Technologia pędzi zmieniając oblicze świata. Jednym z przykładów jest robotyka. Pewnie wiele osób ma w domach roboty-odkurzacze. To jednak marginalny wycinek całego sektora. Wiele branż nie jest w stanie funkcjonować bez udziału zautomatyzowanych maszyn. Na pewno tego zdania są koncerny motoryzacyjne. Według ekspertów przyszłość robotyki rysuje się w jasnych barwach. W latach 2023-2030 wartość rynku w scenariuszu bazowym ma rosnąć średniorocznie w tempie 22%.
„Robot nie może skrzywdzić człowieka, ani przez zaniechanie działania dopuścić, aby człowiek doznał krzywdy” – tak napisał Isaac Asimov w swoim opowiadaniu „Zabawa w berka”. Jest on uznawany za prekursora robotyki i popularnonaukowych rozważań na jej temat. Pod pojęciem robotyki najczęściej rozumie się interdyscyplinarną dziedzinę nauki, która łączy zdobycze automatyki, elektrotechniki, informatyki, inżynierii mechanicznej i sztucznej inteligencji. W czasach, gdy Asimov sfomułował trzy prawa robotyki, praktycznych jej zastosowań nie było.
Historia robotyki w pigułce
Wszystko ruszyło wartko w latach 50. poprzedniego stulecia. Joseph Engelberger, wówczas student fizyki na Uniwersytecie Columbia, kupił prawa autorskie do pierwszego programowalnego robota, którego zaprojektował George Devol. Engelberger, mimo młodego wieku, czuł w sobie żyłkę przedsiębiorcy, gdyż na bazie patentu zbudował firmę Unimation. Pierwszy robot – Unimate – z pewnością nie był filigranowy. Ważył dwie tony. Był sterowany programem na bębnie magnetycznym i używał siłowników hydraulicznych. Po kilku latach testów maszyna spod szyldu Unimation rozpoczęła pracę w fabryce General Motors, gdzie sekwencjonowała i układała gorące kawałki odlewanego metalu. Przemysł motoryzacyjny był pierwszym, który dał impuls do rozwoju nowej gałęzi technologicznej.
A później ruszyła lawina nowych wynalazków, które systematycznie rozwijały robotykę. Do wyścigu badawczego dołączyli Japończycy. Hitachi opracowało pierwszego na świecie w pełni automatycznego, inteligentnego robota opartego na wizji, który montował obiekty na podstawie rysunków planu. Następnie firma wdrożyła robota do skręcania śrub w przemyśle betonowych słupów. Była to pierwsza maszyna przemysłowa wyposażona w dynamiczne czujniki wizyjne dla poruszających się obiektów – rozpoznawała śruby na formie podczas jej ruchu i mocowała lub luzowała je w synchronizacji z ruchem formy.
Zmagania amerykańsko-japońskiej myśli technicznej nabrały rumieńców, gdy w 1974 r. Richard Hohn wynalazł The Tomorrow Tool (T3) – robota, który był sterowany mikrokomputerowo. Na odpowiedź naukowców z Kraju Kwitnącej Wiśni nie trzeba było długo czekać. Hiroshi Makino z Uniwersytetu Yamanashi stworzył robota SCARA (ang. Selective Compliance Assembly Robot Arm). Miał on kilka unikalnych cech. Jedną z nich był połączony układ dwóch ogniw ramienia maszyny, który przypominał ludzkie ramię. Dlatego często tego typu roboty określa się jako „przegubowe”. Amerykanie nie okazali się dłużni. Wkrótce IBM opracował AML (ang. A Manufacturing Language) – język programowania przeznaczony dla aplikacji robotycznych, który umożliwiał szybkie i łatwe tworzenie programów użytkowych przez kadrę inżynierską.
Wkrótce urządzenia z „ciężkich” sektorów przemysłowych znalazły zastosowania w bardziej wyrafinowanych pracach. Intuitive Surgical w 1999 r. skomercjalizował robota chirurgicznego Da Vinci. Był on przeznaczony do małoinwazyjnych zabiegów chirurgicznych. Maszyna została wyposażona w cztery ramiona, posiadała zamontowane narzędzia chirurgiczne i kamery, którymi lekarz sterował zdalnie z poziomu konsoli. Trzy lata później robotyka trafiła pod strzechy, bowiem pojawiła się Roomba. Był to pierwszy autonomiczny odkurzacz, który potrafił wykryć brudne miejsca na podłodze, omijać przeszkody i schody, a po zakończeniu pracy powracał do stacji spoczynkowo-ładującej. I to jest przykład urządzenia, które prawdopodobnie wiele gospodarstw domowych ma na podorędziu. W końcu roboty okazały się też przydatne w eksploracji kosmosu. Dwa łaziki – Spirit i Opportunity – uczestniczyły w misji na Marsa, gdzie badały powierzchnię i geologię planety.
Do tej pory maszyny pracowały w pewnej izolacji wobec człowieka. Wszystko po to, aby wyeliminować ryzyko niepożądanych interakcji, które mogłyby doprowadzić do uszczerbku na zdrowiu ludzi. Zmieniło się to w 2008 r., gdy duńska firma Universal Robots, zbudowała UR5. Pojawiła się nowa klasa urządzeń – koboty (spolszczony skrót od ang. collaborative robots). Był to pierwszy robot współpracujący. Umiał działać bezpiecznie w towarzystwie ludzi, nie zachodziła potrzeba stosowania klatek bezpieczeństwa lub ogrodzeń.
Robot niejedno ma imię
To historia robotyki w telegraficznym skrócie. Czym są jednak dokładnie roboty? W uproszczeniu można powiedzieć, że istnieją dwie klasy tych maszyn – roboty przemysłowe i usługowe. Klasyfikując je eksperci branży najczęściej powołują się na metodologię ISO. Zgodnie ze standardem ISO 8373 robotem przemysłowym jest automatycznie sterowany, reprogramowalny manipulator wielofunkcyjny w trzech lub więcej osiach, który może być nieruchomy lub ruchomy i jest przeznaczony do stosowania w automatyce przemysłowej. Robot usługowy z kolei to maszyna wykonująca użyteczne zadania dla ludzi lub urządzenie z wyłączeniem zastosowań w automatyce przemysłowej. Z dokładną specyfikacją różnych klas robotów według ISO zapoznasz się TUTAJ.
IFR (skrót od ang. International Federation of Robotics) dodatkowo objaśniła, czego jej zdaniem nie można uznać za robota. W ocenie Federacji do tej klasy urządzeń nie należą:
– software: boty, sztuczna inteligencja (AI), technologie zrobotyzowanej automatyzacji powtarzalnych procesów biznesowych (RPA),
– zdalnie sterowane drony, bezzałogowe statki powietrzne (UAV), bezzałogowe pojazdy naziemne (UGV), autonomiczne pojazdy podwodne (UUV),
– aplikacje asystentów głosowych,
– pojazdy autonomiczne,
– bankomaty, pralki typu smart, itp.
Klasyfikacja zaproponowana przez ISO jest uproszczona. Wgłębiając się mocniej, subkategorii urządzeń jest mnóstwo – chodzi m. in. o wspomniane wcześniej koboty, roboty mobilne czy egzoszkielety. Można je również różnicować pod względem ilości ramion oraz osi (X-Y-Z), według których wykonują ruchy. Przykładem są roboty typu delta. Składają się one z trzech dwuczłonowych ramion, podstawy, w której znajdują się napędy oraz trójkątnej platformy, do której mocowane są chwytaki lub narzędzia. Klasyczny robot delta rusza się w osiach X, Y i Z, bez obrotu platformy (niektóre delty dają taką możliwość). Zagadnienie jest na tyle specjalistyczne, że przekracza profil tej analizy. Dlatego dla bardziej dociekliwych czytelników cenną lekturą może być raport McKinsey z lipca 2019 r., który znajdziesz TUTAJ.
W sektorze działa co najmniej kilkadziesiąt firm o zróżnicowanym modelu biznesowym. Prym wśród nich wiodą podmioty rodem ze Stanów Zjednoczonych, Japonii, Korei Płd. czy Niemiec. Nieprzypadkowo zresztą, ponieważ te państwa należą do forpoczty rozwijającej technologie robotyczne. Jak skomplikowany jest ekosystem sektora widać na poniższej infografice.
Jest już nas 3,5 mln na świecie
Gdyby roboty mogły mówić, to pewnie pochwaliłyby się, że w latach 2011-2021 ich liczebność się zwielokrotniła. W tym czasie wolumen tylko takich urządzeń przemysłowych zwiększył się z ok. 1,2 mln sztuk do blisko 3,5 mln. Skumulowana średnioroczna stopa wzrostu (CAGR), w tym okresie wyniosła 11,7%. Tempo adaptacji nowej technologii bez dwóch zdań przyspiesza. Jeszcze w latach 2000-2010 przeciętnie do przemysłu trafiały ledwie dziesiątki tysięcy nowych maszyn – rozpiętość roczna oscylowała w skali 60-121 tys. Później doszło do przyspieszenia wdrożeń i z dziesiątek tysięcy zrobiły się już setki, choć szło to w miarę liniowo. Od 2016 r. trend dla nowych instalacji robotów przemysłowych zaczął odbiegać od linearności i zaczyna przypominać krzywą wykładniczą. W 2021 r. po raz pierwszy w historii świata uruchomionych zostało ponad 0,5 mln nowych robotów. Według szacunków IFR w najbliższych latach upowszechnienie się robotyki będzie kontynuowane. Organizacja przewiduje, że w 2025 r. zainstalowanych zostanie prawie 0,7 mln maszyn przemysłowych.
Tym, co zwraca w ostatnim czasie uwagę, gdy analizuje się podstawowe trendy w podziale na poszczególne państwa, jest duża ekspansja w robotyce, która dokonuje się w Chinach. Mowa choćby o ostatnim zbadanym roku przez IFR – 2021. Czołowa piętnastka krajów najmocniej stawiających na wprowadzanie robotów do pomocy w procesach przemysłowych zainstalowała ok. 464 tys. nowych maszyn. Z czego ok. 58% przypadło na Państwo Środka. W tym zestawieniu znalazła się również Polska. Według danych Federacji do pracy w naszym kraju w 2021 r. zaprzęgniętych zostało ok. 3,3 tys. robotów (wzrost o 56% rdr).
Chiny nadrabiają zapóźnienia
Postęp chiński w zakresie wdrażania technologii robotycznych staje się jeszcze bardziej widoczny, gdy uwzględni się dłuższy szereg czasowy. W latach 2011-2021 Chiny biły na głowę tempem adaptacji robotyki inne wiodące państwa, które chętnie sięgają po tego typu rozwiązania. CAGR w tych gospodarkach w tym okresie był co najwyżej jednocyfrowy, podczas gdy Pekin charakteryzowała dynamika wzrostu zbliżona do 28%. Jeszcze w 2011 r. zostało zamontowanych tam „jedynie” 23 tys. robotów. W ciągu dekady ta liczba urosła do 268 tys. sztuk. Urządzenia najczęściej wspierały tamtejsze procesy produkcyjne w dziedzinie elektrotechniki, elektroniki, motoryzacji, przemysłu metalowego, maszynowego, gumowego i przetwórstwa plastików.
Działo się tak, ponieważ wbrew potocznej opinii, ta największa populacyjnie gospodarka powoli zaczyna zmagać się z wyzwaniami, które są charakterystyczne dla bardziej rozwiniętych państw. Struktura demograficzna przesuwa się w kierunku coraz większego odsetka osób, które nie są w wieku produkcyjnym. Koszty robocizny nie są już tak niskie jak przed latami. Płace w fabrykach w Chinach podwoiły się od 2007 roku. Do tego dochodzi w wielu przypadkach bezpowrotny ubytek pracowników z powodu pandemii, połączony z izolacyjną polityką imigracyjną.
Te kłopotliwe tendencje prowadzą do tego, że Chiny wciąż „zbroją się” robotycznie na potęgę. Z najnowszych statystyk NBS wynika, że na koniec września 2022 r. liczba nowych instalacji zwiększyła się o 15% rdr. I to mimo zachwiania sprzedaży w II kw. z powodu nagłego rozprzestrzeniania się koronawirusa. Te dane są bez wątpienia niedoszacowane, gdyż obejmują jedynie kilka kategorii urządzeń – małe roboty 9-ramienne, duże roboty 9-ramienne, roboty SCARA i delta, oraz koboty. Taka intensyfikacja działań wzmagających automatyzację produkcji sprawiła, że Państwo Środka wskoczyło do czołówki światowej.
Różnie można mierzyć, kto znajduje się wśród liderów. Jedną z metryk jest liczba robotów na 10 tys. pracowników. Bezapelacyjnym numerem jeden jest Korea Płd., gdzie na 10 zatrudnionych przypada 1 robot. Dalej plasują się Singapur, Japonia, Niemcy i właśnie Chiny. Średnia dla świata wyniosła 141 urządzeń na 10 tys. pracowników w 2021 r. Zgodnie z danymi IFR Polska była poniżej przeciętnej.
Menedżer powierzchni płaskich to tylko przykład
Zastosowania robotów są wszechstronne, choć nie jest też tak, że w każdej sferze aktywności są one w stanie zastąpić ludzi. Ich przewagą konkurencyjną jest to, że mogą działać niemal bez ustanku – nie chorują, nie oddziałują na nie przypadki losowe, nie dotyczą ich regulacje z zakresu prawa pracy. Mogą pracować przez bardzo długi czas, choć podobnie jak ludzie, kiedyś wypadają z obiegu z powodu zużycia materii.
Dla wielu ludzi trudnym zadaniem jest długoterminowe wykonywanie powtarzalnych czynności. Dlatego roboty często zastępują nas przy monotonnych pracach, które da się opisać za pomocą algorytmów, a do tego gwarantują precyzyjną, uprzednio zaprogramowaną, jakość wykonania. Mogą wyręczyć ludzkość w operowaniu w nieprzyjaznym środowisku – m. in. hałas, nadmierne światło, zapylenie, substancje szkodliwe dla zdrowia.
Są przy tym w stanie działać o wiele szybciej niż człowiek. Przykłady można mnożyć. Autostore, firma zajmująca się technologią robotyki, reklamuje się tym, że jej roboty kompletujące w ramach obsługi magazynu spożywczego są w stanie wybierać produkty siedem razy szybciej niż ludzie. O tym, że za reklamą mogą stać rzeczywiste osiągi, przekonuje przypadek Walgreens Boots Alliance (WBA). WBA zarządza m. in. potężną siecią apteczną – grupa kapitałowa ma ponad 130 mld dol. przychodów i przeszło 4 mld dol. zysku netto. Roboty WBA kompletują zamówienia dla ponad 2 tys. aptek. Każdy z nich jest w stanie obsłużyć do 300 recept na godzinę, czyli mniej więcej tyle, ile samodzielnie by zrealizowała w pełni obsadzona, sprawnie działająca apteka, ale w ciągu całego dnia.
Pionierem robotyki była motoryzacja. W tej branży maszyny odpowiadają za szereg procesów – m. in. segregację komponentów, spawanie, lakierowanie czy montaż. Firmy motoryzacyjne cechuje niska rentowność prowadzonej działalności. A zatem gdyby nie wsparcie robotów, to korporacje sektora byłyby jeszcze mnie efektywne, albo byłyby zmuszone do podniesienia cen pojazdów.
„Poza szybkim wzrostem, to co jest najbardziej ekscytujące w robotyce, to fundamentalny wpływ, jaki będzie miała na nasze przyszłe życie, potencjalnie pozbywając się większości prac ręcznych. Pomimo powszechnie odmiennego postrzegania, nawet w wysoce zautomatyzowanych branżach, takich jak motoryzacja, średni stopień automatyzacji (liczba zautomatyzowanych zadań/liczba wszystkich zadań) w montażu końcowym wynosi tylko około 8-10%. A większość innych branż jest znacznie poniżej tego poziomu. Z drugiej strony, do 85% wszystkich zadań jest ogólnie szacowane jako możliwe do zautomatyzowania. Tak więc w rzeczywistości impreza związana z robotyką przemysłową dopiero się zaczyna!” – uważa Georg Stockinger z PAUA Ventures.
Wiele osób korzysta z mini-robotów jako urządzeń sprzątających w gospodarstwach domowych. To tacy nasi mali menedżerowie powierzchni płaskich. W przemyśle te maszyny mają o wiele większe gabaryty i o wiele większe obszary do zagospodarowania. Mało kto sobie obecnie wyobraża w najbardziej rozwiniętych gospodarkach świata, żeby ludzie zaprowadzali porządek na hali produkcyjnej, która potrafi liczyć wielokrotność tysięcy metrów kwadratowych.
Osobisty dżentelmen dżentelmena
Praktycznych zastosowań robotów są tak naprawdę setki. Branża hotelarska uskarża się na braki pracowników. W Europie hotele są obsadzone w 50-60% w porównaniu z poziomem sprzed COVID-19. To bardzo głęboki deficyt. Niemniej, przynajmniej częściowo, w sukurs przychodzi na przykład urządzenie skomercjalizowane przez niemiecki Robotise – Jeeves. Trzeba przyznać naszym zachodnim sąsiadom, że wykazali się nieszablonowym poczuciem humoru. Nazwa maszyny pochodzi bowiem od fikcyjnej postaci z prozy P.G. Wodehouse’a. Występuje w niej kamerdyner o tym imieniu – „osobisty dżentelmen dżentelmena”, który w kulturze anglosaskiej stał się uosobieniem pomocnika zdolnego zaradzić każdemu wyzwaniu.
W związku z kryzysem energetycznym na Starym Kontynencie wiele hoteli oszczędza na minibarach, które nie działają w pokojach. Jeeves przychodzi z pomocą, gdyż dostarczy napoje czy przekąski lub przybory toaletowe. Takie doświadczenie może spotkać klienta sieci Radisson SAS. Jeeves nie okaże się wścibski. Nie zajrzy przez ramię klienta odbierającego dostawę, chcąc zobaczyć, co się dzieje w pokoju. I do tego nie będzie wił się w progu oczekując napiwku.
Skoro już jesteśmy przy napiwkach, to od hotelarstwa do gastronomii droga bywa niedaleka. Koboty upowszechniają się w biznesie restauracyjnym. Amerykański Bear skomercjalizował setki robotów Servi. Obsługują one stoliki, podając jedzenie i napoje, m. in. w sieciówkach Denny’s i Chilli’s. Restauratorzy wynajmują je od producenta, płacąc miesięcznie 700-800 dol. opłaty abonamentowej. W przeliczeniu na stawkę godzinową kosztują przedsiębiorcę 2,5 dol. – „ludzki” pracownik oczekiwałby co najmniej kilkunastu dolarów. Urządzenia działają też na zapleczu. Chipotle Mexican Grill rozpoczęła niedawno testy robota Chippy. Maszyna, stworzona przez Miso Robotics, potrafi zanurzać chipsy w gorącym oleju, mieszać koszem smażalnika, a następnie doprawiać produkt solą i limonką. To spore usprawnienie dla restauracji, trudne do zastąpienia zwłaszcza w sytuacjach szczytów dobowych podawania posiłków.
Robotyka jest też pomocna w służbie zdrowia. Maszyny mogą wykonywać pod ludzką kontrolą nierzadko skomplikowane operacje chirurgiczne, a także świadczyć usługi pomocnicze.
„Szacujemy, że spośród wszystkich zabiegów chirurgicznych, które mogłyby być wykonywane przy użyciu obecnych komercyjnych technologii robotowych, tylko 3% jest wykonywanych przy użyciu robotów” – napisali w grudniu 2022 r. analitycy banku inwestycyjnego Cowen.
Jedną z barier powstrzymujących popularyzację takich zaawansowanych urządzeń chirurgicznych jest koszt wdrożenia technologii. Liderem w dziedzinie chirurgii robotycznej jest Intuitive Surgical. Sztandarowy produkt firmy – Da Vinci, to wydatek rzędu ok. 2 mln dol., do czego należy doliczyć corocznie ok. 150 tys. dol. opłaty stałej za konserwację. Nie każdą zatem placówkę ochrony zdrowia będzie stać na takie urządzenie. Na świecie działa ponad 6 tys. robotów Da Vinci. W Polsce mamy ponad 20 takich maszyn.
Tam, gdzie wymagane jest abstrakcyjne myślenie, które wspiera doświadczenie zawodowe, roboty nie za bardzo przysłużą się cywilizacji. Urządzenia przydają się za to o wiele bardziej na poziomie zadań wspierających medycynę i działy pokrewne. Według danych WHO do 2030 r. na całym świecie zabraknie ok. 15 mln pracowników służby zdrowia. W dużej mierze dotyczy to personelu pomocniczego. Uzupełnić tę lukę mogą roboty mobilne, które już w niektórych miejscach funkcjonują. W szpitalach w Los Angeles i Bostonie pojazdy robotyczne przemierzają labirynty ciągów komunikacyjnych placówek, przewożąc testy laboratoryjne i materiały medyczne.
To wszystko nie byłoby możliwe, gdyby robotyka nie rozwijała się. Postępy w dziedzinie trójwymiarowych systemów wizyjnych, mapowania lokalizacji czy inżynierii mechanicznej powodują, że maszyny stają się jeszcze bardziej użyteczne i przyjazne dla użytkownika. To już nie jest ten etap w wielu przypadkach, że bez wykształcenia inżynierskiego/informatycznego, nie ma szansy na obsługę robota, w tym kobota. Nowe modele dysponują ekranami dotykowymi lub wyposażone są w tablety, dzięki czemu może je obsługiwać każdy. I warunkiem koniecznym do obsługi urządzenia nie jest już niejednokrotnie umiejętność kodowania.
Coraz częściej stosuje się w robotyce sztuczną inteligencję. Wspomaga ona m. in. świadomość sytuacyjną kobotów. Roboty przemysłowe są zazwyczaj nieruchome lub odseparowane od ludzi w strefach bezpieczeństwa. Nie da się tego powiedzieć w przypadku robotów usługowych, a przede wszystkim w odniesieniu do kobotów. Prawdopodobnie wielu ludziom towarzyszyłoby poczucie co najmniej niepewności, gdyby podjechał do nich robot. Strefa komfortu pewnie zostałaby naruszona. Estoński Starship, maszyna z kategorii transportujących różne drobne rzeczy (np. jedzenie), została skonstruowana m. in. w oparciu o AI. Dzięki temu studenci z kampusu George Mason w stanie Wirginia byli wielokrotnie świadkami tego, że robot cierpliwie czekał na przejściu dla pieszych, dopóki z pola jego widzenia nie zniknął ostatni pojazd na drodze. Szkoda tylko, że najwyraźniej był daltonistą, bo nie odróżniał koloru czerwonego od zielonego.
Przyszłość robotyki
Zachowanie Starshipa na przejściu dla pieszych pokazuje, że robotyka, choć nie znajduje się już od dawna w powijakach, to dużo jeszcze jej brakuje, żeby choć zbliżyć się do pełnych zdolności człowieka. Maszyna mogła przecież nie czekać aż z horyzontu zniknie jakikolwiek pojazd, albo rozpoznać kolor światła na sygnalizatorze.
Niemniej prognozy są bardzo obiecujące. Pod koniec czerwca 2021 r. Boston Consulting Group (BCG) podał, że w 2020 r. globalna wartość rynku robotów zamknęła się kwotą 25 mld dol. W 2023 r. będzie to już 40 mld dol. Firma konsultingowa przygotowała dwa scenariusze rozwoju sektora. W scenariuszu bazowym w 2030 r. wartość segmentu ma wynieść 160 mld dol. (CAGR 22%). Zaś w scenariuszu optymistycznym ma to być 260 mld dol. (CAGR 31%). Głównym motorem wzrostu zdaniem BCG okażą się mobilne roboty usługowe. Analitycy spółki podeszli do prognoz szeroko, gdyż zaliczyli do grona robotów m. in. pojazdy autonomiczne (AGV), co odbiega od metodologii sugerowanej przez IFR. Gdyby z ich szacunków odjąć tę właśnie kategorię, to i tak dostaje się imponujące rezultaty. W scenariuszu bazowym rynek robotów w 2030 r. osiągnie wartość 140 mld dol., w optymistycznym 230 mld dol. Z treścią opracowania BCG zapoznasz się TUTAJ.
Te szacunki zasadniczo nie odbiegają od oczekiwań Market Research Future (MRF). W ocenie MRF segment robotyczny będzie miał wartość ok. 215 mld dol. w 2030 r.
Upowszechnienie się robotyki może przełożyć się na strukturalne zmiany w zakresie zatrudnienia. Z ankiety BCG, w której wzięło udział 1300 przedstawicieli kadry kierowniczej firm z całego świata, wynika, że do 2025 r. zatrudnienie spadnie o 5-20%, przy czym pracownicy fizyczni przyjmą na siebie niemal całej ciężar tej zmiany. A to będzie generować szereg napięć społecznych, bo niektóre roboty potrafią robić już takie rzeczy jak te tutaj:
