Robotika

Rozbalit box

Obsah boxu

Robotika je multidisciplinární vědecká a inženýrská disciplína, která se zabývá návrhem, konstrukcí, provozem, a aplikací robotů. Jejím cílem je vytvářet stroje, které mohou vykonávat úkoly autonomně nebo s minimálním lidským zásahem, často v prostředí, které je pro člověka nebezpečné, monotónní nebo fyzicky náročné. Robotika integruje poznatky z mnoha oborů, jako je mechanika, elektronika, informatika, umělá inteligence, matematika a automatické řízení.

Slovo „robot“ má český původ a poprvé se objevilo ve hře R.U.R. (Rossumovi Univerzální Roboti) od Karla Čapka z roku 1920, kde označovalo umělé bytosti určené k otrocké práci. Termín „robotika“ pak zpopularizoval spisovatel Isaac Asimov ve svých vědeckofantastických příbězích.

---

Historie robotiky

Přestože moderní robotika je poměrně mladý obor, myšlenky na umělé bytosti a automaty sahají daleko do minulosti:

Starověk a středověk: Existují záznamy o mechanických zařízeních a automatech již ve starověkém Řecku (např. mechanický "holub" od Archyta z Tarentu) a Číně. Ve středověku a renesanci vznikaly složité mechanické hračky a automatické figury (např. Leonardovy návrhy humanoidních robotů).
18. století: Švýcarští hodináři jako Pierre Jaquet-Droz vytvářeli sofistikované "automaty", které dokázaly psát nebo kreslit, což byly první známky složitější mechanické imitace lidských činností.
1920: Český spisovatel Karel Čapek poprvé použil slovo robot ve své hře R.U.R., čímž dal jméno celému budoucímu odvětví.
Polovina 20. století – zrod moderní robotiky:
- 1948: Americký vědec Norbert Wiener publikuje knihu "Kybernetika aneb řízení a komunikace v živém organismu a stroji", která pokládá teoretické základy pro robotiku a automatizaci.
- 1954: George Devol získává první patent na průmyslový robot.
- 1961: Společnost Unimation, založená Deveolem a Josephem Engelbergerem (často označovaným jako "otec robotiky"), instaluje prvního průmyslového robota s názvem Unimate v továrně General Motors v New Jersey. Robot byl nasazen pro manipulaci s horkými kovovými díly.
- 1960. léta: Vznikají první laboratoře pro výzkum umělé inteligence (např. na MIT a Stanfordu), které začínají integrovat AI do robotických systémů. V roce 1968 je na Stanford Research Institute (SRI) postaven mobilní robot Shakey, který je schopen vnímat okolí a plánovat své pohyby.
1970. a 1980. léta: Rozvoj mikroprocesorů a počítačů umožňuje konstrukci složitějších a programovatelných robotů. Japonsko a Evropa se stávají lídry v průmyslové robotice, s firmami jako FANUC a ABB (dříve ASEA). Objevuje se koncept robotů SCARA (Selective Compliant Articulated Robot Arm) pro rychlé a přesné montážní operace.
1990. léta a 21. století: Nástup počítačového vidění, haptických senzorů a pokročilé umělé inteligence rozšiřuje možnosti robotů. Roboti se objevují v nových oblastech:
- 1995: První chirurgický robotický systém Zeus pro minimálně invazivní chirurgii.
- 1997: Robotický rover Sojourner je vysazen na Marsu.
- 2000: Honda představuje humanoidního robota ASIMO.
- 2002: Robotický vysavač Roomba se stává komerčně úspěšným.
- Po roce 2010: Rozvoj kolaborativních robotů (kobotů), kteří mohou bezpečně pracovat po boku lidí, a autonomních mobilních robotů (AMR) pro logistiku. Masivní pokroky v strojovém učení a hlubokých neuronových sítích zvyšují autonomii a adaptabilitu robotů.

---

Součásti robotických systémů

Moderní robotické systémy se skládají z několika klíčových subsystémů:

Mechanická konstrukce (hardware): Zahrnuje samotné tělo robota, klouby, ramena, podvozek atd. Design musí zajistit stabilitu, pevnost a rozsah pohybu.
Akční členy (aktuátory): Pohybové mechanismy, které umožňují robotovi pohyb. Nejčastěji se používají elektrické motory (stejnosměrné, střídavé, krokové, servomotory), hydraulické nebo pneumatické systémy.
Senzory (vnímací systém): Zařízení, která robotovi umožňují vnímat své okolí a vlastní stav. Patří sem kamery (pro počítačové vidění), dotykové senzory, silové senzory, ultrazvukové a laserové senzory (pro měření vzdálenosti), gyroskopy a akcelerometry (pro orientaci a pohyb).
Řídicí systém (software a hardware): "Mozek" robota, který zpracovává data ze senzorů, přijímá rozhodnutí a vydává příkazy aktuátorům. Zahrnuje mikroprocesory, paměť, řídicí algoritmy a programové vybavení.
Zdroje energie: Zajišťují napájení všech komponent robota (baterie, externí napájení).
Koncový efektor: Nástroj nebo "ruka" robota, která vykonává konkrétní úkol (např. chapadlo, svářečka, lakovací pistole, vrták, kamera).

---

Typy robotů a jejich klasifikace

Roboty lze klasifikovat podle různých kritérií:

Podle mobility:

   * Stacionární roboti: Nepohybují se z místa, obvykle jsou pevně ukotveni k podlaze nebo konstrukci (např. většina průmyslových manipulátorů).
   * Mobilní roboti: Schopni se pohybovat v prostředí (např. autonomní vozidla, drony, robotické vysavače, průzkumné rovery). Mohou se pohybovat po kolech, pásech, nohách nebo létat.

Podle konfigurace (u stacionárních robotů):

   * Kloubové (Articulated): Nejběžnější, podobné lidské paži, s rotačními klouby (často 4 nebo 6 os).
   * SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm): Dvoukloubové rameno s vertikálním pohybem, ideální pro rychlou montáž.
   * Karteziánské (Gantry): Pohybují se podél tří lineárních os (X, Y, Z), vhodné pro velká pracovní rozpětí a vysokou přesnost.
   * Delta: Paralelní kinematika, velmi rychlé, používají se pro balení a "pick & place" operace.

Podle účelu/aplikace:

   * Průmyslové roboty: Používané ve výrobě pro opakované, přesné nebo nebezpečné úkoly (svařování, lakování, montáž, paletizace, manipulace).
   * Servisní roboti: Pomáhají lidem v domácnostech, nemocnicích, veřejných prostranstvích (vysavače, robotické sekačky, asistenti pro seniory, doručovací roboti).
   * Humanoidní roboti: Roboti s podobou lidského těla, schopní chůze a interakce (např. Boston Dynamics Atlas, Honda ASIMO).
   * Kolaborativní roboti (Koboti): Navrženi pro bezpečnou a intuitivní spolupráci s lidmi ve sdíleném pracovním prostoru. Mají senzory, které jim umožňují zastavit se při kontaktu s člověkem.
   * Lékařské a chirurgické roboty: Asistují při operacích (např. systém da Vinci), diagnostice, rehabilitaci nebo podávání léků.
   * Průzkumné a vojenské roboty: Pro průzkum nebezpečných oblastí, detekci min, drony, autonomní vozidla pro logistiku na bojišti.
   * Vzdělávací roboti: Používané pro výuku programování, robotiky a STEM oborů.

---

Aplikace robotiky

Robotika se stala nepostradatelnou součástí mnoha odvětví:

Průmyslová výroba: Automobilový průmysl, elektronika, potravinářství, strojírenství. Roboti svařují, lakují, montují, manipulují s materiály a zajišťují kontrolu kvality.
Logistika a skladování: Autonomní mobilní roboti (AMR) a automatizované řízené vozíky (AGV) přepravují zboží ve skladech a distribučních centrech, optimalizují toky materiálu.
Zdravotnictví: Chirurgické roboty pro minimálně invazivní operace, rehabilitační roboti, roboti asistující v lékárnách, dezinfekční roboti v nemocnicích.
Průzkum a monitorování: Roboti se používají v kosmickém průmyslu (rovery na Marsu), v hlubinném mořském průzkumu, pro inspekci potrubí, jaderných elektráren a dalších nebezpečných prostředí.
Zemědělství: Robotické systémy pro přesné setí, sklizeň, monitorování plodin, postřiky a dojení.
Služby a domácnosti: Robotické vysavače, sekačky, asistenti pro seniory, doručovací roboti, roboti pro úklid hotelů.
Bezpečnost a vojenství: Drony pro průzkum, roboty pro likvidaci bomb, autonomní vojenská vozidla.
Vzdělávání a výzkum: Roboti slouží jako platformy pro výuku programování, umělé inteligence a pro pokročilý výzkum v oblastech, jako je strojové učení a interakce člověk-robot.

---

Budoucnost robotiky

Budoucnost robotiky je úzce spjata s dalším rozvojem umělé inteligence, strojového učení a senzorických technologií. Očekává se, že roboti budou stále chytřejší, adaptabilnější a integrováni do každodenního života:

Větší autonomie: Roboti budou schopni samostatněji se rozhodovat a adaptovat se na měnící se prostředí bez neustálého lidského dohledu.
Vylepšená interakce člověk-robot: Kolaborativní roboti (koboti) se budou stále více integrovat do lidských pracovních týmů, přebírajíce repetitivní nebo nebezpečné úkoly, zatímco lidé se zaměří na složitější a kreativnější činnosti.
Rozvoj AI a strojového učení: Pokročilé AI algoritmy umožní robotům učit se z dat, rozpoznávat vzory, provádět složité úkoly s vyšší přesností a dokonce i komunikovat přirozenějším způsobem. Generativní AI může zjednodušit programování robotů pomocí přirozeného jazyka.
Nové materiály a pohony: Vývoj nových, flexibilních a odolných materiálů (např. pro měkkou robotiku) a energeticky úspornějších pohonů.
Integrace s Internetem věcí (IoT) a 5G: Propojení robotů do rozsáhlých sítí umožní sdílení dat, koordinovanou činnost a vzdálené řízení.
Etické a sociální otázky: S rostoucím uplatněním robotiky se budou prohlubovat diskuse o etických otázkách, jako je dopad na zaměstnanost (automatizace může nahradit až 20 milionů pracovních míst ve výrobě do roku 2030, ale zároveň vytváří nová v oborech jako robotické inženýrství), bezpečnost, soukromí a regulace robotů, které jsou schopny samostatného rozhodování.

---

Robotika v České republice

Česká republika má bohatou historii v oblasti robotiky, částečně díky svému literárnímu dědictví (Karel Čapek). Dnes je robotika v ČR dynamicky se rozvíjejícím odvětvím:

Historie: První průmyslové roboty se v Československu objevily v 80. letech 20. století, zejména v automobilovém průmyslu.
Průmysl: ČR je v současnosti významným centrem průmyslové robotiky, zejména v automobilovém průmyslu a elektrotechnice. Firmy jako Škoda Auto masivně investují do robotizace (např. ve Škoda Auto je přes 3 500 robotů). Roboti se využívají pro svařování, lakování, montáž, logistiku ve skladech a kontrolu kvality.
Výzkum a vývoj: V ČR existuje řada univerzitních pracovišť a výzkumných center, která se zabývají robotikou a umělou inteligencí. Mezi významné instituce patří:

   * ČVUT (zejména CIIRC ČVUT)
   * VŠB-TU Ostrava (Katedra robotiky)
   * Masarykova univerzita
   * Technická univerzita v Liberci
   * Dále existují soukromé firmy a start-upy, které se specializují na vývoj a integraci robotických řešení.

Konference: V ČR se pravidelně konají odborné konference, jako je ROBOTY 2025 v Brně, které se zaměřují na nejnovější trendy v robotice, včetně AI, kolaborativních robotů a mobilní robotiky.
Vzdělávání: S rostoucí poptávkou po odbornících v oblasti robotiky se rozvíjí i vzdělávací programy na středních a vysokých školách.

---

Pro laiky

Představte si robotiku jako vědu a umění, které se snaží vytvořit chytré stroje – roboty – kteří nám pomáhají nebo dělají práci za nás. Je to tak trochu, jako byste chtěli mít doma pomocníka, který nikdy není unavený, vždycky udělá práci přesně a nestěžuje si.

Roboti už dávno nejsou jen něco z filmů. Najdete je všude kolem:

V továrnách: Tam svařují auta, lakují věci, skládají dohromady elektroniku. Dělají to rychleji a přesněji než lidé a hlavně je to pro ně bezpečnější, když je práce nebezpečná nebo monotónní.
Doma: Asi znáte robotické vysavače, co sami uklízí, nebo sekačky, co se starají o trávník.
V nemocnicích: Pomáhají doktorům při operacích (například s velkou přesností), nebo vozí léky.
Ve vesmíru: Roboti zkoumají jiné planety, kam člověk ještě nemůže.
Na skladech: Jezdí po obrovských skladech a vozí balíky z místa na místo, aby bylo všechno včas doručeno.

Robotika je takové "lepidlo" mezi mechanikou (jak se věci hýbou), elektronikou (jak to napájet a zapínat) a počítači (jak to programovat a naučit "myslet"). A budoucnost? Roboti budou ještě chytřejší, budou se s námi lépe domlouvat a budou umět stále víc věcí. Ale nebojte, neberou nám jen práci, ale taky vytvářejí nové, třeba pro lidi, kteří budou roboty navrhovat, programovat nebo opravovat.

---

Související články

---

Externí odkazy