Δεν υπάρχει ταινία επιστημονικής φαντασίας που να μην περιλαμβάνει απεικονίσεις κάποιου τύπου περισσότερο ή λιγότερο εξελιγμένων ρομπότ. Στις περισσότερες περιπτώσεις μηχανικές οντότητες ενός όχι και τόσο μακρινού μέλλοντος διαθέτουν νοημοσύνη, τεχνικές ικανότητες υπέρτερες των φυσικών ικανοτήτων ενός ανθρώπου και λίγο ως πολύ του μοιάζουν τουλάχιστον στην όψη. Στον πραγματικό κόσμο, όμως, η ρομποτική είναι μια επιστήμη εν τη γενέσει της, και τα επιτεύγματά της μπορεί να μην φαίνονται τόσο εντυπωσιακά όπως στις ταινίες, είναι όμως όλο και περισσότερο ενδιαφέροντα.
Για χρόνια οι εφαρμογές της ρομποτικής περιορίζονταν σε μεγάλους μηχανικούς βραχίονες που έβρισκαν χρήση στην αυτοκινητοβιομηχανία, πειραματικά τηλεκατευθυνόμενα rover που χρησιμοποιούνται σε διαστημικές αποστολές, τα γνωστά τζιπάκια που τοποθετούνται στην επιφάνεια πλανητών προκειμένου να συλλέξουν πληροφορίες και εξελιγμένα συστήματα αυτοματισμού. Πολλοί μάλιστα έλεγαν ότι η ρομποτική δεν είναι τίποτα άλλο παρά ένα όχημα προπαγάνδας της επιστήμης.
Η μηχανική του 21ου αιώνα
Οι εξελίξεις των τελευταίων δεκαπέντε ετών, όμως, ανατρέπουν την εικόνα. Η πρόοδος στην τεχνητή νοημοσύνη, στους υπολογιστές, στη νανοτεχνολογία και στην επιστήμη των υλικών, αλλά και η σύγκλιση της Ρομποτικής με την Ιατρική και τη Μοριακή Βιολογία έχουν κυριολεκτικά απογειώσει την μέχρι πρότινος «κινηματογραφική» επιστήμη. Η Ρομποτική είναι η μηχανική του 21ου αιώνα. Και, όπως όλα δείχνουν, αυτός θα είναι ο αιώνας κατά τον οποίο πολλά από τα σενάρια επιστημονικής φαντασίας θα βγουν -σε κάποιο βαθμό τουλάχιστον- αληθινά.
Στο 11ο διεθνές Συμπόσιο Πειραματικής Ρομποτικής, που έλαβε χώρα την περασμένη εβδομάδα στην Αθήνα, συμμετείχαν οι σημαντικότερες επιστημονικές ομάδες διεθνώς. Το αντικείμενο του συμποσίου ήταν όχι τόσο η ανάπτυξη επιστημονικών θεωριών όσο οι εφαρμογές και η πρακτική πλευρά αυτής της επιστήμης. Ρομποτικά προσθετικά χέρια που εφαρμόζονται σε ακρωτηριασμένους ή ανάπηρους και ελέγχονται με βιοτσίπ κατευθείαν από τον εγκέφαλό τους, όπως και τα φυσικά μας χέρια. Ρομπότ που τερμάτισε δεύτερο στον αγώνα δρόμου για αυτοκίνητα χωρίς οδηγό, που διοργάνωσε το Αμερικανικό Πεντάγωνο το περασμένο φθινόπωρο από την ομάδα του Στάνφορντ. Νανορομπότ για ιατρικές εφαρμογές, όπως μεταφορά φαρμάκων απευθείας σε καρκινικούς όγκους, ομάδες μικρών ρομπότ που επικοινωνούν και αυτοσυντονίζονται για διάφορους σκοπούς (στρατιωτική ασφάλεια, πολιτική προστασία). Επίσης στο συμπόσιο ακούστηκαν προβλέψεις για την ανάπτυξη της βιομηχανίας ρομπότ για εμπορική χρήση εντός της δεκαετίας κ.α.
«Μέχρι σήμερα στα σχετικά συνέδρια έβλεπες ηλεκτρολόγους μηχανικούς και επιστήμονες της πληροφορικής. Τώρα έρχονται μαζί μας γιατροί, βιολόγοι, γνωσιακοί ακόμα και πολιτικοί επιστήμονες. Από μόνη της η ρομποτική έχει τις θεωρίες και τα εργαλεία της, όμως στις μέρες μας βλέπουμε μια εντυπωσιακή διήθησή της σε μια σειρά από άλλες επιστήμες», λέει ο Κώστας Κυριακόπουλος, καθηγητής στο εργαστήριο Αυτόματου Ελέγχου της Σχολής Μηχανολόγων του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου.
Συνάντηση με τη Βιολογία
Μια από τις πιο ενδιαφέρουσες πτυχές της ρομποτικής βρίσκεται στη σύγκλισή της με τη βιολογία. Οι επιστήμονες έως τώρα κατασκευάζουν ρομπότ που αντιγράφουν ζωντανούς οργανισμούς, όπως για παράδειγμα το κινητικό σύστημα του χταποδιού, που παρουσιάσθηκε στο συμπόσιο, αλλά και την ανάπτυξη συστημάτων επικοινωνίας και οργάνωσης κοινωνιών, όπως για παράδειγμα αυτής των μυρμηγκιών ή των μελισσών. Ακολουθώντας την αντίθετη διαδρομή, προσπαθούν στο εξής να κατασκευάσουν μικροσκοπικά, βιολογικά ρομπότ. «Ιδέες από τη μηχανική εφαρμόζονται σε βιομοριακό επίπεδο. Προσπαθούμε, για παράδειγμα, να ελέγξουμε ομάδες κυττάρων, όπως ελέγχουμε τα ρομπότ στον μακροσκοπικό κόσμο», εξηγεί ο κ. Γιώργος Παππάς, ηλεκτρολόγος μηχανικός, καθηγητής του Πανεπιστημίου της Πενσιλβάνια. «Μελετάμε πώς κινούνται μέσα στον οργανισμό μας τα κύτταρα και εφαρμόζουμε τεχνικές χειραγώγησής τους προκειμένου να πετύχουμε ιατρικούς στόχους. Οι συνέπειες θα είναι τεράστιες», προσθέτει.
Ισως το περισσότερο εντυπωσιακό επίτευγμα για τον μέσο άνθρωπο είναι το ρομπότ που «σκέπτεται». Πέρυσι, μια ομάδα από το ΜΙΤ παρουσίασε ένα ρομπότ που μπορεί να αποφασίζει τι επιθυμεί και τι όχι, συσχετίζοντας στοιχεία από τρεις διαφορετικές βάσεις δεδομένων. Οταν δηλαδή του υποβάλλουν μία ερώτηση, απαντά συνυπολογίζοντας πρώτα την ίδια την ερώτηση, τα δεδομένα του περιβάλλοντος, την κατάσταση του συστήματός του και τις γνώσεις που διαθέτει. Και αν όλα αυτά φαντάζουν επιστημονικές ασκήσεις χωρίς πρακτικό αντίκρυσμα, ο κ. Κυριακόπουλος εξηγεί ότι δεν είναι καθόλου έτσι. «Μπορούμε ήδη σήμερα να φανταστούμε μικρά ρομπότ σε παραγωγικές δραστηριότητες, όπως να καθαρίζουν παράθυρα πολυκατοικιών, υπονόμους, να μπαίνουν στις αρτηρίες κάποιου και να του καθαρίζουν τις φλέβες κ.ο.κ.»
3,5 εκατ. ρομπότ ώς το 2025
Μελέτη του ιαπωνικού υπουργείου Οικονομικών υπολογίζει πως, δεδομένης της εξέλιξης της τεχνολογίας, έως το 2025 τουλάχιστον 3,5 εκατομμύρια ρομπότ θα εισαχθούν κανονικά στην παραγωγική διαδικασία. Η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος, εξάλλου, ποντάρει στην ανάπτυξη της ρομποτικής, προκειμένου να προετοιμάσει το έδαφος για μια επανδρωμένη αποστολή στον Αρη ως το 2030. Μικρά σε μέγεθος και ελαφριά ρομπότ αναμένεται να χρησιμοποιηθούν ευρέως τα επόμενα χρόνια σε καταστάσεις που απαιτούν άμεση δράση, όπως, για παράδειγμα, στην προστασία από φυσικές καταστροφές. «Φανταστείτε πως αντί να έχουμε ένα αεροπλάνο με κάμερα, θα έχουμε πολλά μικρά, μη επανδρωμένα, έξυπνα αεροπλάνα. Το ανοδικό ρεύμα μιας πυρκαγιάς δημιουργεί σοβαρό πρόβλημα, τα αεροπλάνα δεν μπορούν να πλησιάσουν καθώς κάτι τέτοιο θα έθετε σε σοβαρό κίνδυνο τη ζωή του πιλότου. Τα μη επανδρωμένα αεροπλάνα, λοιπόν, είναι η λύση. Επιπλέον, χωρίς πιλότο μπορούν να κινηθούν πιο γρήγορα», λέει ο Γιώργος Παππάς.
Οπως τονίζει ο κ. Κώστας Κυριακόπουλος, «πολλοί υποστηρίζουν ότι η ρομποτική είναι στη φάση που ήταν ο προσωπικός υπολογιστής το 1979» και άρα αναμένεται να αναπτυχθεί ραγδαία τα επόμενα χρόνια. «Ζούμε σε ένα κόσμο με τριβές, όπως και μάζες πάνω στις οποίες αρχίζουμε να εφαρμόζουμε πληροφορική», συνεχίζει. «Ο ψηφιακός κόσμος έρχεται σε επαφή με τον φυσικό. Οι πληροφορίες πρέπει να γίνονται αποφάσεις και αυτός ίσως είναι ένας λόγος για τον οποίο αναπτύσσεται ραγδαία πλέον η ρομποτική», συμπληρώνει ο κ. Γιώργος Παππάς, ηλεκτρολόγος μηχανικός, καθηγητής του πανεπιστημίου της Πενσιλβάνια. Μέσα στην επόμενη δεκαετία σύμφωνα με τους επιστήμονες αναμένεται να αναπτυχθεί μια νέα εμπορική βιομηχανία «έξυπνων» συστημάτων που θα χρησιμοποιηθούν ευρέως στην αυτοκίνηση, την ασφάλεια, τις οικιακές συσκευές και τις εμπορικές πτήσεις.
Επικοινωνούν και συνεργάζονται…
Αυτές τις μέρες διεξάγεται στην πόλη Σουτζού της Κίνας το ετήσιο πρωτάθλημα ποδοσφαίρου μεταξύ ρομπότ, το Robocup 2008. Το θέαμα δεν προσφέρει σε καμία περίπτωση την απόλαυση ενός καλού αγώνα ποδοσφαίρου μεταξύ ανθρώπων, εκτός αν οι θεατές του είναι καθηγητές και φοιτητές του συγκεκριμένου πεδίου.
Η ιδέα των ομάδων ρομπότ που μπορούν ανεξάρτητα να αναλάβουν την εκπλήρωση διαφόρων στόχων, είναι ένα από τα πιο προκλητικά αντικείμενα για τους επιστήμονες σήμερα. Τα ρομπότ δεν χρειάζεται μόνο να μάθουν να αντιδρούν στα ερεθίσματα του περιβάλλοντος, αλλά και να επικοινωνούν μεταξύ τους και να αποφασίζουν αυτόματα πώς θα συνεργαστούν. «Για να το πετύχουμε χρησιμοποιούμε γενετικούς αλγόριθμους που μιμούνται τις αντιδράσεις φυσικών οργανισμών στην κίνηση και την επικοινωνία», εξηγεί ο κ. Γιώργος Παππάς, ηλεκτρολόγος μηχανικός του Πανεπιστημίου της Πενσιλβάνια.
Ο Vijay Kumar, πρόεδρος του τμήματος εφαρμοσμένης Μηχανικής του Πανεπιστημίου της Πενσιλβάνια υλοποιεί ένα 10ετές πρόγραμμα του αμερικανικού υπουργείου Αμύνης ύψους 22 εκατομμυρίων δολαρίων. Στόχος του η κατασκευή ενός μικρού στρατού ελαφριών ρομπότ για την ανίχνευση κινδύνων κατά τις επιχειρήσεις των Αμερικανών στρατιωτών. «Τα ρομπότ μας συνεννοούνται και συντονίζονται μόνα τους, παρόλο που έχουν περιορισμένη αντίληψη του χώρου. Στο πρόγραμμα επικοινωνίας αντιγράφουμε την κοινωνία των μυρμηγκιών, η οποία στηρίζεται στην ανωνυμία. Τα μυρμήγκια χαρακτηρίζονται από αλτρουισμό. Υπηρετούν τον κοινό στόχο χωρίς να γνωρίζουν τη γενική εικόνα. Γνωρίζουν μόνο τοπική πληροφορία. Ενας μικρός στρατός από τέτοια ρομπότ θα προπορεύεται ανιχνεύοντας κινδύνους, τους οποίους θα αναφέρει στήνοντας ένα ad hoc επικοινωνιακό δίκτυο». Οι ομάδες των μικρών ρομπότ εκτός από το στρατό αναμένεται να είναι χρήσιμες σε μια σειρά από εφαρμογές, όπως για παράδειγμα η ανίχνευση πυρκαγιών σε ένα δάσος.
Αυτόνομη κίνηση στην ξηρά και στον αέρα
Το περασμένο φθινόπωρο, η υπηρεσία έρευνας και ανάπτυξης του αμερικανικού Πενταγώνου οργάνωσε το πρώτο ράλι για οχήματα χωρίς… οδηγούς. Το SUV του Πανεπιστημίου Carnegie Mellon με το όνομα BOSS, κατόρθωσε να τερματίσει πρώτο, οδηγώντας μόνο του σε πραγματικές συνθήκες, αντιμετωπίζοντας δηλαδή, φανάρια, εμπόδια στον δρόμο, σήματα του κώδικα οδικής κυκλοφορίας κ.ο.κ. Οι τεχνολογίες αυτές έχουν ήδη αρχίσει να μπαίνουν στα νέα μοντέλα που κυκλοφορούν στο εμπόριο, ενώ η αυτοκινητοβιομηχανία οραματίζεται σταδιακά να… καταργήσει τους οδηγούς μέσα στα επόμενα 20 έως 50 χρόνια! Στο συμπόσιο, μάλιστα, παρουσιάστηκε εφαρμογή αυτόνομου παρκαρίσματος, όπου ένα όχημα μόνο του βρίσκει θέση και παρκάρει στο πάρκινγκ ενός σούπερ μάρκετ.
Ο Roland Siegwart, ερευνητής στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Ζυρίχης, αναπτύσσει ρομποτικά συστήματα αυτόνομης κίνησης τόσο για την ξηρά, όσο και για τον αέρα. «Κατασκευάσαμε μια σειρά από αυτόνομα ελικόπτερα, βάρους 20 γραμμαρίων και μεγέθους 10 εκατοστών. Σαν μικρά πουλιά. Αυτά θα χρησιμοποιηθούν στον έλεγχο κτιρίων ύστερα από σεισμό, όπου είναι επικίνδυνο να μπουν άνθρωποι. Προσπαθούμε να φτιάξουμε ρομπότ, που θα ανταποκρίνονται εξίσου καλά σε διαφορετικά περιβάλλοντα και θα μπορούν να επιτελέσουν διαφορετικούς στόχους».
Το 2025 υπολογίζεται ότι 20.000 ιπτάμενα μη επανδρωμένα αντικείμενα θα βρίσκονται στον ουρανό των ΗΠΑ και οι επιστήμονες προσπαθούν να αναπτύξουν τρόπους ελέγχου τους. Ηδη, στις μέρες μας, συζητούνται οι προϋποθέσεις για την έγκριση πτήσεων μη επανδρωμένων σκαφών σε εμπορικούς αεροδιάδρομους, αφού η αμερικανική FEDEX (Ταχυδρομεία) σκοπεύει να θέσει μερικά στην υπηρεσία της. «Ακόμα κατασκευάσαμε μη επανδρωμένα σκάφη ηλιακής ενέργειας που βρίσκονται μόνιμα στον ουρανό. Την ημέρα φορτίζουν τις μπαταρίες τους από τον ήλιο και τη νύχτα εξακολουθούν να πετάνε. Είναι ιδιαίτερα χρήσιμα στην πολιτική προστασία για τον έλεγχο πυρκαγιών, τη μέτρηση των επιπέδων μόλυνσης, αλλά και επιστημονικά, για την έρευνα της ιονόσφαιρας ή ακόμα της στρατόσφαιρας, περιοχές που έως σήμερα παραμένουν ανεξερεύνητες.»
Από τα κύτταρα στα τεχνητά μέλη
Πέρυσι, μια ισραηλινή εταιρεία κυκλοφόρησε το πρώτο μικρορομπότ για ιατρικούς σκοπούς. Πρόκειται για μια συσκευή μεγέθους 2 εκατοστών και 11 χιλιοστών, η οποία φιλοδοξεί να αντικαταστήσει τη συσκευή που κάνει τη γαστροσκόπηση. Ο ασθενής καταπίνει την κάψουλα, η οποία μέχρι να αποβληθεί από το σώμα με τα κόπρανα συλλέγει περίπου 60.000 φωτογραφίες από τον οισοφάγο και το στομάχι. Ο γιατρός κατεβάζει αυτές τις εικόνες σε έναν υπολογιστή και στη συνέχεια προχωρά στη διάγνωση.
«Η σχέση Ρομποτικής και Ιατρικής ή Βιολογίας είναι διττή», εξηγεί ο Κώστας Κυριακόπουλος. «Από τη μια πλευρά προσπαθούμε να εφαρμόσουμε ρομποτικά μέλη σε ασθενείς, από την άλλη να μεταφέρουμε μεθόδους της στο επίπεδο των κυττάρων». Ο Brad Nelson, καθηγητής Ρομποτικής στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Ζυρίχης, ανέπτυξε σε συνεργασία με Ελληνες επιστήμονες ένα ρομπότ μεγέθους μόλις 1/3 του χιλιοστού, το οποίο χρησιμοποιείται για τη μεταφορά φαρμάκου σε οφθαλμολογικές επεμβάσεις. «Το μεταφέρουμε ώς το οπτικό νεύρο με μαγνήτες από μικροσκοπικές οπές, από τις οποίες το αφαιρούμε κιόλας», εξηγεί ο ίδιος. «Στο μέλλον σκοπεύουμε να αναπτύξουμε σε νανοκλίμακα συσκευές που θα «στοχεύουν» τον καρκίνο του μαστού. Το μεγάλο πρόβλημα της νανορομποτικής είναι η κίνηση των μηχανών μέσα στο σώμα μας. Προσπαθούμε να μιμηθούμε τα βακτήρια τα οποία διαθέτουν ουρά, που τους επιτρέπουν να κολυμπάνε», εξηγεί.
Μια άλλη τάση του κλάδου, η «Νευρορομποτική», προσπαθεί να συνδέσει αποτελεσματικά το ανθρώπινο νευρικό σύστημα με προσθετικά ρομποτικά μέλη, όπως χέρια και πόδια. Η ομάδα του κ. Κώστα Κυριακόπουλου, στο Πολυτεχνείο, κατασκευάζει τεχνητά μέλη για παραπληγικούς ασθενείς. «Παίρνουμε τα σήματα κατευθείαν από τον εγκέφαλο, τοποθετώντας βιοτσιπάκια στον φλοιό του. Αυτά κουνούν τεχνητά μέλη, όπως π.χ. χέρια».