmioty stają się nieważkie, zwłaszcza że nadal musisz radzić sobie z bezwładnością. Pamiętaj, że nawet jeśli coś nie ma pozornego ciężaru (bo jesteś w przestrzeni lub trzymasz to za pomocą zasilanego egzoszkieletu), to nadal ma masę, której musisz być świadomy, próbując to przesunąć lub zatrzymać. Ilość pomocy, jaką daje egzoszkielet, można łatwo regulować; ma on graficzny panel kontrolny na lewym nadgarstku.

Jak bezpieczny jest egzoszkielet?

Przy tak potężnym systemie robotycznym (XO ma szczytowy moment obrotowy około 4000 funtów calowych, czyli 450 niutonometrów), firma Sarcos uznała bezpieczeństwo za najwyższy priorytet. Na przykład, aby poruszać ramionami Exo, ręce muszą trzymać spusty. Jeśli puścimy spusty (z jakiegokolwiek powodu), ramiona zablokują się w miejscu, co ma tę dodatkową zaletę, że exo może trzymać rzeczy za nas, gdy np. sprawdzamy telefon. Wszystkie stawy są ograniczone prędkości, co oznacza, że nie można rzucić cios z exo – powiedzieli mi to podczas mojego demo, więc oczywiście próbowałem, a stawy zablokowały się, jak tylko przekroczyłem ich próg bezpieczeństwa. Jeśli system straci zasilanie z jakiegokolwiek powodu, prąd płynie z powrotem przez silniki, powodując ich upadek raczej stopniowo niż gwałtownie. Z założenia stawy nie są w stanie przekroczyć ludzkiego zakresu ruchu, co oznacza, że egzoszkielet nie może się zgiąć ani skręcić w sposób, który mógłby spowodować obrażenia. Co ciekawe, prędkości stawów XO Guardiana są na tyle szybkie, że pozwalają na bieganie, choć i to zostało ograniczone ze względów bezpieczeństwa.

Pytaliśmy o to, czy upadek jest ryzykowny, ale okazuje się, że posiadanie człowieka w pętli kontrolnej znacznie upraszcza ten problem. Sarcos nie musiał programować XO Guardiana, aby sam utrzymywał równowagę, ponieważ człowiek w środku robi to wszystko naturalnie. Próba przewrócenia się przez kogoś w egzoszkielecie nie różni się niczym od próby przewrócenia się przez kogoś poza nim, ponieważ w obu przypadkach człowiek sam utrzymuje równowagę. Jeśli w końcu się przewrócicie, Sarcos twierdzi, że egzoszkielet jest zaprojektowany jako klatka, więc prawdopodobnie nic wam się nie stanie, choć nie jest jasne, jak łatwo będzie się z niego wydostać (lub zdjąć go z siebie).

Większe obawy budzi sposób, w jaki XO będzie działał wokół innych ludzi. Podczas gdy jego masa i gabaryty mogą nie robić aż tak wielkiej różnicy dla użytkownika, wydaje się, że praca we współpracy może stanowić problem, podobnie jak praca w małych przestrzeniach lub wokół czegokolwiek delikatnego. Kombinezon posiada siłowe sprzężenie zwrotne, więc poczujesz, jeśli się z czymś zetkniesz, ale wtedy może być już za późno, aby zapobiec wypadkowi.

Wydajność energetyczna i niezawodność

Wydajność może nie wydawać się wielką sprawą dla takiego egzoszkieletu, ale to, co udało się osiągnąć firmie Sarcos, jest bardzo imponujące. Guardian XO zużywa około 500 watów, gdy jest w pełni sprawny – to znaczy, gdy dźwiga 160 funtów i chodzi z prędkością 3 mil na godzinę. Aby umieścić to w kontekście, robot DURUS firmy SRI, który został zaprojektowany specjalnie z myślą o wydajności (i jest znacznie mniejszy i lżejszy niż Guardian XO), zużywał 350 watów podczas samego chodzenia. „To naprawdę jedna z naszych kluczowych innowacji” – mówi Chris Beaufait, dyrektor operacyjny Sarcos. „Nie ma na świecie wielu robotów, które są tak wydajne jak to, co my robimy”. Innowacje te polegają na zastosowaniu mechanizmów odzyskiwania energii, zmniejszeniu liczby pojedynczych komputerów pokładowych oraz jak najściślejszej integracji wszystkich elementów. Dzięki parze 12 funtowych pakietów baterii o mocy 500 W, egzoszkielet może pracować przez ponad 2 godziny podczas normalnego użytkowania, a Sarcos spodziewa się poprawić wydajność z 500 W do 425 W lub lepiej do stycznia.

Ponieważ Guardian XO jest produktem komercyjnym, musi być na tyle niezawodny, aby być praktycznym narzędziem, którego użytkowanie jest opłacalne. „Różnica między byciem warsztatem badawczo-rozwojowym, który może udowodnić swoją koncepcję, a stworzeniem opłacalnego produktu, który jest solidny, wymaga zupełnie innego zestawu umiejętności i sposobu myślenia” – powiedział nam dyrektor generalny Wolff. „To było wyzwanie. Myślę, że to największe wyzwanie dla firm zajmujących się robotyką, a my włożyliśmy w to dużo krwi, potu i łez.”

Wolff mówi, że przyszłe wersje XO (nie model alfa, który zostanie dostarczony w styczniu) będą w stanie chodzić na zewnątrz po trudnym terenie, przez stopę błota, w deszczu lub śniegu. Będzie mógł wchodzić i schodzić po schodach, choć obecnie pracują nad zapewnieniem, że będzie to bezpieczne. Wolff powiedział nam, że klienci Exo nie będą musieli korzystać z wielu usług serwisowych i konserwacyjnych. Nie jesteśmy pewni, czy podzielamy zaufanie Sarcosa – to skomplikowany system, który będzie używany przez nieinżynierów w pół- i nieustrukturyzowanych środowiskach. Może się zdarzyć wiele nieoczekiwanych scenariuszy, a dopóki tak się nie stanie, nie będziemy wiedzieć na pewno, jak dobrze Guardian XO poradzi sobie w prawdziwym świecie.

Zastosowanie Guardian XO

Guardian XO został zaprojektowany z myślą o pewnych specyficznych (ale również bardzo powszechnych) rodzajach prac, które wymagają od ludzi powtarzalnego podnoszenia ciężkich przedmiotów. Tych prac na ogół nie da się zautomatyzować, a przynajmniej nie da się ich zautomatyzować w sposób opłacalny – wymagane są umiejętności człowieka. Prace te są również pracochłonne, co stwarza zarówno krótkoterminowe, jak i długoterminowe problemy dla pracowników. Krótkoterminowe, ostre urazy (takie jak urazy pleców) prowadzą do utraty produktywności. W dłuższej perspektywie urazy te prowadzą do poważnych problemów medycznych u pracowników, z których wielu może funkcjonować jedynie przez okres od pięciu do ośmiu lat, zanim ich ciała ulegną trwałemu uszkodzeniu.

Wolff uważa, że właśnie w tej dziedzinie istnieje możliwość zastosowania egzoszkieletów z napędem. Wykorzystanie Guardiana XO do odciążenia pracowników od zadań, które obciążają ich ciało, oznacza, że mogą oni dłużej pracować na danym stanowisku bez obrażeń. I mogą kontynuować pracę w tym samym zawodzie, gdy się starzeją, ponieważ egzoszkielet przejmuje zadania, które wcześniej wymagały siły, a w zamian czyni je umiejętnościami i doświadczeniem.

Oczywiście, smutny fakt jest taki, że nic z tego, co dotyczy zdrowia pracowników, nie miałoby większego znaczenia, gdyby firmy nie dały się przekonać, że egzoszkielety pozwolą im również zaoszczędzić pieniądze. Na szczęście dla pracowników jest to argument łatwy do wyciągnięcia. Ponieważ Guardian XO może podnieść 200 funtów, Wolff twierdzi, że może on zwiększyć produktywność swojego użytkownika nawet o rząd wielkości: „Ogólnie rzecz biorąc, obserwujemy ogólny wzrost wydajności od 4 do 10 razy w analizowanych przez nas przypadkach użycia. Oznacza to, że jeden pracownik w egzoszkielecie może wykonać pracę od 4 do 10 pracowników bez żadnego stresu lub obciążenia dla jego ciała.”

Na 4-krotnym końcu skali chodzi po prostu o możliwość podnoszenia więcej i na dłużej. OSHA zaleca, aby maksymalne obciążenie jednej osoby wynosiło 51 funtów, przy czym liczba ta ulega zmniejszeniu, jeżeli przedmiot musi być podnoszony w sposób powtarzalny, trzymany przez dłuższy czas lub przenoszony. Guardian XO pozwala pracownikowi podnosić czterokrotnie więcej, przez wiele godzin, podczas chodzenia z prędkością do 3 mil na godzinę. Sprawy są nieco bardziej skomplikowane w przypadku skali 10x, ale można sobie wyobrazić pojedynczy obiekt o wadze 200 funtów, który wymaga suwnicy i kilku osób do jego obsługi. Nie chodzi tylko o dodatkowych ludzi – chodzi również o dodatkowy czas i wymaganą infrastrukturę, podczas gdy jeden pracownik w XO Guardianie mógłby po prostu podnieść ten sam obiekt i przenieść go samodzielnie.

Oczywistym pytaniem w tym momencie jest, czy wprowadzenie zasilanych egzoszkieletów pozbawi ludzi pracy. Wolff upiera się, że nie jest to rzeczywistość branży w tej chwili, ponieważ prawdziwym problemem jest znalezienie wykwalifikowanych pracowników do zatrudnienia w pierwszej kolejności. „Żaden z naszych klientów nie mówi o zwalnianiu ludzi”, mówi Wolff. „Wszyscy z nich mówią o tym, że po prostu nie są w stanie wyprodukować wystarczającej ilości swoich produktów lub usług, aby ich klienci byli zadowoleni”. Powinno to również uszczęśliwić pracowników. Wolff mówi nam, że pracownicy, którzy wypróbowali Guardiana XO, zareagowali „entuzjastycznie”, a ich jedyną obawą było to, czy egzoszkielet będzie można dopasować do osób o różnych kształtach i rozmiarach. Podczas gdy pierwsze egzemplarze będą dostosowane do osób o wzroście od 5’4″ do 6″, do przyszłego roku firma Sarcos obiecuje, że będą one regulowane na tyle, aby objąć 90 procent amerykańskiej siły roboczej.

Koszt i dostępność

„Trzy lata temu nie bylibyśmy w stanie stworzyć produktu ekonomicznie opłacalnego” – mówi Wolff. „Rozmiar, moc, waga i koszt wszystkich komponentów, których używamy – wszystko to osiągnęło punkt, w którym jest to komercyjnie wykonalne”. Dla Sarcos i firm, z którymi współpracują, oznacza to, że każdy egzoszkielet kosztuje około 100 000 dolarów rocznie. Jednostki alfa trafią do firm, które mogą sobie pozwolić na zakup co najmniej 10 sztuk na raz, a Sarcos wyśle z każdą partią dedykowanego inżyniera. Guardian XO jest sprzedawany raczej jako usługa niż produkt – przynajmniej na razie jest to raczej wynajem z dedykowaną obsługą klienta. „Celem jest to, aby był on głupio prosty w zarządzaniu i obsłudze,” mówi Wolff, dodając, że Sarcos spodziewa się wiele nauczyć w ciągu najbliższych kilku miesięcy, gdy egzoszkielety zaczną być wdrażane. Wersje komercyjne powinny pojawić się później w 2020 roku.

Upewniłem się, że zapytam Wolffa, kiedy będę mógł wypożyczyć jedną z tych rzeczy z mojego lokalnego sklepu z narzędziami, kiedy następnym razem będę musiał się przeprowadzić, ale rozczarowujące jest to, że nie widzi tego w najbliższym czasie. Sarcos musi się jeszcze wiele nauczyć o tym, jak zrobić biznes z egzoszkieletów, a oni wolą zachować realistyczne oczekiwania, niż obiecywać komukolwiek kombinezon Iron Mana. Dla mnie jednak jest już za późno – widziałem, co potrafi Guardian XO. I chcę go mieć.