Robotti voi olla kuinka älykäs tahansa – jos se ei pääse paikalle, siitä ei ole hyötyä

Direct Driven perusajatus on yksinkertainen: yleiskäyttöisen robotin ensimmäinen ongelma ei ole vain se, osaako se ajatella, vaan se, pääseekö se sinne, missä työtä tehdään ja uutta dataa kerätään. Jos robotti ei pysty ylittämään tavallisen ympäristön fyysisiä esteitä, paremmat näköjärjestelmät tai suuremmat perustamallit eivät yksinään tuota tarvittavaa vuorovaikutusdataa eivätkä laajenna robotin liiketoimintaa uusiin paikkoihin. 67

Ensin on päästävä paikalle

Arkiympäristöissä on jatkuvasti pieniä mutta robotille merkittäviä korkeuseroja ja pintamuutoksia: reunakiviä, kynnyksiä, rikkinäistä asfalttia, kaltevia pintoja, portaita, mutaa sekä siirtymiä sisä- ja ulkotilojen välillä. Direct Driven mukaan perinteinen pyöräalustainen robotti ei usein pääse tällaisiin paikkoihin lainkaan. Silloin kyseisestä ympäristöstä ei synny myöskään todellista fyysisen vuorovaikutuksen dataa. 6

Tämä kääntää keskustelun tekoälymallista robotin fyysiseen alustaan. Simulaatioilla voidaan harjoitella paljon, mutta niillä on rajansa. Robotti, joka ei pysty menemään tiettyyn ympäristöön, ei voi siellä oppia, kerätä havaintoja tai tuottaa palvelua. 67

Siksi Direct Drive suhtautuu kriittisesti käyttöönottoon, jossa ympäristö muokataan robotille sopivaksi esimerkiksi erillisillä rampeilla, merkeillä, tarkasti rajatuilla ajokaistoilla tai muilla rakenteilla. Yhtiön tavoitteena on, että robotti mukautuu ihmisten rakentamiin ympäristöihin – ei päinvastoin.

Tämä on yhtiön strateginen näkemys, ei koko alan vahvistama yksimielinen johtopäätös. Ruumiillinen tekoäly tarvitsee edelleen myös toimivaa manipulointia, turvallisuutta, havainnointia, laskentatehoa, laadukasta dataa, kohtuullisia kustannuksia ja luotettavaa käyttöä. Laajemmin määriteltynä ruumiillinen tekoäly tarkoittaa järjestelmää, joka aistii ympäristöään, tekee päätöksiä ja vaikuttaa siihen fyysisesti toimilaitteidensa avulla. 3

Miksi pyöräjalat?

Direct Drive ei asetu täysin pyörien tai jalkojen puolelle, vaan yrittää yhdistää molempien parhaat puolet.

• Pelkkien pyörien etuna ovat nopeus, energiatehokkuus ja käytännöllisyys tasaisilla lattioilla ja teillä. Haittapuolena ovat askelmat, raot, irtonaiset pinnat ja epätasainen maasto. 6
• Pelkillä jaloilla voidaan ylittää esteitä joustavammin, mutta tavallinen pitkän matkan liikkuminen vaatii yleensä enemmän energiaa, ohjausta ja kustannuksia. Direct Driven materiaalien mukaan jalkaratkaisut ovat pyöräliikennettä tehottomampia ja vaikeammin skaalattavia. 5
• Pyöräjaloissa pyöriminen on ensisijainen liikkumistapa. Nivelletyt jalat voivat kuitenkin nostaa runkoa, ottaa askelia, vakauttaa asentoa, muuttaa kehon kulmaa ja auttaa palautumaan esteen ylityksen jälkeen. NVIDIA kuvaa TITA-alustaa vastaavasti ratkaisuksi, joka yhdistää pyörien nopeuden ja ketteryyden jalkojen mukautuvuuteen suoravetojen ja napamoottorien avulla. 4

Käytännössä tavoitteena on, että robotti pystyy jatkamaan tehtäväänsä reunakivien, kaltevan maaston ja epätasaisen jalkakäytävän yli ilman, että reitti täytyy suunnitella uudelleen. Samalla sama alusta voisi toimia sekä sisällä että ulkona.

Tämä auttaa myös ymmärtämään, miksi Direct Drive arvioi kotirobottien voivan tulla koteihin ensin pyörien päällä. Täysin ihmismäinen kävely ei välttämättä ole ensimmäinen tai kustannustehokkain tapa liikkua kodin ja pihan kaltaisissa ympäristöissä.

Suoraveto tekee liikkeestä hallittavaa

Suoravetotekniikassa pyörän napamoottori tuottaa liikkeen suoraan pyörässä. Suoravetoinen tai niin sanottu lähes suoravetoinen nivelen moottori puolestaan tuottaa vääntöä nivelen liikkeisiin, kuten asennon muuttamiseen, askeltamiseen ja esteiden ylittämiseen. 4

Kun perinteisiä voimansiirron osia vähennetään tai jätetään pois, tavoitteena on parantaa väännönhallintaa ja liikkeen välitöntä vastetta. Ratkaisu ei kuitenkaan poista suunnittelun haasteita: moottorien, lämmönhallinnan, ohjauksen ja rakenteiden on kestettävä syntyvät kuormat.

Tässä arkkitehtuurissa tekoäly suunnittelee ja valitsee liikkeen, mutta suoravetoinen laitteisto tekee liikkeestä fyysisesti mahdollisen epätasaisella alustalla. Juuri tähän Direct Driven väite kiteytyy: robotin ruumiillistamista ei voi ratkaista pelkällä ohjelmistolla.

Xingtianista TITA:an ja D1:een

Direct Driven tuotekehitys kuvaa yhtiön mukaan siirtymää kokeellisesta liikkuvuudesta kohti modulaarisia robottialustoja.

Xingtian, 2021

Xingtian oli Direct Driven ensimmäinen kaupallinen suoravetoinen kaksipyöräinen jalkarobotti. Yhtiö asemoi sen varhaiseksi osoitukseksi siitä, että pyöräjalkainen rakenne voi tarjota tavallista pyöräalustaa paremman pääsyn erilaisiin maastoihin. 7

TITA, 2023

Vuonna 2023 esitelty TITA on kahdeksan vapausasteen pyöräjalkainen kaksijalkainen alusta. Se toi mukanaan kehittyneemmän suoravetojärjestelmän sekä kehittäjille suunnatun laitteisto- ja ohjelmistoarkkitehtuurin. 5

Direct Driven mukaan TITA:ssa on kahdeksan lähes suoravetoista toimilaitetta, 120 newtonmetrin huippuvääntö, vaihdettavat akut, avoin Linux-ytimen ja ohjelmointirajapinnan käyttö sekä ROS 2 -tuki. 5

Sensoripuolella yhtiö ilmoittaa alustan käyttävän NVIDIA Jetson Orin NX 16 GB -laskentamoduulia ja tarjoavan 100 TOPS:n laskentatehon. Lisäksi kokoonpanoon kuuluu ultraääni- ja SPAD-anturiteknologiaa sekä kiikarikamerat. Yläosan kiskot mahdollistavat lisävarusteiden ja erilaisten moduulien asentamisen. 45

TITA on suunnattu muun muassa tarkastuksiin, logistiikkaan, maatalouteen ja tutkimukseen. Valmistajan mukaan se kykenee aktiiviseen esteiden väistämiseen, asennon säätämiseen, pudotuksista selviämiseen ja itsenäiseen palautumiseen. 45

D1, 2025

Vuonna 2025 esitelty D1 on modulaarinen ruumiillisen tekoälyn alusta, jossa robottiyksiköitä voidaan yhdistää ja jonka rakenne voidaan vaihtaa kaksipyöräjalkaisesta nelipyöräiseen, ryömivään tai nelijalkaista muistuttavaan kokoonpanoon. 5

Direct Driven ilmoittamissa teknisissä tiedoissa mainitaan enintään 70 senttimetrin esteenkorkeus ja enintään 100 kilogramman hyötykuorma ryömintätilassa. Alustan keskeinen idea on kiinteän yhden muodon sijaan useista yksiköistä muodostuva, käyttötarkoituksen mukaan muokattava rakenne. 5

Yksi kokoonpano voi painottaa ketteryyttä kaupunkiympäristössä sekä portaiden ja jalkakäytävien ylittämistä. Matalampi nelipyöräinen kokoonpano taas voi tarjota enemmän vakautta, kantavuutta ja suorituskykyä vaikeammassa maastossa.

Fyysisestä pääsystä kaupalliseen käyttöön

Direct Drive esittää käyttöönottojaan ja komponenttitoimituksiaan näyttönä siitä, ettei suoravetoinen liikkuvuus ole vain laboratoriokokeilu. Yhtiön yritysmateriaaleissa esitetyt käyttömäärät ja ”maailman ensimmäinen” -tyyppiset kuvaukset ovat kuitenkin pääosin yhtiön omia tai esitemateriaaleihin perustuvia väitteitä, joten niitä on syytä arvioida sen mukaisesti. 57

Xingtianin, TITA:n ja D1:n muodostama kehityskaari etenee liikkuvuuden perusratkaisun todentamisesta sensoripitoiseen ja kehittäjille avoimempaan alustaan sekä lopulta eri tehtäviin mukautuvaan rakenteeseen. 57

Yhtiön ehdottama etenemisjärjestys on siten seuraava: ensin robotille on varmistettava fyysinen pääsy erilaisiin ympäristöihin, sen jälkeen voidaan kerätä todellista vuorovaikutusdataa ja parantaa tehtävien luotettavaa suorittamista. Vasta tämän jälkeen käyttöalueita voidaan laajentaa kohti aidosti yleiskäyttöistä robottia. 67