Komunikácia

Komunikácia hrá v našom živote dôležitú úlohu. Ľudia začali so znakmi a symbolmi a vyvinuli sa do štádia, keď spolu začali komunikovať pomocou rôznych jazykov. Potom nastala zmena paradigmy a s príchodom výpočtových a komunikačných technológií začali stroje komunikovať s ľuďmi a naopak. Tento posun vytvoril svet internetu alebo ako ho poznáme – internet vecí (IoT). To napríklad umožňuje ľuďom priamo alebo nepriamo komunikovať so strojmi ich trénovaním. Predtým musel mať človek prístup k obrazovke a ku klávesnici, aby mohol komunikovať so strojmi. Rozsiahly výskum a vývoj v tejto oblasti však do značnej miery eliminoval používanie obrazoviek a klávesníc ako prostriedku komunikácie medzi ľuďmi a strojmi. Tento skok v komunikácii je umožnený technológiami ako rozpoznávanie reči, ktoré je založené na spracovaní prirodzeného jazyka. To umožňuje ľuďom komunikovať so strojmi pomocou ich prirodzeného jazyka, ktorým hovoria. Rôzne organizácie využívajú silu reči vo svojich priestoroch na rôznych úrovniach v širokej škále úloh. Napríklad softvér na prevod reči na text možno použiť na konverziu zvukových súborov na textové súbory. Mnoho krajín nemá zabudované svoje jazykové klávesnice a väčšina ľudí nemá predstavu o používaní konkrétnej jazykovej klávesnice, hoci sú na tom verbálne dobre. V týchto prípadoch im prepis reči pomáha previesť reč na text v akomkoľvek jazyku počutím hlasu hovoriaceho.

Ďalšia interakcia medzi človekom a strojom v Industry 5.0 môže byť gesto. Gestá sú expresívne, zmysluplné pohyby tela zahŕňajúce fyzické pohyby prstov, rúk, paží, hlavy, tváre alebo tela so zámerom sprostredkovať informácie alebo interakciu s prostredím. Ľudské gesto je spôsob neverbálneho interakčného média a umožňuje interakciu s počítačmi a strojmi. Rozpoznávanie ľudských gest prevzalo dôležitú úlohu v priemyselných aplikáciách. Tento druh interakcie umožňuje používateľovi ovládať na diaľku širokú škálu zariadení prostredníctvom držania tela, rúk alebo hlavy. Pri detegovaní gest sa najčastejšie využívajú technológie počítačového videnia a spracovania obrazov.

Rozšírená realita (AR – Augmented Reality) a virtuálna realita (VR – Virtual Reality) nie sú nové technológie. Ich skutočnému prijatiu však bránilo niekoľko obmedzení. Nedávny technologický pokrok pridaný k šíreniu cenovo dostupného hardvéru a softvéru spôsobil, že AR a VR sú žiadanejšie v mnohých oblastiach. VR je technológia, ktorá umožňuje ponoriť sa do umelého sveta. Tento svet môže byť úplne imaginárny alebo len reprodukciou skutočného sveta. Zážitok môže byť vizuálny, sluchový a niekedy aj hmatový. Toto ponorenie sa vykonáva pomocou náhlavnej súpravy pre virtuálnu realitu, ktorá umiestni stereoskopický 3D zobrazovací systém pred oči (okuliare). Väčšina modelov je vybavená senzormi na detekciu pohybu hlavy, aby sa používateľ mohol intuitívne rozhliadnuť. Obrázky sa potom prepočítavajú v reálnom čase, aby sa synchronizovali so smerom hlavy alebo pohľadu. Na rozdiel od VR označuje AR virtuálne rozhranie v 2D alebo 3D, ktoré zdokonaľuje to, čo vidíme, prekrytím dodatočných informácií (digitálneho obsahu) do skutočného sveta. Ponorenie sa do rozšíreného sveta nie je úplné, pretože vždy môžeme v istej forme a detailoch vidieť skutočný svet okolo nás. AR funguje prostredníctvom zariadenia, ktoré sníma reálny svet a vkladá virtuálne objekty, animácie, texty, dáta alebo zvuky, ktoré si používateľ prezerá z obrazovky počítača, smartfónu, tabletu, okuliarov, náhlavnej súpravy alebo akéhokoľvek iného systému zobrazenia na obrazovke, do jeho zorného uhla pohľadu. Reálny svet a virtuálne informácie sú synchronizované vďaka geolokalizácii a zabudovaným senzorom (akcelerometer, gyroskop), ktoré lokalizujú používateľa vo vzťahu k jeho prostrediu a prispôsobujú displej jeho pohybom. Nemalou mierou pomáhajú pri VR a AR aj algoritmy počítačového videnia.

Dnes možno často využívať viacero technológií súčasne. Príkladom môže byť zariadenie Microsoft Hololens 2. Na obr. 4 je zobrazená rozšírená realita, ktorú operátor vidí pomocou zobrazovacieho zariadenia. Túto rozšírenú realitu možno ovládať a nastavovať pomocou gest [3].

Kognitívne zručnosti

Továrne budúcnosti sa stávajú čoraz dynamickejším pracovným prostredím v dôsledku nárastu potreby flexibility a adaptability výrobných systémov, a teda vyžadujú zlepšenie kognitívnych zručností, ktoré umožňujú operátorom vykonávať tie mentálne úlohy, ktoré napríklad poskytujú technológie AR alebo inteligentné rozhrania medzi človekom a strojom (HMI) na podporu novej/zvýšenej kognitívnej pracovnej záťaže (napr. diagnostika, uvedomenie si situácie, rozhodovanie, plánovanie). Dá sa očakávať, že tieto vyššie kognitívne zručnosti zvýšia spoľahlivosť človeka pri práci, berúc do úvahy pohodu operátora aj výkon výrobného systému [4].

Kolaborácia

Pri Industry 5.0 sa snažíme zorganizovať a upraviť prostredie tak, aby roboty pomáhali operátorom. Tieto roboty, známe aj ako kolaboratívne, môžu pomôcť operátorom vyberať položky alebo prepravovať tovar cez sklad. To znamená, že stroje nenahrádzajú ľudí, ale dopĺňajú ich schopnosti a odbremenia ich od namáhavých úloh alebo úloh, ktoré sa často opakujú. Predstavme si svet, kde ľudia a roboty harmonicky spolupracujú, pričom operátori prikazujú robotom, aby podali nástroj alebo zdvihli škatuľu gestom ruky. Synergia ľudskej inteligencie a sily robotov nám uľahčí život, sklady budú bezpečnejšie a podniky produktívnejšie. Okrem toho sú kolaboratívne roboty navrhnuté s cieľom zefektívnenia a uľahčenia práce operátorom. Zadaním opakujúcich sa a náročných úloh kolaboratívnym robotom sa operátori môžu viac sústrediť na úlohy, ktoré vytvárajú hodnotu. Využitie kolaboratívnych robotov v pracovnom prostredí zvyšuje produktivitu a presnosť a zlepšuje bezpečnosť, pričom roboty možno ľahko programovať.

Jedným z takýchto kolaboratívnych robotov je robot Baxter [5]. Ide o robot, ktorý sa využíva v kolaborácii s operátormi pri premiestňovaní predmetov. Baxter je všestranný výrobný robot. Jeho kamery a ovládače snímajúce silu mu umožňujú prispôsobiť sa zmenám v prostredí a používateľ mu môže naprogramovať novú úlohu jednoduchým pohybom rúk. Robot Baxter má dve ramená a rotačnú hlavu na svojom trupe. Na ramene sa nachádza sedem rotačných kĺbov. Hoci samotný robot nevie rozprávať, obsahuje LCD displej, ktorý znázorňuje oči. Tento displej slúži na naznačenie jeho nového príkazu. Prikývnutím alebo otočením sa naznačuje, ktorým smerom sa budú ramená pohybovať. To umožní operátorovi predvídať pohyby, ktoré robot plánuje spraviť.

S tým úzko súvisia aj exoskeletony. Nedávny pokrok v akčných členoch, senzoroch, materiáloch a počítačových procesoroch umožnil vytvorenie exoskeletonov. Zatiaľ čo najbežnejším cieľom exoskeletonu je poskytnúť nadľudskú silu alebo vytrvalosť, vedci a inžinieri na celom svete stavajú exoskeletony so širokou škálou použitia. Exoskeletony môžu pomôcť pacientom s neurologickým postihnutím zlepšiť ich motorický výkon tým, že im poskytnú špecifickú prax. Exoskeletony môžu pomôcť fyziológom lepšie pochopiť, ako funguje ľudské telo.

Prvé plány exoskeletonov pre bežných ľudí boli pôvodne zamerané na pomoc japonskej rýchlo rastúcej starnúcej populácii. Exoskeleton umožňoval svojmu nositeľovi dvíhať závažia až do 60 kg [7]. Táto technológia sa neskôr začala využívať aj v priemysle a iných odvetviach. Ak sa na to pozrieme z pohľadu Industry 5.0, aj takéto exoskeletony môžu pomôcť operátorom s náročnými úlohami, ako sú zdvíhanie a prenášanie ťažkých predmetov. Zároveň sa v dnešnej dobe používajú aj na správne držanie tela pri práci, aby sa predišlo úrazom a zdravotným problémov svalov a kĺbov z nesprávneho pohybu.

Záver

V tejto časti série sme predstavili prvé z hlavných podporných technológií konceptu Industry 5.0, technológie, ktoré umožňujú zameranie sa na potreby ľudí a vzájomnú interakciu ľudí a strojov. V nasledujúcej časti série opíšeme ďalšie technológie podporujúce Industry 5.0, tak ako sú opísané v podpornom dokumente od EÚ [1], konkrétne pôjde o bio-inšpirované technológie a smart materiály.

Poďakovanie

Táto publikácia vznikla s podporou grantu APVV ENISaC – Edge-eNabled Intelligent Sensing and Computing (APVV-20-0247).

Referencie

[1] Zolotová, Iveta – Kajáti, Erik – Pomšár, Ladislav: Industry 5.0 – koncept, technológie, ciele (1). In: ATP Journal, 2021, roč. 28, č. 11, s. 42 – 43.

[2] European Commission, Industry 5.0 – Towards a sustainable, human-centric and resilient European industry, Directorate-General for Research and Innovation. 1/2021. DOI 10.2777/308407.

[3] Microsoft documentation. HoloLens 2 samples. [online].

[4] Romero, David – Bernus, Peter – Noran, Ovidiu et al.: The Operator 4.0: Human Cyber-Physical Systems&Adaptive Automation Towards Human-Automation Symbiosis Work Systems. [online]. IFIP Inter-national Conference on Advances in Production Management Systems. 

[5] Fitter, Naomi et al.: How High Fives Help Us Get in Touch With Robots. Social touch is a cornerstone of human interaction, and robots are learning how to do it too. [online].

[6] Génération Robots. Baxter Research Robot. [online].

[7] Dhar, Paydal et al.: Exosuit That Helps With the Heavy Lifting. A body-powered design that hinders incorrect posture to prevent injury. [online].

Ing. Alexander Brecko
Ing. Erik Kajáti, PhD.
prof. Ing. Iveta Zolotová, CSc.
Technická univerzita v Košiciach FEI
Katedra kybernetiky a umelej inteligencie
Centrum inteligentných kybernetických systémov
http://ics.fei.tuke.sk