Polska liderem technologii miękkiej robotyki? Mamy potencjał

Autor: Anna Słabosz-Pawłowska, Obserwator Finansowy

Obserwator Finansowy: Czym są „miękkie roboty”?

Dr inż. Jan Klimaszewski, adiunkt w Instytucie Automatyki i Robotyki na Wydziale Mechatroniki Politechniki Warszawskiej: To ciekawy temat. Obecnie w zakresie polskiej myśli technologicznej szczególną uwagę zwracamy na generatywną sztuczną inteligencję (GAI) czy automatyzację, które znajdują szerokie zastosowanie w wielu branżach, tymczasem istnieją inne ciekawe kierunki postępu.

Jednym z nich jest „miękka robotyka” (ang. soft robotics). To obszar robotyki, w którym badacze i konstruktorzy wykorzystują materiały podatne na rozciąganie zamiast niepodatnych, czyli sztywnych. W ostatnich latach zyskuje ona na coraz większym znaczeniu.

Dzieje się tak w przemyśle sadowniczym, gdzie narastające problemy związane z brakiem dostępności siły roboczej zmuszają do poszukiwania rozwiązań pozwalających na przeprowadzenie zbiorów delikatnych owoców w sposób zrobotyzowany. Miękkie chwytaki mogą pomóc osiągnąć ten cel bez uszkadzania owoców.

Innym istotnym kierunkiem prognozowanego rozwoju gospodarczego Polski jest dynamicznie rosnący rynek robotów usługowych. W tym zakresie kluczowym aspektem jest rozwój interfejsów człowiek-maszyna, które umożliwiają efektywną współpracę między ludźmi a technologią.

Które z zastosowań interfejsów dotykowych wydają się najbardziej obiecujące z punktu widzenia gospodarki?

Dzięki wykorzystaniu intuicyjnych rozwiązań, takich jak interfejsy dotykowe, sterowanie gestami czy rozszerzona rzeczywistość (AR), redukowana jest technologiczna bariera, a to powoduje, że pracownicy mogą łatwiej obsługiwać zaawansowane systemy, zwiększając efektywność działań.

Interesującym zastosowaniem interfejsów dotykowych w przemyśle wydają się roboty współpracujące (coboty). Wyposażenie niebezpiecznych robotów w elektroniczną skórę pozwala na precyzyjne wykrywanie siły nacisku i bezpieczną współpracę z ludźmi w bliskim otoczeniu, co minimalizuje ryzyko wypadków.

Czytaj więcej o sztucznej inteligencji na Bizblog.pl:

Elektroniczna skóra – co to takiego?

Termin „elektroniczna skóra” (ang. e-skin) odnosi się do zaawansowanych, elastycznych membran obsadzonych czujnikami, które replikują funkcje czuciowe ludzkiej skóry, umożliwiając urządzeniom reagowanie na bodźce środowiskowe, takie jak nacisk i temperatura.

Ta przełomowa technologia zyskuje w ostatnich latach na popularności, ze względu na różnorodne zastosowania w takich dziedzinach, jak opieka zdrowotna, robotyka i elektronika konsumpcyjna. Pozwala rozszerzyć funkcjonalność urządzeń, od monitorowania zdrowia po informacje zwrotne w systemach robotycznych.

W szerszym ujęciu w dziedzinie robotyki e-skóra odgrywa kluczową rolę w rozwoju miękkich robotów, które naśladują zintegrowane działanie biologicznych mięśni i skóry. Takie roboty mogą wykonywać wielofunkcyjne zadania w zakresie czucia i ruchu, w sposób podobny do organizmów żywych. Przykładem zastosowania takich rozwiązań są robotyczne opaski monitorujące ciśnienie krwi. Wykorzystanie elektronicznej skóry w protetyce znacząco zwiększa funkcjonalność protez, umożliwiając im wykrywanie bodźców zewnętrznych i efektywne symulowanie zdolności dotykowych ludzkiej skóry.

Dzięki zastosowaniu e-skóry w interfejsach człowiek–komputer (HCI) można opracować kontrolery pozwalające na lepszą komunikację człowieka ze środowiskami wirtualnymi. Takie rozwiązania torują drogę do immersyjnych doświadczeń w wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości (AR), ponieważ e-skóra może dostarczać haptyczne sprzężenie zwrotne (dodawanie realizmu do sposobu odczuwania gier – przyp. red.) i integrację sensoryczną, wzbogacając doświadczenia użytkownika i zwiększając jego zaangażowanie.

Które sektory w Polsce mogłyby najbardziej skorzystać na wprowadzeniu elastycznych systemów sensorycznych, takich jak te, które pan rozwija w swoich badaniach?

Wiele branż cechuje się możliwością zastosowania tej technologii w praktyce. E-skóra w postaci np. dotykowego interfejsu obsługi urządzeń może poprawić produktywność pracowników – bardziej intuicyjny interfejs prowadzi do szybszej i bardziej efektywnej obsługi urządzeń. Ułatwia to także korzystanie z tych technologii nowym pracownikom, znacząco skracając czas potrzebny na szkolenie i adaptację. To przynosi wymierne korzyści dla wzrostu gospodarczego i rozwoju technologicznego. Lepsze interfejsy mogą się stać dodatkowo istotnym czynnikiem poprawiającym doświadczenia użytkowników urządzeń w wielu sektorach.

Jak interfejsy dotykowe mogą wpłynąć na systemy produkcji?

Możliwy jest rozwój systemów produkcji w stronę ich większej adaptacyjności. Inteligentne powierzchnie mogą dynamicznie dostosowywać procesy, zwiększając elastyczność linii produkcyjnych, a zastosowane w logistyce wewnętrznej – mogą usprawnić procesy magazynowe np. e-skóra na powierzchni chwytaka pozwoli na precyzyjne chwytanie i sortowanie przedmiotów.

Czy technologie miękkiej robotyki całkowicie zautomatyzują procesy w polskich magazynach, czy też nadal będzie wymagana współpraca z człowiekiem?

Technologie związane ze zwinnym chwytaniem i manipulacją, choć zaawansowane, nie wystarczą same w sobie do pełnej automatyzacji magazynów. Kluczowe znaczenie mają tu również zaawansowane systemy analizy obrazów i informacji pomiarowych, takich jak skanowanie 3D. Dzięki nim komputery mogą dokładnie identyfikować i lokalizować obiekty w magazynie, nawet jeśli są one ułożone chaotycznie, np. wrzucone „na stos”.

Połączenie takich systemów z chwytakami zdolnymi do precyzyjnych, niemal manualnych czynności, znacząco przyspiesza automatyzację procesów magazynowych. Już teraz roboty mogą sortować, przenosić i pakować różnorodne przedmioty z dużą precyzją.

Mimo tych postępów, pełna automatyzacja może jednak nie wyeliminować całkowicie potrzeby współpracy z człowiekiem. Ludzie wciąż są niezastąpieni w zarządzaniu nietypowymi sytuacjami, podejmowaniu decyzji w dynamicznie zmieniającym się środowisku i przy zadaniach wymagających wysokiej elastyczności. Dlatego automatyzacja magazynów będzie prawdopodobnie przebiegać jako proces hybrydowy, łączący zaawansowane technologie z pracą ludzi, szczególnie w bardziej skomplikowanych lub nieprzewidywalnych operacjach.

Współpraca z człowiekiem jest również niezbędna szczególnie w początkowych fazach wdrożenia. To człowiek najlepiej potrafi wskazać poprawne rozwiązania i odróżnić je od błędnych, co jest kluczowe podczas wstępnego uczenia systemów.

Po uruchomieniu i podczas codziennej pracy systemy działają już w dużej mierze samodzielnie, a rola człowieka ogranicza się do obsługi nietypowych sytuacji i błędów. Dzięki tej interakcji systemy są stale udoskonalane – każda poprawka wprowadzona przez człowieka wzbogaca algorytmy o nowe dane, które pozwalają lepiej sobie radzić z podobnymi wyzwaniami w przyszłości. W ten sposób automatyzacja magazynów staje się procesem iteracyjnym, w którym technologia i człowiek wzajemnie się uzupełniają, tworząc coraz bardziej autonomiczne i efektywne systemy.

Jak najnowsze osiągnięcia w zakresie kalibracji systemów sensorycznych mogą wpłynąć na przemysł?

Znaczącym wyzwaniem w zastosowaniu rozwiązań opartych na np. e-skórze jest opracowanie nowych sposobów wykorzystania informacji sensorycznych dostarczanych przez to urządzenie. Mówimy tutaj o tysiącach pomiarów raportowanych non-stop w ciągu każdej sekundy działania urządzenia. W tym zakresie istotna jest kalibracja e-skóry, aby wykorzystanie tych pomiarów było łatwiejsze. Kalibracja może dostarczyć informacji o tym jakie praktyczne znaczenie mają mierzone wartości dotyku, gdzie znajdują się poszczególne sensory na powierzchni robota, protezy itp.

Najnowsze osiągnięcia w kalibracji systemów sensorycznych, nad którymi pracowałem, koncentrują się na automatycznym dostrajaniu pomiarów i algorytmach uczenia maszynowego ułatwiających wykorzystanie tej technologii w systemach robotycznych. Te innowacje prowadzą np. do redukcji czasu konfiguracji stanowiska robotycznego. Programowanie przez demonstrację czy zautomatyzowane procesy kalibracji mogą znacząco skrócić czas wdrożenia systemów w liniach produkcyjnych, co obniży koszty operacyjne.

Czy przewiduje Pan, że w przyszłości elektroniczna skóra stanie się standardowym wyposażeniem robotów współpracujących w sektorze usług?

Tak. Mam nadzieję, że elektroniczna skóra stanie się standardowym wyposażeniem robotów współpracujących w tym sektorze. Dotykowe interfejsy, takie jak e-skóra, stanowią kolejny krok w rozwoju bardziej intuicyjnych metod interakcji człowieka z maszynami. Historia pokazuje, że stopniowe wprowadzanie coraz łatwiejszych w obsłudze interfejsów, poczynając od klawiatur, przez myszy komputerowe po ekrany dotykowe, znacząco zwiększa efektywność i komfort użytkowania technologii.

E-skóra może przekształcić dowolne powierzchnie urządzeń mechatronicznych w czułe na dotyk, co uprości ich obsługę. W kontekście robotyki usługowej, takie rozwiązanie pozwoli robotom na reagowanie na subtelne dotknięcia lub gesty, zwiększając bezpieczeństwo i intuicyjność współpracy z człowiekiem. W przyszłości mogłoby to również znaleźć zastosowanie w prostych czynnościach, takich jak przesuwanie obiektów czy nawet przemieszczanie pojazdów, np. przeparkowanie samochodu poprzez dotykowe wskazanie kierunku ręką, podczas gdy komputer pokładowy odpowiednio pokieruje ruchem pojazdu. Tego rodzaju rozwiązania nie tylko ułatwią obsługę urządzeń, ale także otworzą nowe możliwości w interakcji z technologią, szczególnie w sektorach wymagających precyzji, elastyczności i bezpieczeństwa.

Czy Polska ma szansę stać się liderem w projektowaniu i wdrażaniu współpracującej robotyki?

Według licznych analiz potencjał technologiczny polskiej gospodarki w 2024 r. wyróżnia się dynamicznym rozwojem oraz znaczącymi inwestycjami w infrastrukturę cyfrową. W efekcie nasz kraj umacnia swoją pozycję jako jeden z kluczowych ośrodków technologicznych w Europie Środkowo-Wschodniej. Mamy duże perspektywy, aby stać się liderem w projektowaniu i implementacji robotyki współpracującej, zwłaszcza w innowacyjnych dziedzinach, takich jak elastyczne systemy dotykowe i elektroniczna skóra.

Atutami Polski są szybko rozwijający się sektor technologiczny, wysoko wykwalifikowane kadry inżynieryjne oraz intensywne nakłady na badania i rozwój. Aby w pełni wykorzystać ten potencjał, kluczowe będzie zacieśnienie współpracy między nauką a przemysłem oraz wsparcie ze strony państwa w zakresie strategii rozwoju technologii. Aby utrzymać konkurencyjność na rynku międzynarodowym, niezbędna jest modernizacja sektorów przemysłowych. Obecne tempo robotyzacji w naszym kraju jest wyraźnie wolniejsze w porównaniu z innymi regionami Europy i świata, a poziom wdrożeń technologii robotycznych pozostaje stosunkowo niski.

Co mogłoby przyspieszyć rozwój tej dziedziny w Polsce?

Istotnym wsparciem ze strony rządu, które mogłoby przyspieszyć u nas rozwój technologii robotycznych, byłoby zwiększenie finansowania nauki oraz wdrożenie mechanizmów ułatwiających transfer technologii z uczelni do przemysłu. Kluczowym tego elementem jest zaufanie między rządem a środowiskiem naukowym, które powinno doprowadzić do uproszczenia procedur zakupowych, obecnie spowalniających pracę badaczy.

Ważnym krokiem byłoby również skierowanie wsparcia finansowego do sektora MŚP, aby przyspieszyć modernizację przemysłu i otworzyć rynek na zaawansowane technologie. W obecnych warunkach zarówno środowisko akademickie, jak i przedsiębiorstwa borykają się z brakiem środków na wdrażanie nowych rozwiązań. Rządowe programy wsparcia, w ramach których interdyscyplinarne zespoły specjalistów z doświadczeniem we wdrożeniach mogłyby dostosowywać technologie opracowane w laboratoriach do wymogów przemysłowych, mogłyby skutecznie wypełnić tę lukę.

Równie ważne jest budowanie kultury otwartej współpracy. Transparentność, otwarta komunikacja i gotowość uczelni oraz instytucji badawczych do spełniania wysokich standardów biznesowych mogłyby odbudować zaufanie w relacjach z przemysłem i rządem. Taka kultura współpracy może się stać fundamentem realizacji odważnych i ambitnych projektów innowacyjnych, wymagających elastyczności oraz otwartości na nowe idee.

Czy obecny program nauczania na uczelniach technicznych w Polsce w wystarczający sposób przygotowuje studentów do pracy z zaawansowanymi technologiami sensorycznymi?

Polskie uczelnie techniczne, mimo ograniczeń związanych z finansowaniem i problemami organizacyjnymi, takimi jak prawo zamówień publicznych, prowadzą badania i kształcą inżynierów na wysokim, międzynarodowym poziomie. Programy nauczania na wielu uczelniach spełniają globalne standardy, a poziom wiedzy przekazywanej studentom jest uznawany za bardzo dobry.

Dynamiczny rozwój technologii wymaga jednak ciągłej modernizacji i dostosowywania programów studiów do aktualnego postępu technicznego. Przykładem takich działań są prace prowadzone na Wydziale Mechatroniki Politechniki Warszawskiej, gdzie program nauczania jest obecnie mocno aktualizowany w taki sposób, aby mógł lepiej odpowiadać na wyzwania nowoczesnej inżynierii. Modyfikacje programów na PW są wprowadzane w ramach projektu „OMNIS2 Otwartość. Modernizacja. Nowoczesność. Integracja. Społeczność.” dofinansowywanego ze środków unijnych z Funduszu Europejskiego dla Rozwoju Społecznego 2021–2027 (FERS).

Choć polskie uczelnie techniczne zapewniają solidne podstawy teoretyczne i praktyczne, to dalsze unowocześnianie programów jest niezbędne, aby w pełni przygotowywać studentów do pracy z zaawansowanymi technologiami w zmieniającym się świecie. Celem kształcenia powinno być zatem przygotowanie naszych żaków do różnorodnych wyzwań związanych z nowoczesnymi technologiami. Nowoczesny pracownik powinien umieć się dokształcać i elastycznie reagować na zmiany zachodzące na rynku pracy.