tiistai 27. syyskuuta 2011

Robotteja Tokiosta ja maailmalta

Tarinani alkaa visiitistä robottikauppoihin Tokioon viime syksynä. Olin silloin juuri tehnyt alustavan päätöksen liitttyä NAO kehittäjäohjelmaan ja hankkia NAO-robotin. Idea oli vielä varmistua mikä on kuuminta hottia missäs muualla kuin Japanissa - robotiikan ihmemaassa. Kun tarjoutui mahdollisuus lähteä käymään Tokiossa niin luonnollinen kohde oli Akihabara ja siellä robottikaupat jotta näkisi mikä tarjoama siellä oli. Tässä muutama kuva, joista keskimmäinen oikeastaan antaa kuvan yleisimmistä humanoidi robottimalleista. Hinnat ovat muutamasta sadasta eurosta tuhansiin euroihin ja ovat siis siten jo kuluttujan ulottuvilla. Valitettavasti nämä eivät kuitenkaan läheskään niin kehittyneitä kuin esim. NAO ja muut vielä toistaiseksi tutkimuskäyttöön tarkoitetut henkilökohtaiset robottialustat.





Suuri kotimarkkina on roboteissa ehkä ollut myös Japanin kompastuskivi maailmanmarkkinoita silmälläpitäen. Robotit on rakennettu puhtaasti sisämarkkinaa varten. Robotti ja servorakennelmia on ollut jo toistakymmentä vuotta, jopa silloin kun itse asuin 2000-luvun vaihteessa siellä. Haasteeksi vain näiden japanilaisten alustojen käytöstä on tehnyt se että PC työkalut niiden ohjemointiin, simultointiin jne. on löytynyt vain ja ainoastaan japaninkielisinä. High-end robottien puolella on toki Japani ollut edelläkävijä Honda Asimo, jne. roboteilla. Kuluttajapuolella tuttuja nimiä on toki mm. Sony Aibo koira joka sittemmin kuopattiin.

Maailmalla on ja syntyy koko ajan uusia henkilökohtaisen robotiikan robotteja/alustoja ja tässä kerättynä joitakin. Alla olevat neljä ensimmäistä esimerkkeinä kalliimmasta ja kehittyneestä päästä. Täydentelen sitä mukaa kun uusia tulee. Saa myös vinkata ;-)

Aldebaran robotics - NAO 
Tästä  ja sen ominaisuuksistakirjoitin aiemmassa blogikirjoituksessa
n. $4200 (pelkkä torso) - n. $16000

Hanson Robotics' - RoboKind
Täysin uusi markkinoille tullut humanoidi robotti. Perustuu avoimeen lähdekoodiin ja hinnat välillä $8.500 - $14.750. Erikoisuutena pehmeästä materiaalista tehdyt kasvot ja liikkuvat silmät jotka tekevät siitä hyvin "elävän" näköisen.  http://hansonrobokind.com/the-robot/

Robotis - Darwin-OP
Täysin avoin alusta (rauta ja ohjelmisto). Hinta n. $12000. Tarkempaa speksiä ja muuta löytyy täältä  http://www.robotis.com/xe/darwin_en

Kumotek 
VisiON 4G Advanced Humanoid Robot n. $44000
http://www.kumotek.com/products/humanoid.htm



Edullisempia hinnaltaan enemmän kuluttajille suunnattuja ja saa jo verkkokaupasta ja hyllyltä ainakin Japanissa.


Kondo - KHR-sarja
Edullisempia japanilaisia KHR-3HV, KHR-2HV(n. $1400) jne.   http://www.kondo-robot.com/EN/

Robotis Bioloid
Oikeastaan rakennussarja monenlaiseen n. $900  http://en.wikipedia.org/wiki/Robotis_Bioloid

RoboBrothers RoboPhilo
n. $500 http://www.robophilo.com/live/en/index.php


Kumotek KT-X-sarja
Alkaen n. $1300 http://www.kumotek.com/products/humanoid.htm


Vstone Robovie

Robovie-M version 3 n. $3000 http://www.vstone.co.jp/english/


Kyosho Manoi
Kyosho-Manoi AT01 n.€1500 http://www.kyosho.com/jpn/products/robot/at01/at01.html


tiistai 20. syyskuuta 2011

Onko henkilökohtainen robotti muutakin kuin kävelevä tietokone?

Yksinkertaisimillaan voisi ajatella että "kävelevä tietokone" on vähintäänkin minimitaso mitä henkilökohtainen robotti tulevaisuudessa tarjoaa. Eli se voi täysin itsenäisesti liikkua huoneesta toiseen ja tuoda ihmisille uudenlaisen "käyttöliittymän"erilaisiin työn ja kodin palveluihin. Tätä tukee puheentunnistus/tekstistä-puheeksi toiminteet, konenäkö, interaktio fyysisesti ympäristön kanssa, automaattinen navigointi/ympäristön kartoitus, infrapuna/ultraäänitutkat jne.

Vaikka esimerkiksi NAO robotti on pienikokoinen niin se on pakattu täyteen kehittynyttä tekniikka ja ei siis ole pelkkä kävelevä tietokone. Mikä parasta tämä mahdollistaa sen että se voi ilmaista itseään aivan toisella tavalla kuin tietokone. Käyttäytyminen, ilmaisu ja interaktio ovatkin hyvin lähellä sitä miten ihmiset toimivat joka tuo täysin uuden ulottuvuuden. Paljon prosessointi tehosta meneekin liikkeen, puheen jne. ohjaamiseen. On kuitenkin ilmeistä että tehoa tulee jatkuvasti lisää ja tämän lisäksi henkilökohtaiset robotit pystyvät toimimaan hajautetusti niin että se voi ladata erilaisia käyttäytymisiä verkkoon ja jakaa suoraan verkkoon esim. toisille roboteille tai tietokoneille. Lisäksi paljon erilaisia monimutkaisempia tehtäviä kannattaakin hajauttaa verkkoon prosessoitavaksi. Aivan vastaavalla tavalla kuin tietokoneiden sovellukset ovat siirtyneet verkkoon ja verkottuneet. Tämä on siis täysin luonnollinen kehitys myös henkilökohtaisen robotiikan saralla.

Keräsin tähän alle hieman tietoa mitä kaikkea tekniikka NAO robottiin on pakattu:
  • Korkeus: 57cm
  • Paino: 4,3kg
  • Autonomisuus: 90 minuuttia jatkuvaa toimintaa (tähän on tulossa latausasema johon NAO hakeutuu automaattisesti kun akut vähenee loppuaan)
  • Vapausasteita (DOF = degrees of freedom): 25
  • CPU: x86 AMD Geode 500 MHz päässä, toinen vartalossa
  • Käyttöjärjestelmä: Linux
  • Yhteensopivat käyttöjärjestelmät: Windows, Mac OS, Linux
  • Ohjelmointikielet: esim. Urbi, C++ , Python
  • Näkö: Kaksi CMOS 640×480 kameraa
  • Kuulo: Neljä mikrofonia
  • Ultraääni(tutka) etäisyystunnistukseen
  • Kaksi infrapunalähetintä sekä vastaanotinta
  • 9 kosketustunnistinta - päässä, käsissä ja jaloissa
  • 8 painetunnistinta
  • Monta tapaa ilmaista itseään: äänisyntetisaattori, LED valot ja kaksi laadukasta kaiutinta
  • Verkkoyhteydet: Ethernet, Wi-Fi
Alla videossa NAO heräilee päivän rankkoihin koitoksiin kuten esim. aiemman blogaukseni artikkelissa jonka videossa se olisi halunnut olla imurirobotti.


Mikäli kiinnostaa vilkaista minkätyyppisiin käytännön henkilökohtaisten robottien hyötysovelluksiin tutkimusta tehdään ympäri maailmaa niin täältä löytyy tuore artikkeli aiheeseen: http://www.willowgarage.com/blog/2011/09/19/back-school-pr2




sunnuntai 11. syyskuuta 2011

Henkilökohtaiset robotit. Tulevaisuus ja mahdollisuudet


En ole aivan selvillä kuinka paljon opetusta, tutkimusta, käytännön sovelluksia ja toimivia yrityksiä henkilökohtaisen robotiikan alueella Suomessa on. Tämä oli yksi syy miksi päätin perustaa blogin aiheen ympärille. Vaikuttaisi kuitenkin vähäisellä tutustumisella että niin yhdistys, opetus kuin yritystoiminta on melkolailla puhtaasti teollisuusrobotiikan alueella. Tämä on sinänsä mielenkiintoista sillä maailmalla henkilökohtaisten robottien tutkimus ja kehitys on ollut pitkään jo nopeimmin kehittyviä uusia alueita. Ja nyt todella nähdään jo paljon käytännön sovelluksia. Koska tutkimuspaperit ja muut lähteet mistä vielä tähän asti on aiheeseen voinut tutustua, ovat hyvinkin teknisiä ja aiheeseen vihkiytymättömälle huonosti aukeavia - yritänkin tuoda asioita blogissa kansantajuisemmin esille.

Henkilökohtaisen robotin määritelmä

Mikä sitten henkilökohtainen robotti on? Teollisuusrobotteihin verrattuna oleellista on kuinka robotti palvelee yksittäisen ihmisen tarpeita ja robotin käyttöön ei tarvita robotiikan asiantuntijaa kuten esim. teollisuudessa. Eli tavallaan robotin "käyttöliittymä" on kehitetty nimenomaan tavallisen ihmisen kanssa toimintaan tavallisissa ympäristöissä. Tähän liittyy oleellisesti myös mekaniikka, fysiikka ja robotin ulkonäkö jotka auttavat niitä soveltumaan ja toimimaan paremmin ihmisten. Sovellusalueita henkilökohtaisessa robotiikassa löytyy sekä työelämässä että arkisissa askareissa. Vain mielikuvitus on rajana.

Sovelluskohteita

Konkreettisena esimerkkinä erityisesti perheen arkea merkittävästi helpottavasta sovelluksesta on pyykin tai astioiden pesu. Vielä jokin aika sitten tällainen oli lähinnä scifiä, mutta täältä löytyvä ja yli miljoona kertaa ladattu video osoittaa että hyvin perustavaa laatua oleviin arjen ja työn sovelluksiin on olemassa jättimäinen tarve ja kiinnostus: http://www.willowgarage.com/blog/2011/06/06/solving-laundry-uc-berkeley

Tällä hetkellä robotit ovat hinnaltaan vielä niin korkeita että aivan heti niitä ei nähdä ihmisten kodeissa ja työpaikoilla henkilökohtaisina avustajina. Esim. ylläolevassa videossa ollut robotti maksaa satoja tuhansia dollareita. Viimeaikoina yksikköhinnat ovat kuitenkin alkaneet pudota merkittävästi ja kun saavutetaan riittävä massatuotannon aste tulevat yksikköhinnat putoamaan nopeasti ja radikaalisti. Nimenomaan ihmisten normaalia elämää ja arkea tukeville sovelluksille on suuri tilaus.

Sovelluskohteita on hyvin paljon ja tässä muutamia:
- ikääntyvien ihmisten auttaminen kotioloissa
- lasten opettamisessa, leikeissä ja esimerkiksi autismin hoidossa on saatu hyviä tuloksia nimenomaan robotiikan avulla
- koska robotiikka on hyvin laaja-alainen, se on erinomainen opetuksen täydentäjä jo ihan peruskoulutuksesta lähtien ja soveltuu lisäksi mihin vain teknisen alan opetukseen
- henkilökohtaiset assistentit toimistoympäristössä
- etäläsnäolo työssä. Ajatus kuulostaa ehkä scifiltä mutta tätä testataan jo toimisto-olosuhteissa.
- jne.

Henkilökohtaisen robotiikan tuleminen

Henkilökohtaisten tietokoneiden aikakausi alkoi 80-luvun alussa, jota seurasi internet ja mobiiliteknologian aikakausi. Robotiikka saattaakiin olla seuraava merkittävä teknologinen vallankumous ja teollisuudenhaara. Tämän kehityksen kiihtymistä saattaa kuitenkin olla rajoittamassa esim. korkeat hinnat, lakitekniset haasteet ja robotiikan avoimuus (open robotics). Näihin liittyen löytyikin hyvä englanninkielinen tuore haastattelu (Ryan Calo / Standford yliopisto):

http://surprisinglyfree.com/2011/08/16/ryan-calo/

Lisäksi Ryan Calon julkaisemassa artikkelissa kuvataan tarkemmin avoimen robotiikan merkitystä koko teollisuudelle ja arvioidaan kehityssuuntia http://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=1706293

Yhteenvetona haastattelusta poimittuja henkilökohtaiseen robotiikkaan liittyviä tulevaisuudenkuvia/haasteita:
  • avoimet alustat mahdollistaisivat nopeamman kehityksen ja liikkeelle lähdön
  • tällä hetkellä ollaan henkilökohtaisessa robotiikassa suurinpiirtein samassa vaiheessa kuin 70-luvun lopulla henkilökohtaisen tietokoneen kehityksessä
  • jo vuonna 2015 henkilökohtaisen robotiikan liiketoiminta olisi arviolta 6 miljardin dollarin suuruinen
  • vastuu- ja lakitekniset kysymykset saattavat olla yksi merkittävin haaste. Suljetuissa tuotteissa/järjestelmissä vastuukysymykset eivät ole epäselviä, mutta avoimissa modulaarisesti rakennetuissa robotiikan sovelluksissa tämä saattaa olla haaste. Robotiikassa kuitenkin verrattuna esim. PC teollisuuteen saattaa aiheuttaa fyysisiä vahinkoja ympäristölle ja ihmisille. Jopa ajatusta robottivakuutuksesta kuten autoilla jo on, on väläytelty.
  • teollisuuden toimijoiden pitäisi aloittaa nopeasti standardointi ja jaettuun sekä avoimeen infrastruktuuriin liittyvien asioiden yhteensovittaminen

Miksi robotiikkaa ja tekoälyn soveltamista olisi hyvä aloittaa opettamaan jo peruskoulussa?

Jotta Suomen kilpailukyky säilyisi tulevina vuosikymmeninä erityisesti teknologian saralla pitäisi opetukseen saada integroitua sisään matematiikan, tieteen ja teknologian sisältöä ja osaamista. Vaikka robotiikka saattaa alkuun kuulostaa eksoottiselta oppiaineelta, tarkemmin tarkasteltuna se tarjoaa luonnollisen pedagogisen lähestymistavan nimenomaan ongelmalähtöiseen oppimiseen, konkreettista käsin oppimista ja yhteistyön tekemistä ryhmissä. Se lisää oppilaiden kiinnostusta eri teknisiin osa-alueisiin kuten mekatroniikkaan, elektroniikkaan, sovellettuun matematiikkaan, ohjelmistotekniikkaan jne. Robotiikka aineena kehittäisi tietoa ja osaamista nimenomaan älykkäiden tulevaisuuden informaatioteknologioiden ymmärtämisessä. Nämä teknologiat tulevat olemaan interaktiivista, multimodaalista (monta käyttöliittymää kuten puhe, liike jne.), mukautuvia ja autonomisia. Teknologia ei ole enää mikään "nörttien" ja poikien hiekkalaatikko vaan pitäisi olla enemmänkin kansalaistaito. Jo nyt robotiikka ja tekoäly ovat löytäneet tiensä tutkimuslaitoksista osaksi ihmisten arkea esim. imurirobottien muodossa. Harva myöskään ajattelee enään että itseasiassa niinkin arkipäiväinen asia kuin jokainen Google haku käyttää monimutkaisia algoritmeja jotka toteutettu nimenomaan soveltaen tekoälyä ja monimutkaista tapaa indeksoida tietoa ja tulkita luonnollista kieltä.

Miksi henkilökohtainen robotiikka ei ole saanut suurempaa roolia suomalaisessa yhteiskunnassa, yritysmaailmassa ja tutkimuksessa?

Tätä olen kovasti miettinyt kun olen toistakymmentä vuotta seurannut aktiivisesti kehitystä mitä maailmalla tapahtuu. Mielestäni yksi kaikkein haastavin asia on että osaajista on pulaa ja pääasiassa yritykset, yliopistot ja osaajat ovat keskittyneet nimenomaan teollisuuden robotiikan ja tekoälyn sovelluksiin. Robotiikka on myös hyvin haastava ja monialainen alue opiskella joka vaatii huipputason opetusta. Aiheeseen perehtyvän pitää pystyä ymmärtämään ja hallitsemaan alueita: luonnollisen kielen prosessointia, kybernetiikkaa, kognitiiviset järjestelmät,  psykologiaa (kognitiivinen, käyttäytyminen jne.), automaatiotekniikka, mekaniikka, elektroniikka, ohjelmistotekniikkaa, tekoäly jne. Tämän lisäksi on puuttunut robotiikan sovellusten kehittämiseen niin tutkimus, opiskelu kuin harrastupuolelle sopivia alustoja robotiikkaan. Tai ne mitkä ovat olleet, ovat olleet pääasiassa lasten lelukäyttöön tarkoitettuja tai täysin suljettuja kuluttajatuotteitta kuten imurirobotit tai ruohonleikkurit. Myös korkeat hinnat robotiikan alustoissa ovat varmasti estäneet kehitystä. Uskon vahvasti että nyt alkaa syntymään enenevässä määrin valmiiksi paketoitua ja avoimia alustoja jonka ympärille uusi ekosysteemi kehittyy ja tässä kehityksessä vain taivas on rajana.

Tutkimusta ja toimintaa kotimaassa ja ulkomailla

Keräsin tähän aiheesta kiinnoistuneille robotiikan tutkimukseen ja muuhun aiheeseen liittyviä linkkejä, josta hyvä lähteä liikkeelle.

Ranskalainen NAO robotin kehittäjä
http://aldebaran-robotics.com/

NAO robottiin liittyvä blogipostaus joka herätti minut, jossa Tokion yliopisto ostaa ranskalaiselta yritykseltä robotteja. Maailmankirjat menivät tältä osin sekaisin.
http://www.robots-dreams.com/2010/10/university-of-tokyo-selects-aldebaran-nao-robot.html

Vähän yksityiskohtaisempi kuvaus miten NAO:a käytetään Tokion yliopistossa opetukseen:
http://www.best-of-robotics.org/icra2011workshop/templates/default/media/Takano_Nakamura_Robotics_education_with_NAO.pdf

NAO kehittäjäohjelma
http://developer.aldebaran-robotics.com/

Microsoft Robotics (alemman linkin takaa kattava kokoelma robotiikan alan yrityksiin maailmalla)
http://www.microsoft.com/robotics/
http://www.microsoft.com/robotics/#FindPartner

Stanford AI laboratory
http://ai.stanford.edu/

MIT Computer Science and Artificial Intellingence Laboratory
http://www.csail.mit.edu/

MIT Personal robotics group
http://robotic.media.mit.edu/

The rise of personal robots. Cynthia Breazeal - Director of MIT Personal robotics group TED talk video
http://www.youtube.com/watch?v=eAnHjuTQF3M

The Robotics Institute at Carnegie Mellon University - Personal Robotics Lab
http://personalrobotics.ri.cmu.edu/

Cornell University, personal robotics
http://pr.cs.cornell.edu/


Suomen tekoälyseura
http://www.stes.fi/index.php

Neokybernetiikka Aalto-yliopisto
http://neocybernetics.com/suomeksi/

Aalto yliopisto automaatio-ja systeemitekniikan laitos
http://autsys.tkk.fi/Opinnot



tiistai 6. syyskuuta 2011

Singulariteetti on lähellä, vai onko?

Jos kuulet ensimmäistä kertaa sanan singulariteetti niin älä huolestu. Jos olet kuullut termin astrofysiikan yhteydessä niin singulariteetti ei tässä blogissa tarkoita sitä. Singulariteetilla tarkoitankin teknologista singulariteettia, jossa tietyssä pisteessä teknologisin keinoin ylitetään ihmisäly jolloin syntyy ns. "superäly". Termistä laajemmin löydät tietoa esim. täältä http://en.wikipedia.org/wiki/Technological_singularity . Mikäli olet kiinnostunut aiheesta enemmän niin suosittelen lukemaan Ray Kurzweilin teoksen "The Singularity is Near" http://www.singularity.com/

Syy miksi valitsin blogin nimeksi juuri singulariteetti on se, että mielestäni singulariteetti kuvaa erittäin hyvin sitä minne teknologinen kehitys on meitä viemässä ja matka on todellakin kohti tuntematonta. Tämän blogin aiheena onkin kaikki tulevaisuuden teknologoihin liittyvä jossa robotiikka ja tekoäly ovat olennaisessa roolissa. Koska olen itse konkreettisten asioiden ihminen niin tarkoitus on myös pitää blogia seuraavissa kappaleissa kerrotun NAO robotin edesottamuksista kuvien, videoiden ja kokeilujeni pohjalta.

Koska robotiikan terminologia ei ole oikein suomenkieleen vielä vakiintunut, ei yleisesti tiedossa ja joidenkin termien kohdalta on vaikea löytää käännöksiä, niin otankin tavaksi laittaa sulkuihin englanninkielisen termin.

Kimmoke lähteä kirjoittamaan tätä blogia syntyi hankittuani keväällä NAO nimisen robotin ja päästyäni mukaan sen kansainväliseen kehittäjäohjelmaan. Olen jo toistakymmentä vuotta seurannut mitä robotiikan saralla tapahtuu maailmalla ja Suomessa tuntuu että on vain harvoja yrityksiä ja harrastajia jotka ovat robotiikkaan keskittyneet. Suomessa toimivat yritykset ovat pääasiassa keskittyneet erilaisiin teollisuusautomaatio sovelluksiin. Tämä on myös koulutussuunta jota itsekin opiskelin aikanaan.  Aivan uudenlaiset mahdollisuudet ovat kuitenkin tulossa henkilökohtaisen robotiikan (personal robotics) sovelluksissa, telemaattisessa läsnäolossa (telepresence) , telemaattisessa olemassaolossa (teleexistence) jne.. Tämän lisäksi tuntuu että harrastustoiminta aiheen ympärillä ainakin Suomessa on keskittynyt pääasiassa esim. taistelurobotteihin joissa järjestetään kilpailuja jne. Uskon kuitenkin että erityisesti henkilökohtaisen robotiikan alueella on ihan huikea määrä sovelluskohteita joita emme vielä osaa edes kuvitella.

Vaikka olen seurannut robotiikkaa läheltä jo Japanissa asuessani toistakymmentä vuotta sitten niin yllätykseksi ensimmäisen todella vakuuttavan ja kehittyneen NAO robotin toi saataville ranskalainen http://www.aldebaran-robotics.com/. He toimittivat Tokion yliopistoon viime vuoden lopulla toistakymmentä NAO robottia joka herätti mielenkiintoni. http://www.robots-dreams.com/2010/10/university-of-tokyo-selects-aldebaran-nao-robot.html Kun ranskalainen yritys toimittaa Tokyon yliopistoon opetuskäyttöön robotteja niin silloin on maailmankirjat sekaisin ja jotain aivan mullistavaa syntynyt. Ja kehitystä pitkään seuranneena voin sanoa että näin olikin. Tästä intoutuneena lähdinkin tutustumaan miten pystyisin NAO robotin hankkimaan. Kaikki aikaisemmat robotiikan kokeilut olivat perustuneet lähinnä ohjelmoitaviin logiikoihin jne. Onneksi yritys oli juuri aloittanut kehittäjäohjelman johon haettiin maksimissaan 200 kehittäjää ympäri maailmaa. Verkossa tehdyn ohjelmointi ja tekniikkakokeen jälkeen minut hyväksyttiin ohjelmaan mukaan.
http://www.aldebaran-robotics.com/en/Solutions/For-Development/developer-program.html
On erittäin hienoa ja upea mahdollisuus olla mukana kehittämässä aivan mullistavaa aivan uudessa teollisuudenhaarassa ja samalla oppia tekoälysovelluksista ja robotiikasta aivan uudella tavalla. Onkin ennustettu että robotiikka on pc ja mobiiliaikakauden jälkeen suurin yksittäinen koko maailmaa mullistava teknologinen murros. Imurirobotit ovat vasta alkusoittoa....onkin siis mielenkiintoista seurata olemmeko jo matkalla kohti teknologista singulariteettia ja odottaako se jo kulman takana.

Ensimmäinen projektini NAO:n parissa tullee olemaan suomenkielen tekstistä-puheeksi (text-to-speech) tuen käyttöönotto joka näyttäisikin olevan ihan oma projektinsa koska oletuksena kielet ovat englanti ja ranska. Alustavan selvittelyn pohjalta uuden kielen liittäminen onkin vähän isompi harjoitus.

NAO onkin hieman ehtinyt turhautumaan odotellessaan että oppii puhumaan suomea ja koittaa kovasti keksiä hyödyllistä tekemistä josta video alla ;-)