História dos robôs: de Heron a Spot para o futuro da IA

Uma versão híbrida humana – com partes orgânicas e inorgânicas do corpo – são ciborgues (abreviação de cyberneticorganism), que possuem recursos avançados por meio de suas tecnologias integradas ou componentes artificiais. Nesse sentido, portanto, humanos com marcapassos, desfibriladores, próteses complexas ou outros implantes eletrônicos já podem ser considerados ciborgues.

Primeira Guerra Mundial: a origem da robótica

A Primeira Guerra Mundial levantou a consciência de que a humanidade poderia trabalhar em direção à sua autodestruição por meio de novas invenções tecnológicas – tecnologia automatizada, como carros blindados, metralhadoras e armas de controle remoto eram exemplos de tais tecnologias usadas na guerra.

Ao mesmo tempo, considerando muitas baixas, a ideia de substituir soldados por robôs na próxima guerra iminente ganhou força para evitar a perda de vidas humanas.

O trabalho de Čapek também contribuiu significativamente para o debate sobre até que ponto as tecnologias poderiam liberar os trabalhadores e realizar o trabalho físico. Os escravos automatizados deveriam criar circunstâncias paradisíacas no outrora árduo trabalho cotidiano dos trabalhadores, gerar prosperidade e estabelecer a paz social, abolindo assim a luta da modernidade entre o capital de um lado e o trabalho duro do outro.

O robô é um ajudante amigável do homem

No final da década de 1920, o biólogo japonês Makoto Nishimura fez uma tentativa otimista de criar um ser humano artificial em harmonia com a natureza e a humanidade. Em contraste com a fantasia distópica do futuro de Čapek, o robô de Nishimura era um amigo inspirador para o homem, e não seu escravo.

Gakutensoku (japonês para “aprender com as leis da natureza”) podia adotar diferentes expressões faciais, mover a cabeça e as mãos e até escrever palavras graças a um mecanismo de pressão de ar. Ele foi apresentado pela primeira vez em Kyoto em setembro de 1928.

Outros modelos de robôs humanóides com habilidades retóricas foram criados ao mesmo tempo na Grã-Bretanha e, cerca de dez anos depois, o robô eletro foi apresentado nos EUA, que tinha um vocabulário de 700 palavras, podia fumar cigarros e carregava um cachorro-robô latindo chamado Sparko.

Através do autor de ficção científica russo-americano Isaac Asimov, a noção de robôs humanóides ganhou ainda mais popularidade. Central para isso foi o conto de 1942 de Asimov Corra em volta, no qual ele usou pela primeira vez o termo “robótica”. Nele, ele formulou três leis básicas de robôs que serviriam para proteger a humanidade das novas tecnologias. Eles eram:

1. Um robô não pode ferir um ser humano ou, por omissão, permitir que um ser humano sofra algum mal.
2. Um robô deve obedecer às ordens dadas por seres humanos, exceto quando tais ordens entrarem em conflito com a Primeira Lei.
3. Um robô deve proteger sua existência desde que tal proteção não entre em conflito com a Primeira ou Segunda Leis.

A visão de Asimov de uma sociedade robótica também era muito mais benevolente do que a noção de uma máquina não confiável, conforme descrito por Čapek em sua peça distópica. O escritor, que já era mundialmente famoso na época, considerava os robôs assistentes úteis para os humanos. Em alguns de seus trabalhos, ele até os descreveu como uma “espécie melhor e mais pura” em comparação com os humanos.

Progresso em robôs após a Segunda Guerra Mundial

Depois que os primeiros dispositivos semelhantes a robôs já haviam sido usados ​​na produção industrial nos EUA na década de 1930, Konrad Zuse deu o empurrão final para máquinas humanóides, que chamaríamos de robôs em termos atuais, com seu computador programável em 1939.

Os primeiros robôs digitais e programáveis ​​foram então construídos na década de 1950 por George C. Devol, um inventor de Kentucky, nos EUA, e usados ​​na fabricação de automóveis.

Aqui o Unimate robô industrial assumiu tarefas no processo de fundição sob pressão que representavam um risco de segurança para os seres humanos. A empresa Unimaçãofundada logo depois, lançou as bases para o sucesso dos robôs na indústria automotiva e, portanto, na robótica industrial.

Primeiros passos trêmulos

De cerca de 1966 a 1972, a empresa com sede no Vale do Silício Centro de Inteligência Artificial da a Instituto de Pesquisa de Stanford desenvolveu o primeiro robô móvel. Fiel ao seu nome, Shakey, o Robô era mais como uma torre lenta e trêmula sobre rodas que podia sentir seus arredores e se orientar graças a uma câmera e sensores.

O auge de suas habilidades era ligar interruptores de luz e maçanetas, contornar obstáculos e empurrar objetos. Mas, na verdade, foi esse modelo vacilante que anunciou o início da revolução dos robôs e, com suas descobertas de pesquisa, abriu caminho para novos desenvolvimentos inovadores.

O “robô pessoal” WABOT (WAsedaroBOT) foi desenvolvido em Universidade de Waseda em Tóquio na década de 1970 e foi equipado com sistemas de visão e fala, bem como movimentos corporais.

Tinha orelhas, olhos e boca artificiais e podia se comunicar em japonês e medir distâncias e direções usando receptores externos. Sensores táteis em suas mãos permitiram que ele agarrasse e movesse objetos. Estima-se que o WABOT-1 tenha a inteligência de um bebê de 18 meses, levando 45 segundos para dar um único passo.

Menos versátil, mas dotado de destreza e sentido musical, foi o modelo WABOT-2 desenvolvido nos anos 80. Especializado em tocar teclado, esse robô músico podia se comunicar com humanos, ler música e tocar melodias de dificuldade média em um órgão eletrônico.

Em meados da década de 1980, a Honda lançou um programa para robôs humanóides e, no final da década de 1990, desenvolveu a série de robôs P1 a P3 que podiam se mover suavemente, acenar e apertar as mãos.

Vídeo: Honda P3 saúda uma audiência humana em 1997.

O ápice desta pesquisa acontece em 2000 com o famoso bípede Asimo (UMA avançado S entrar EU inovador MO bilidade) em homenagem a Isaac Asimovcujos modelos mais novos agora podem até falar a língua de sinais em vários idiomas, subir escadas, pular em uma perna e dançar.

Robôs como brinquedos de entretenimento

Em 1999, a Sony lançou um novo brinquedo de alta tecnologia, o cão robô Aibo. Os pais que queriam oferecer a seus filhos esse entretenimento de latir e abanar o rabo tiveram que cavar fundo em seus bolsos para o cachorro, incluindo software adicional: o brinquedo de alta tecnologia custava orgulhosos 2.500 e seu comportamento também podia ser treinado de acordo com o ” esquema de recompensa e punição”.

Aibo foi seguido por outro robô projetado pela Sony como um amigo social para crianças. Com pouco menos de sessenta centímetros de altura, qrio (abreviação de “Quest for Curiosity”) foi o primeiro robô humanóide capaz de correr com as duas pernas no ar ao mesmo tempo. Qrio também podia pular, subir escadas, ler em voz alta, dançar, rir e jogar futebol. Ele memorizava a aparência, as vozes e as preferências de seus companheiros humanos e podia responder diretamente a eles, o que o tornava particularmente popular entre crianças de 18 a 24 meses.

Outro robô com caráter de entretenimento é RoboSapienlançado em 2004 pelo fabricante de robôs de brinquedo de Hong Kong WoWee e vendeu 1,5 milhão de unidades em poucos meses. O robô com controle remoto, que agora vem em versões com câmera, MP3 player, conexão com o PC e até múltiplas personalidades selecionáveis, pode responder a sons e toques e realizar até 67 ações pré-programáveis.

No ano seguinte, duas equipes formadas por RoboSapiens competiram entre si na primeira partida global de futebol da RoboCup entre robôs humanóides autônomos. O sucessor do RoboSapiens, o Roboraptor, tem quatro modos básicos ajustáveis ​​que lhe permitem reagir de forma diferente a estímulos externos por meio de seus sensores.

Para o uso doméstico lúdico de robôs, os kits correspondentes estão agora disponíveis a preços mais acessíveis. A maioria dos modelos se assemelha a anfíbios primitivos, cães, carros blindados ou outros veículos e pode ser controlado por controle remoto. Algumas de suas capacidades típicas incluem reconhecimento facial, navegação e transporte de objetos. Muitos dos aplicativos adultos mais avançados exigem habilidades de programação.

Quando os robôs de serviço se metem em problemas…

Por mais de uma década, industriosos trabalhadores de máquinas como Puxe o Robô povoaram hotéis e hospitais, onde transportam alimentos, roupas de cama, remédios ou resíduos. Eles podem se comunicar via WLAN com elevadores automáticos, alarmes de incêndio e portas e possuem habilidades linguísticas rudimentares.

Em muitos lugares, linhas diretas foram criadas para esses robôs de serviço, para os quais eles podem ligar independentemente se seu caminho nos corredores de um hotel ou hospital estiver bloqueado por um obstáculo intransponível e não houver ninguém por perto para ajudá-los.

A pandemia de corona, em particular, destacou a importância dos robôs na área médica: em uma pandemia, os robôs são colegas extremamente úteis porque, ao contrário dos humanos, eles não ficam doentes e podem realizar todas as tarefas que representam um perigo agudo para os humanos. pessoal do hospital. Isso inclui, por exemplo, tomar febre ou administrar medicamentos.

Apoiados por uma máquina inteligente, os cuidadores humanos terão então mais tempo para aquelas atividades que os robôs talvez nunca sejam capazes de substituir: desenvolver soluções conceituais e fornecer assistência empática aos pacientes. Mas a pandemia de corona também mostrou, por meio da paralisação generalizada da economia, que ainda estamos longe de conseguir manter o mundo funcionando com robôs.

Aliás, humano-robô interação abriu um ramo totalmente novo chamado interação homem-robô (HRI). As reivindicações de segurança no campo HRI são baseadas nas leis do robô uma vez formuladas por Isaac Asimov, embora os campos da ética do robô e da máquina agora vão muito além desses três princípios simples em sua complexidade. Por exemplo, ensinar cuidadores a trabalhar bem com assistentes artificiais provou ser um desafio.

Boston Dynamics: robôs se tornam virais

Em 2013, a empresa de robótica Dinâmica de Boston criou o seu Atlas robô para o Desafio de Robótica DARPAuma competição internacional de robótica realizada entre 2012 e 2015 para promover o desenvolvimento de tecnologias robóticas em operações de resgate.

O Atlas pode sentir seus arredores graças a várias centenas de sensores. Embora o maior desafio do robô fosse inicialmente girar válvulas e abrir portas, o robô humanoide desde então dominou até mesmo cambalhota .

A Boston Dynamics está impressionando as pessoas com vídeos habilmente encenados de suas últimas invenções robóticas. Esses vídeos lançados em 2018, por exemplo, mostram como os cachorros o robô Spot Mini mantém a porta aberta para outro SpotMini e até consegue se defender contra um atacante humano com um taco de hóquei em campo. Milhões desfrutam desses vídeos no YouTube e afins.

Para simular situações do mundo real, o Boston Dynamics geralmente constrói primeiro uma versão digital de seu robô, treina-o com dados e imagens de vídeo e, em seguida, testa o resultado físico em um ambiente de laboratório. Só então o robô é solto na realidade.

Enquanto isso, a empresa, agora pertencente em grande parte à Hyundai Motor Company da Coréia do Sul, está produzindo em massa seu robô quadrúpede Spot e o colocou à venda pela primeira vez em 2020 por um valor de 74.500.

Mais de 75 empresas, incluindo empresas como a SpaceX, estão usando o Spot comercialmente. Ele possui diversas funcionalidades e já é utilizado de forma semi-autônoma em canteiros de obras, na mineração, no plantio de mudas na agricultura, ou como máquina de coleta de dados, entre outras coisas. Junto com seu colega robô humanóide Pepper, que se especializou em ler expressões faciais humanas, ele até foi visto dançando como uma líder de torcida de beisebol.

Sentindo o ambiente com sensibilidade

Inventar robôs domésticos e cotidianos é sem dúvida o maior desafio da robótica. Ao contrário dos robôs industriais pré-programados que se especializam em uma única atividade, os robôs do dia a dia devem encontrar seu caminho em ambientes não estruturados e mutáveis ​​e executar uma variedade de tarefas de forma confiável.

Os futuros robôs domésticos, por exemplo, precisarão ser sensíveis para agir a nosso favor. Até recentemente, os robôs muitas vezes careciam da destreza necessária – simplesmente segurar uma caneta era impossível de manusear, a pele macia do tomate era pressionada descuidadamente, os ovos quebravam. Mas agora, graças a um senso de toque aprimorado baseado em uma infinidade de sensores sensíveis, os robôs dominam a palpação de diferentes superfícies e a apreensão precisa de objetos de todos os tipos.

Por exemplo, engenheiros de robôs da Universidade Técnica de Munique desenvolveram uma pele artificial sensível que permite que os robôs sintam o toque, e pesquisadores da Universidade do Sul da Califórnia produziram uma mão artificial tátil que pode registrar uma ampla variedade de materiais. As empresas SynTouch e Meta também desenvolveram dedos robóticos e uma pele artificial tátil que pode distinguir um espectro de sensações desde a temperatura até a textura da superfície.

A Alphabet, empresa controladora do Google, também está desenvolvendo robôs que podem aprender: em dezembro de 2019, a empresa apresentou seu projeto Everyday Robots. Enquanto o primeiro protótipo era capaz apenas de separar o lixo, os modelos mais recentes no campus do Google agora ajustam cadeiras, limpam mesas, recolhem copos e abrem portas.

Abrindo portas ou movendo cadeiras – 033 realiza ambas as tarefas com apenas um algoritmo. | Vídeo: Alfabeto

Com aprendizado por reforço para novas capacidades

Para que os robôs comuns saiam de seu estágio primitivo e forneçam benefícios práticos, eles precisam agir de forma mais autônoma e aprender de forma mais independente. Em 2015, por exemplo, o laboratório da UC Berkeley desenvolveu o Brett (abreviação de Berkeley Robot for the Elimination of Tedious Tasks), um robô que usava o aprendizado por reforço para ensinar a si mesmo o formas de objetos diferentes e, em seguida, insira essas peças de quebra-cabeça nos orifícios correspondentes, semelhante a uma criança.

No método inovador de RL, primeiro é construída uma versão digital do robô, e o problema dado é simulado visualmente, permitindo que o processo de aprendizagem seja observado. Só então o robô físico programado é apimentado com esse conhecimento no laboratório, treinado e, após testes bem-sucedidos, pode ser usado no mundo real. A simulação em um ambiente perfeito tem a vantagem de que as etapas de tentativa e erro podem ser executadas e testadas mais rapidamente do que na vida real.

Usando este esquema de aprendizagem, um IA bípede, por exemplo, aprendeu sozinho a correr : Em uma simulação de computador, o objeto semelhante a um humano, equipado com dois braços e duas pernas, foi simplesmente instruído a avançar o mais rápido possível sem ter recebido dados de locomoção de antemão – de acordo com os procedimentos convencionais. Depois de algumas tentativas iniciais de tropeço, o bípede virtual realmente começou a andar e, eventualmente, até aprendeu a correr.

Vídeo: Em uma simulação, a Deepmind, empresa de IA do Google, deu à IA bípede a tarefa de se mover do ponto A ao ponto B. A IA então aprendeu a correr. Graças ao aprendizado por reforço, a IA acabou aprendendo a andar e superar obstáculos de acordo com o princípio de tentativa e erro – mesmo que os movimentos às vezes pareçam um pouco incomuns para nós, humanos.

Uma conquista semelhante com base nessa nova abordagem foi apresentada recentemente na Oregon State University: usando algoritmos RL, o o robô Cassie aprendeu sozinho a andar sem ter aprendido previamente a fazê-lo por meio de programação direta ou imitação.

Desenvolvimento de robôs: os próximos passos

As capacidades superficialmente avançadas dos robôs humanóides muitas vezes desmentem suas limitações. Eles nos fazem esquecer que, apesar de tudo, estamos lidando com criaturas programadas, não criativas, puramente mecânicas.

Mesmo que os robôs estejam se tornando mais inteligentes a cada dia, ainda é necessária muita ajuda humana até que eles aprendam e possam realizar atividades mais exigentes de forma independente. Só então eles serão capazes de aprender de forma independente e contínua por meio da observação, interação e comunicação e participarão ativamente de nossas vidas.

Portanto, um próximo passo importante é que o algoritmo simulado aprenda a aprender – sem que os programadores precisem fazer melhorias manuais. Caso contrário, teríamos que pegar nossas máquinas autoconstruídas pela mão para sempre, sem que elas jamais agissem de forma autônoma e fossem realmente úteis em nosso mundo mutável e caótico.

Vídeo: Enganosamente semelhante? O robô Ameca, desenvolvido recentemente pela empresa britânica Engineered Arts, surpreende com suas expressões faciais fluidas que parecem quase humanas.

Nesse contexto, surgem outras questões: quanta potência estamos dispostos a ceder às máquinas autônomas? Quem é responsável por decisões supostamente erradas feitas por uma IA robótica? Os robôs logo assumirão nossos empregos?

Apesar das preocupações justificadas de que os robôs possam levar a uma crise social e existencial para os humanos, é igualmente possível que humanos e máquinas um dia coexistam harmoniosamente e que a maioria das atividades não seja totalmente substituída por robôs, mas lucrativamente acompanhada por eles.

Conclusão: 100 anos de robótica – o progresso é mais rápido do que você pensa

Os robôs já vivem entre nós: como aspiradores autônomos, cortadores de grama, assistentes pessoais, robôs de serviço e cuidado, ou para fins de entretenimento, eles se tornaram indispensáveis ​​em muitas áreas do nosso dia a dia. Mas ainda há um enorme potencial de progresso.

Então, vamos imaginar um robô humanóide em nossas casas que seja acessível para todos e reúna todas as habilidades descritas aqui: Aspira, limpa, separa com precisão nosso lixo, aposta de forma inteligente e divertida em vários idiomas, pode andar suavemente, carregar objetos, subir escadas , tocar música e dançar, e até dominar acrobacias elegantes como cambalhotas. Suas expressões faciais são tão realistas quanto as de um humano. Ele aprende coisas novas dando-lhe um alvo sem ter que treiná-lo.

Quanto tempo levará até conseguirmos imitar o milagre que é um homem em forma tão perfeita? Quanto tempo até que esse amigo robótico ao nosso lado se torne realidade? Dado o rápido desenvolvimento desde a mera criação de palavras há cem anos até a recente descoberta da caminhada impulsionada pela IA, pode ser mais cedo do que pensamos.