Tero Kaarlela
Sakari Pieskä
Kahdestoista European Robotics Forum (ERF2021) oli tapahtumasarjan ensimmäinen virtuaalisesti toteutettu tapahtuma 2010 alkaneessa foorumien sarjassa. Virtuaalisesta toteutuksesta huolimatta tapahtuma keräsi yli 800 robotiikan asiantuntijaa eri puolilta Eurooppaa. Tapahtuman teemaksi nousi tänä vuonna robottien käytön laajeneminen laboratorioista ja tehtaista reaalimaailman sovelluksiin. Näissä sovelluksissa robotiikan haasteita kasvattavat mm. dynaamisesti muuttuvat toimintaympäristöt, joissa voi olla odottamattomia esteitä ja epätasaisia pintoja.
Haasteet kasvavat, kun robottien tulee kyetä toimimaan yhteistyössä ihmisten kanssa. Tällöin turvallisen toimintaympäristön suunnittelun vaatimukset korostuvat. Ihmisten kanssa toimivien robottien käyttökohteita esiteltiin tapahtumassa laajasti muun muassa ihmisten avustamisen, terveydenhoidon, kuntoutuksen, lääketieteen ja kunnossapidon sovelluksissa. Ankarat tai vaaralliset toimintaympäristöt tuovat usein merkittäviä lisähaasteita robottiratkaisujen turvajärjestelmille. Tällaisia kohteita esiteltiin esimerkiksi vedenalaisissa ympäristöissä, rakentamisessa, maataloudessa, kaivoksissa tai säteilylähteiden läheisyydessä tapahtuvissa tarkastus-, asennus- ja siivoustehtävissä.
Robotiikkaan sulautetun tekoälyn kehittäminen nähtiin tuovan vastauksia moniin edellä mainittuihin haasteisiin ja useissa esityksissä käsiteltiinkin robotiikkaan integroituja tekoälysovelluksia. Sulautetun tekoälyn sovelluksina oli tapahtumassa myös useita palvelu- ja humanoidirobotteja. Covid19-pandemian vaikutus näkyi eri alojen sovelluksissa, ja muun muassa UV-valolla desinfioivia mobiileja robottiratkaisuja esiteltiin niin terveydenhuollon kuin teollisuuden sovelluksissa. Kyberturvallisuus robotiikassa oli vahvasti esillä tapahtumassa. Tero Kaarlela esitteli tapahtumassa ansiokkaasti CyberSecurity-sessiossa Centrian robotiikan kyberturvallisuuden toteutuksia TRINITY-hankkeen ja robotiikan opetuksen tiimoilta.
Robotteja sairaaloissa ja hoitotyössä
Terveydenhuollon merkitys on korostunut meneillään olevan pandemian vuoksi. Pula työvoimasta, hapesta ja rokotteista on johtanut ihmishenkien menetyksiin. Robotiikkaa on hyödynnetty terveydenhuollon eri tehtävissä jo ennen pandemiaa, mutta viime aikoina terveydenhuollon robotiikan kehittämiseen on suunnattu enemmän voimavaroja. Robotiikan hyödyntäminen terveydenhuollossa voidaan jakaa viiteen osa-alueeseen: Kuntoutusrobotit, diagnostiikkarobotit, leikkausrobotit, potilasta avustavat robotit ja terveydenhuollon henkilökuntaa avustavat robotit.
Kuntoutusrobotteja hyödynnetään potilaiden kuntoutuksessa esimerkiksi aivohalvauksen jälkeen. Kuntoutuksen tavoitteena on potilaan toimintakyvyn vaiheittainen palauttaminen. Kuntoutusrobotit voivat olla esimerkiksi päälle puettavia eksoskeleton-ratkaisuja. Eksoskeleton on ulkoinen päälle puettava tukiranka, joka toimii omien käsi-, selkä, tai jalkalihasten tukena. Kuntoutusrobottien kehitystyön painopisteenä on tällä hetkellä entistä parempi ihmisen tahtotilan tunnistaminen ja ennakointi. Eksoskeletonin käyttäjäkokemus on parhaimmillaan laitteen toimiessa taustalla huomaamattomasti kuin ajatus. Tämä tavoite on mahdollista saavuttaa tunnistamalla ihmisen liikkeet todella herkästi sekä reagoimalla tunnistettuihin liikkeisiin viiveettömästi. Kuntoutusrobotit voivat olla myös ns. “end-effector”-ratkaisuja kuten liikettä tietyllä voimalla vastustavat sauvat, joilla pyritään asteittain vastusta lisäämällä palauttamaan käsien fyysinen toimintakyky.
Diagnostiikkarobottien avulla pyritään tekemään erotteludiagnostiikkaa. Diagnostiikkarobotteja on viime aikoina käytetty koronatartuntojen esidiagnosoinnissa sairaaloiden koronavastaanotoilla. Robottien avulla voidaan esimerkiksi tunnistaa potilaan henkilöllisyys tuloaulassa, mitata potilaan lämpötila, kirjata tiedot järjestelmään ja ohjata tietojen perusteella potilas oikeisiin jatkotoimenpiteisiin. Diagnosoinnin tulevana trendinä on ihmisten halukkuus itsediagnosointiin. Markkinoilla on jo useita vuosia ollut laitteita, joilla ihmiset voivat diagnosoida ja seurata omaa terveydentilansa. Älykellot ja -sormukset toimivat jo syke-, lämpö- ja unimittareina. Niiden lisäksi markkinoilla on älyvaakoja, -verenpaine- ja -kuumemittareita. Uutena tuotteena markkinoille ovat saapuneet erilaiset hengitysanalysaattorit, jotka diagnosoivat henkäyksen perusteella mahdollisia hengityselinsairauksia ja vääriä ruokailutottumuksia. Terveydenhuollon laitevalmistajat ennustavatkin myyvänsä tulevaisuudessa entistän enemmän laitteita suoraan kuluttajille. Tällä hetkellä suurin osa terveydenhuollon laitteista myydään kuitenkin terveyskeskuksiin ja vain pieni osa suoraan kuluttajille.
Leikkausrobotteja on ollut aktiivikäytössä jo noin kahdenkymmenen vuoden ajan. Leikkausrobotit mahdollistavat leikkaamisen etänä, leikkaava kirurgi saa näkymän leikkaussaliin kameroiden avulla ja käyttää laitetta ohjainsauvoilla. Yhdysvaltalaisen Intuitiven valmistama Da Vinci on muodostunut alalla jo käsitteeksi. Niitä on myyty yli 5000 kappaletta 67 eri maahan. Uranuurtajana Da Vinci onkin saavuttanut vahvan jalansijan kirurgisissa sairaaloissa kautta maailman. Intuitiven liikevaihdosta suurempi osa muodostuu nykyään kulutusosien, kuten leikkaavien terien myynnistä uusien robottien myynnin sijaan. TransEnterix:n valmistama Senhance on Da Vincin kilpailija. Senhance sai viime vuonna myyntiluvan Yhdysvalloissa. Se edustaa uusinta uutta alalla ja löytää toivottavasti paikkansa markkinoilla. Laitteen etuina Da Vinciin verrattuna ovat uudelleen käytettävät leikkausterät, haptisuus ja silmien seuranta. Uudelleen käytettävät terät säästävät sekä luonnonvaroja että sairaalan varoja. Haptisuudella tarkoitetaan laitteen ominaisuutta välittää robottia ohjaavalle kirurgille “tuntumaa” toimenpiteitä tehdessä. Tuntuma tarvittavasta voimasta poratessa tai leikatessa välittyy kirurgille hänen kädessään olevan ohjaussauvan vastuksena. Da Vinci ja Senhance ovat laitteita, jotka avustavat leikkauksissa antamalla kirurgille mahdollisuuden ohjata kahdella kädellä useita leikkausteriä. Tulevaisuuden visio leikkausroboteille on nykyistä korkeampi automaatioaste, sillä tällä hetkellä pyritään kehittämään tekoälyn avulla toimivia autonomisia laitteita. Nämä uudet autonomiset laitteet voisivat suorittaa pieniä toimenpiteitä omatoimisesti ilman kirurgin läsnäoloa.
Potilaiden arkipäivää helpottavat robotit voivat avustaa fyysisissä askareissa, kuten kävelemisessä ja tavaroiden nostamisessa. Jo aiemmin mainittu eksoskeleton on yksi mahdollinen ratkaisu helpottamaan potilaita, joilla on heikkoutta raajoissa. Eksoskeleton antaa tarvittavaa lisätukea ja voimaa liikkumiseen ja tavaroiden nostamiseen. Samalla potilaan omat lihakset kuntoutuvat ja joissain tapauksissa toimintakyky palautuu, jolloin lisätuki käy tarpeettomaksi. Fyysisen avun lisäksi osa potilaista tarvitsee apua esimerkiksi muistin ja sosiaalisen kanssakäymisen tukemiseen. Tähän tarpeeseen on kehitetty monia ratkaisuja kuten Centriastakin löytyvä Kompai-palvelurobotti tai Pal Robotics Ari. Kompai ja Ari muistuttavat ottamaan lääkkeet, kertovat säätilan ja osaavat avata videoyhteyden hoitajalle. Sosiaalisten tilanteiden pelosta kärsiville potilaille on olemassa “chatbot”-laitteita. Chatbotit taitavat small talkin aiheesta kuin aiheesta ja niiden kanssa on helppo harjoittaa sosiaalisia taitoja. Pandemian aikana Kompait, Arit, chatbotit ja monet muut ratkaisut ovat tarjonneet useille potilaille mahdollisuuden pitää yhteyttä toisiin ihmisiin ja kommunikoida muiden kanssa.
Terveydenhuollon henkilökunnan työtä helpottavat robotit avustavat päivittäisissä terveydenhuollon rutiinitehtävissä. Näitä tehtäviä ovat esimerkiksi potilaiden siirtäminen, lääke- ja ruokatoimitukset, pintojen desinfiointi, sekä potilaiden terveydentilan tarkastaminen. Potilaiden siirtäminen on fyysisesti raskas ja vaativa usein toistuva tehtävä. RoBear on Japanissa kehitetty humanoidirobotti, joka nostaa potilaan syliin kevyesti ja vaivattomasti. Pienetkään potilaat eivät RoBearia pelkää, koska se muistuttaa ulkoisesti lempeää nallekarhua. RoBearille on useita vaihtoehtoisia ratkaisuja, kuten erilaiset keventimet ja puettavat eksoskeletonit. Terveydenhuollon henkilökunnan työtä helpottavat myös erilaiset etäläsnäolorobotit. ReMeDi eli “Remote Medical Diagnostician” on etäläsnäolorobotti, jonka avulla lääkäri kykenee kevyeen diagnostiikkaan sekä videoneuvotteluun potilaan kanssa. ReMedi on periaatteessa mobiilirobotti, joka toimii alustana näytölle, 2D- ja 3D-kameroille, mikrofonille, kaiuttimille, kuumemittarille sekä ultraäänikuvantamislaitteelle. Yksi lääkäri voi usean ReMeDi:n avulla diagnosoida potilaita useissa sairaaloissa huolimatta fyysisestä välimatkasta. Robotit ovat tarpeellisia myös sairaalan sisäisessä tavaralogistiikassa, kuten esimerkiksi lääke- ja ruoka-annoksien annostelussa ja toimittamisessa potilaille sekä pintojen desinfioinnissa UV-valon avulla. Robotisoituun pintojen desinfiointiin on kehitetty pandemian aikana useita ratkaisuja; tyypillinen toteutustapa on mobiilirobotin päälle asennettu UV-valotorni. Mobiilirobotti navigoi itsenäisesti desinfioitavassa tilassa puhdistaen pinnat omatoimisesti. Itsenäisen navigointiominaisuuden vuoksi mobiilirobotteja hyödynnetään myös lääkkeiden, vaatteiden ja ruoka-annosten toimittamisessa potilaille. Mobiilirobotit ovatkin toimiva alusta moniin terveydenhuollon tarpeisiin.
Palvelu- ja humanoidirobotit olivat ERF2021-esityksissä vahvasti esillä myös muissa kuin terveydenhuoltoon liittyvissä sovelluksissa. Eräs vahvasti EU-projekteissa palvelurobotiikan sovelluksia kehittänyt yritys on espanjalainen PAL Robotics, joka on ollut mukana kehittämässä palvelurobotiikan sovelluksia muun muassa sisäisen logistiikan ratkaisuihin, inventointirobotteihin, ruoantuotantoon, tuotantokäyttöön ja monenlaisia sosiaalisia robotteja vanhusten tai vammaisten avustamiseen ja muuhun terveydenhuollon käyttöön.
Kunnossapito
Kunnossapitoon liittyvissä esityksissä oli vahvasti esillä drone-teknologian käyttö tarkastukseen ja kunnossapitoon. Samaa asiaa tutkitaan myös Centriassa käynnissä olevissa RoboSol- ja KÄYPI-hankkeissa. Tyypillisinä sovelluskohteina ERF2021-esityksissä olivat rakenteiden tai säiliöiden ulko- tai sisäpuoliset tarkastukset NDT-menetelmillä (rikkomaton aineenkoetus) sekä sähkölinjojen tarkastukset. Joissakin sovelluksissa pyrittiin täysin autonomisiin ratkaisuihin ja toisissa, puoliautonomisissa sovelluksissa, käyttäjän avulla saatiin joustavuutta ja monipuolisuutta toteutuksiin. Sovelluksissa käytetään usein tekoälypohjaisia ratkaisuja sensoritiedon analysointiin: konvoluutiopohjaiset neuroverkot (CNN) ovat käytössä varsinkin kameratietojen analysoinnissa. Drone-teknologiassa esillä oli pyrkimys autonomiaan myös laitteiden energian osalta esimerkiksi aurinkopaneeleiden käytöllä. Drone-teknologian lisäksi esiteltiin myös maanpinnalla kulkevia mobiilirobotteja tarkastustehtäviin. Näissä korostuivat integroidun tekoälyn hyödyntäminen navigoinnissa, esteiden kiertämisessä ja törmäysten välttämisessä sekä sensoritiedon analysoinnissa.
Juha Röning esitteli Oulun yliopiston koordinoimaa HYFLIERS-hanketta, jossa kehitetään maailman ensimmäistä teollisuuskäyttöön suunniteltua ilmassa ja maassa kulkevaa hybridirobottia vaarallisissa työympäristöissä sijaitsevien kohteiden tarkastuksiin. Hankkeessa kehitellyssä prototyypissä drone-teknologiaa on yhdistetty käärmemäiseen robottikäsivarteen, jolla voidaan liikutella sensoreita hankaliin paikkoihin. Sovelluskohteina olevissa öljy- ja kaasujalostamoissa ultraäänipohjaisilla seinämien paksuusmittauksilla on keskeinen rooli.
Centrian DIH TRINITY-hankkeen sisarhanke DIH RIMA (Robotics for Inspection and Maintenance) esitteli hankkeen ja sen avoimen haun projekteissa saavutettuja tuloksia, joissa usein tärkeissä rooleissa ovat drone-teknologia ja sensoritiedon analysointi. Session paneelikeskusteluissa suurimpana haasteena nähtiin se, miten pk-yritykset saataisiin hyödyntämään uusinta teknologiaa ennakoivassa kunnossapidossa, mikä toisi heille usein suuria säästöjä korjauskustannusten alenemisena.
Eräs mielenkiintoinen kunnossapitoon ja rakentamiseen liittyvä sessio käsitteli elokuussa 2018 romahtaneen Genovan Morandin sillan tilalle tehtävän uuden sillan rakentamiseen liittynyttä autonomisten tarkastus- ja kunnossapitorobottien kehittämistä. Sessiossa sillan robotisointihankkeen italialaiset toteuttajat esittelivät monipuolisesti onnistunutta toteutusta. Robottien tehtävänä on ennakoiva kunnossapito ja niiden avulla tarkastetaan säännöllisesti rakenteiden kunto ja pestään sillan aurinkopaneelit ja lasiset tuuli- ja äänisuojat. Robotit kiinnittyvät sillan reunoihin: rakenteiden tarkastusrobotti kulkee kiskoilla ja sillan pesurobotti toimii aurinkoenergialla. Molempia robotteja sillassa on kaksi kappaletta ja niitä ohjataan yhteisellä ohjauksella. Tarkastusrobotit ovat seitsemän metriä leveitä ja hiilikuitukäsivarsi voi saavuttaa jopa 17 metrin pituuden. Tarkastusrobotit sisältävät paljon optista mittaustekniikkaa, muun muassa 14 korkearesoluutioista videokameraa, RGB 3D-kameroita ja hyperspektrikameroita. Pesurobotti on 3,5 metriä korkea ja kahdeksan metriä leveä ja sen vaunuissa on 56 pyörää. Pesurobotti on suunniteltu kestävän kehityksen mukaisesti saaden käyttövoimansa aurinkopaneeleista ja keräten sadevettä, jota se hyödyntää pesutehtävissään.
Mahdollisesti radioaktiivista säteilyä sisältävissä kohteissa (esim. ydinvoimalaitokset, kaivokset) on usein pystyttävä tarkastuksiin ja kunnossapitoon liittyvien mittausten lisäksi pystyttävä tekemään robotin toimilaitteiden avulla säteilyä pysäyttäviä toimia tai avustettava pelastustöissä. Tyypillisesti näissä tehtävissä käytetään robottikäsivarrella varustettuja mobiilirobotteja. Eräässä demonstraatiossa esitettiin myös, miten tällainen robotti pystyy hakemaan säteilytilasta tajuttomia työntekijöitä.
Robotit rakentamisessa
Rakentamisrobotiikkaa tarkasteltiin omassa sessiossaan, jossa oli muutamia demonstraatiota ja paljon keskusteluita sekä loppupaneeli, joissa pohdittiin tärkeimpiä rakentamisrobotiikan kehitysaskeleita. Potentiaalisimpina robotisointikohteina nähtiin esivalmistus, lämpöremontit, sekä maalaus- ja pintakäsittelykohteet. Yksittäisistä työtehtävistä nousivat esille tarkastukseen, kokoonpanoon, kattamiseen ja logistiikkaan liittyvät tehtävät. Lisää osaamista yrityksiin tarvitaan robotiikasta, ohjelmoinnista, tekoälystä, sekä järjestelmä- ja käyttöliittymäsuunnittelusta. Rakentamispaikalla tapahtuvien tehtävien robotisointi arvioitiin hankalimmin toteutettavaksi. Näiden ns. on-site-tehtävien robotisoinnissa ovat keskeisiä asioita työmaan järjestelmällisyys, turvaratkaisut, sekä helppokäyttöiset ja joustavat ihminen-robotti käyttöliittymät.
Tietoturva on tärkeä osa robotiikkaa
Tietoturva on tärkeässä roolissa ihmisten tietosuojan ja fyysisen turvallisuuden kannalta. Robotit ja ihmiset työskentelevät usein yhteistyössä ihmisten kanssa. Esimerkiksi kokoonpanotyössä työvaiheet on usein jaettu ihmisten ja robottien kesken. Robotit suorittavat fyysisesti raskaat ja epäergonomiset työvaiheet, kuten raskaiden kappaleiden nostamisen paikoilleen, ja ihmiset hoitavat kevyemmät työvaiheet, kuten tarkastuksen ja viimeistelyn. Jaetut työtehtävät tarkoittavat väistämättä myös jaettua fyysistä työtilaa: tehtaassa työntekijät jakavat saman työtilan robottien kanssa ja sairaalassa puolestaan henkilökunta, robotit ja potilaat jakavat saman fyysisen tilan. Koska robotit ovat ihmisten välittömässä läheisyydessä toimivia mekaanisia laitteita, niiden avulla on mahdollista aiheuttaa fyysistä vahinkoa ihmisille. Mahdollinen tietoturvahyökkäys voi häiritä esimerkiksi hoivarobotin toimintaa, jolloin robotti pudottaa potilaan kesken nostotapahtuman. Hyökkääjän on myös mahdollista saada mobiilirobotti hukkaamaan reittinsä, teollisuusrobotti käynnistymään väärään aikaan, tai chatbot vuotamaan keskustelut ja henkilökohtaiset potilastiedot nettiin. Tietoturva tuleekin nähdä kaikkea robotiikkaa koskettavana läpileikkaavana huolenaiheena.
Yhteenveto tapahtuman annista
Yhteenvetona voidaan todeta robottien soveltamisen olevan arkipäivää useilla eri aloilla. Palvelu- ja teollisuusrobotit ovat osoittautuneet tarpeellisiksi sekä teollisuuden että terveydenhuollon parissa. Robottien perinteinen jaottelu teollisuus- ja palvelurobotteihin käyttöpaikan mukaan on murroksessa. Eksoskeletonit ovat käytössä terveydenhuollossa kuntoutus- ja avustustehtävissä sekä teollisuudessa helpottamassa raskaiden taakkojen käsittelyä. Myös cobotit ja mobiilirobotit ovat löytäneet tiensä sekä terveydenhuollon, että raskaan teollisuuden sovelluksiin. Heikko tietoturva on vakava riskitekijä niin fyysisen turvallisuuden kuin tietosuojan kannalta. Laitteiston valmistaja, toimittaja ja käyttäjä ovat vastuussa tietoturvallisen ratkaisun toteutumisesta. Tietoturvallisuus vaatii jatkuvaa ohjelmistojen päivittämistä ja omien toimintatapojen tarkkailua.
Tero Kaarlela
Lehtori
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 040 487 7513
Sakari Pieskä
Tutkimusyliopettaja
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 044 449 2564
