Sakari Pieskä
Pentti Eteläaho
Jari Kaarela
Tero Kaarlela
Jari Mäkelä
Tomi Pitkäaho
Joonas Pesiö
Sami Sarlin
Jouni Vähäsöyrinki
Mobiilirobottien määrä kasvaa hurjaa vauhtia. Autonomisten mobiilirobottien (Autonomous Mobile Robots, AMR) markkinoiden markkina-arvon odotetaan kasvavan 2,5 miljardista dollarista 15,4 %:lla vuosittain vuoteen 2029 mennessä (AgileIntel Research 2022).
Kansainvälisen robotiikkayhdistyksen (International Federation of Robotics, IFR) elokuussa 2021 julkaiseman ennusteen mukaan autonomisten mobiilirobottien myyntimäärien kasvuprosentit ovat vuosittain 30–40 % aikavälillä 2020–2023 (IFR 2021a). IFR:n julkaiseman uutiskirjeen 8/2021 otsikkona olikin Mobile Robots Revolutionize Industry (IFR 2021b), eli mobiilirobottien kasvun odotetaan tekevän todella suuren muutoksen teollisuuteen, rakentamiseen ja digitalisoituun kaupankäyntiin liittyvissä logistiikka-, mittaus-, tarkastus- ja kunnossapitotehtävissä.
Suomessa mobiilirobottien käyttöönotto on saanut viime aikoina paljon mediajulkisuutta. Loppukeväällä 2021 Building 2030 -hankkeessa nelijalkainen robottikoira skannasi rakenteilla olevan kauppakeskuksen sisätiloja (Aatsalo 2021) ja marraskuussa Centrian robottikoira Must1 oli mukana suuronnettomuusharjoituksessa Oulun satamassa tutkimassa myrkkyvuotoja (Pinola 2021). Kuopion IKEA investoi 2021 verkkokaupan rajun kasvun vuoksi 38 mobiilirobottiin (Mattila 2021). Maaliskuussa 2022 Alepa-ketju alkoi toimittaa ostoksia Helsingissä virolaisen Starshipin mobiiliroboteilla (Aalto-yliopisto 2022; Helpinen 2022; Laitinen 2022) ja kesäkuussa 2022 Citymarket Ruoholahti otti käyttöön 45 mobiilirobottia (Helpinen 2022; Siippainen 2022).
Centria ja mobiilirobotiikka
Centrialla on tutkittu ja demonstroitu mobiilirobotiikkaa ja siihen liittyviä virtuaalisuunnittelun ja sisätilapaikannuksen teknologioita jo 2000-luvun alusta lähtien. Ensimmäiset mobiilirobotiikkaa käsittelevät tieteelliset julkaisut tehtiin vuonna 2004 (esim. Pieskä et al. 2004), ja tuorein on journal-julkaisu heinäkuulta 2022 (Kaarlela et al. 2022), jossa mobiilirobotit ovat mukana robotiikan etäkoulutuksen mahdollistavassa ratkaisussa. Mobiilirobotiikkaa ja paikannusteknologioita onkin käsitelty jo yli kahdessakymmenessä Centrian tieteellisessä julkaisussa vuodesta 2004 lähtien. Kuvassa 1 on esimerkkejä käytössä olleista mobiiliroboteista.
Pohjois-Pohjanmaan liiton, EAKR:n, seutukuntien ja Centrian rahoittamassa Digitaalinen infrastruktuuri -hankkeessa Centria uusi mobiilirobotiikka-teknologiaansa laitteistojen, ohjelmistojen ja sisätilapaikannusjärjestelmän myötä. Uusina mobiilirobotteina Centrialla on pyörillä, jaloilla ja telaketjuilla kulkevia robotteja (Kuva 2). Pyörillä kulkevia mobiilirobotteja ovat Vierimaantien kampuksella sisätiloihin tarkoitetut 250 kg:n kantokyvyllä varustettu Omron LD-250 ja mobiilirobotiikan tutkimusalusta Probot Dolly sekä ulkotiloihin soveltuva UGV (Unmanned Ground Vehicle) Agilexin miniScout. Must1-robottikoira (Unitree A1) on nelijalkainen mobiilirobotti, kun taas Agilexin Bunker on telaketjuilla liikkuva UGV. Keski-Pohjanmaan liiton EAKR-rahoituksella Centrian Talonpojan kampukselle on aikaisemmin hankittu pyörillä kulkeva sisätilojen mobiilirobotti 200 kg:n kantokyvyllä (MiR 200), ja syyskuussa hankinnat täydentyivät Interreg Nord -rahoituksella hankitulla Unitree Go1-robottikoiralla ja Fifish-sukellusrobotilla. Maan pinnalla ja veden alla kulkevien mobiilirobottien lisäksi Centrialla on lukuisia drone-laitteistoja. Mobiilirobotteihin liittyvät hankinnat saavat jatkoa vuoden 2023 aikana Pohjois-Pohjanmaan liiton rahoittaman “Älykkäät koneet ja järjestelmät” -investointihankkeen avulla.
Mobiilirobottien käyttökohteita Centrian hankkeissa ovat olleet mm. logistiikkatehtävät tuotannossa sekä käynnissäpitoon liittyvät tarkastustehtävät teollisuudessa, satamissa, kaivoksissa ja rakentamisessa. Mobiilirobotteja hyödynnetään yhä enemmän ihmisten kanssa tehtävään yhteistyöhön eri tuotantovaiheissa.
Mobiilirobotit käynnissäpidon kohteissa
Teollisuudessa huolto- ja kunnossapitotoiminnan sisältävä käynnissäpito on yksi merkittävimmistä kustannuksia aiheuttavista toiminnoista. Se aiheuttaa toimialasta riippuen noin 2–20 % yrityksen kokonaiskustannuksista (Salo & Siuko 2022). Teollisuuden isona ongelmana on, että valtaosa työstä ja kustannuksista tulee korjaavasta kunnossapidosta. Korjaamisesta tulisi siirtyä edullisempiin ennakoiviin huolto- ja korjaustoimenpiteisiin. Monipuolisilla sensoreilla varustetut mobiilirobotit ja dronet voivat olla merkittävässä roolissa ennakoivaan kunnossapitoon liittyvissä tarkastustehtävissä. Boston Dynamicsin nelijalkaista Spot-robottia pidetään markkinoiden kehittyneimpänä robottina käynnissäpidon tehtäviin, ja niitä onkin tutkimuskäytössä jo yli 1 000 robottia noin sadassa yliopistossa (Begg 2022). Boston Dynamicsin hallituksen puheenjohtaja ja perustaja Marc Raibert kuvaa Spotilla olevan sekä atleettista että kognitiivista älykkyyttä. Edellinen kuvaa sitä, kuinka hyvin se pystyy liikkumaan, tasapainoilemaan ja ohjailemaan itseänsä esteiden ohi, ja jälkimmäiseen liittyvät suunnittelutehtävät ja autonominen datan keräys monipuolisten sensorien avulla (Begg 2022). Centrian käytössä olevilla nelijalkaisilla Unitreen valmistamilla robottikoirilla on hyvin paljon samoja älykkäitä ominaisuuksia kuin niiden esikuvalla, Spotilla.
Centria on tutkinut KÄYPI-, MOCOXR-, PRIORITY- ja RoboSol-hankkeissa nelijalkaisten robottien ja drone-teknologian mahdollisuuksia haastavissa olosuhteissa, mm. Pyhäsalmen kaivoksessa ja Oulun satamassa (Kuva 3). Kaivoksessa tutkittiin robottikoiran ja drone-laitteiston toimivuutta kaivoksessa ja niiden kykyä SLAM (Simultaneous Mapping and Localisation) -toimintaan haastavissa olosuhteissa (RoboSol 2022). Oulun satamassa testattiin 5G-verkkoihin liittyvänä testauksena robottikoiran käyttöä kuvitteellisen myrkkyvuodon havaitsemisessa satamassa olevasta säiliöstä (Pinola 2021). Centrialla on tutkittu myös mobiilirobottien ja drone-teknologian käyttöä palo- ja pelastustoiminnassa sekä 5G-kuuluvuusmittauksissa. Rakennusten kunnossapitotarkastuksiin liittyen on myös ideoitu rakennusten alapohjien lämpövuotojen tutkimista lämpökameralla varustetulla robottikoiralla.
Mobiilirobottien käyttö logistiikkatehtäviin
Mobiilirobottien suosion kasvamisen odotetaan mullistavan toimintatapoja teollisuuden, varastojen, verkkokauppojen ja sairaaloiden logistiikkatehtävissä. Centria on tutkinut KÄYPI-, MOCOXR-, RoboSol- ja SAAROB-hankkeissa pyörillä kulkevien mobiilirobottien käyttömahdollisuuksia teolliseen tuotantoon, akkujen kierrätykseen ja sairaalatoimintoihin liittyvissä logistiikkatoiminnoissa. Kuvassa 4 vasemmalla on esimerkki teolliseen tuotantoon liittyvästä logistiikkatehtävästä tehtaan ahtaalla käytävällä (Pesiö & Rautiola 2021). Kuvassa 4 on myös esimerkkejä akkujen kierrätykseen liittyvistä mobiilirobotin ja eksoskeletonien hyödyntämisestä.
Kuvassa 5 on esimerkkejä MiR 200 -teollisuusrobotin kokeiluista sairaalaympäristön logistiikkatehtävissä. Mobiilirobotti osoittautui toimivaksi ratkaisuksi kokeilluissa kuljetustehtävissä, ja myös aluksi ongelmia aiheuttanut hissin automaattinen käyttö saatiin lopulta onnistuneesti toteutettua.
Centria on testannut UGV (Unmanned Ground Vehicles) -tyyppisten mobiilirobottien käyttöä myös kenttäolosuhteissa. Kuvassa 6 on esimerkkejä Centrian Agilex Bunker ja miniScout UGV-robottien käytöstä haastavissa maastoissa.
Lähteet
Aalto-yliopisto. 2022. Alepa ottaa ruoan robottikuljetukset käyttöön Otaniemessä ensimmäisenä Suomessa. Saatavissa: https://www.aalto.fi/fi/uutiset/alepa-ottaa-ruoan-robottikuljetukset-kayttoon-otaniemessa-ensimmaisena-suomessa. Viitattu 18.5.2022
Aatsalo, J. 2021. Robottikoira skannasi Lippulaivan työmaan – kävelevä robotti herätti hilpeyttä työmaalla. Rakennuslehti 3.5.2021. Saatavissa: https://www.rakennuslehti.fi/2021/05/robottikoira-skannasi-lippulaivan-tyomaan-kaveleva-robotti-heratti-hilpeytta-tyomaalla/. Viitattu 18.5.2022
AgileIntel Research. 2022. Global Autonomous Mobile Robot Market – Trends, COVID-19 impact and Growth Forecasts to 2029. Saatavissa: https://www.agileintelresearch.com/reportdetails/Global-Autonomous-Mobile-Robot-Market/43 . Viitattu 4.10.2022
Begg, R. 2022. A Robot Dog Demonstrates How Mobile Manipulation Affects Automation. Machine Desig. Oct.10, 2022. Saatavissa: A Robot Dog Demonstrates How Mobile Manipulation Affects Automation | Machine Design. Viitattu 17.10.2022
Helpinen, V. 2022. 10 miljoonan euron kellarissa robotit keräävät ruokaa asiakkaille, Espoossa ne seikkailevat jo kadulla – videot näyttävät ruokakaupan tulevaisuuden. Saatavissa: https://yle.fi/uutiset/3-12580938. Viitattu 31.8.2022
IFR 2021a. IFR Press release. Mobile Robots Revolutionize Industry. Saatavissa: https://ifr.org/ifr-press-releases/news/mobile-robots-revolutionize-industry . Viitattu 2.5.2022.
IFR 2021b. IFR Information Paper. A Mobile Revolution – How mobility is reshaping robotics. June 2021. Saatavissa: https://ifr.org/papers. Viitattu 2.5.2022.
Kaarlela T, Arnarson H, Pitkäaho T, Shu B, Solvang B & Pieskä S. 2022. Common Educational Teleoperation Platform for Robotics Utilizing Digital Twins. Machines. 2022; 10(7):577. https://doi.org/10.3390/machines10070577 . Viitattu 17.10.2022
Laitinen, J. 2022. Robotit ilmestyvät Suomen kaduille: Espoossa pörrää pian 60 Alepan kotiinkuljetusrobottia – tekoälyllä toimiva robotti suunnittelee itse reittinsä. Helsingiin Sanomat 12.4.2022. Saatavissa: https://www.hs.fi/talous/art-2000008745956.html . Viitattu 18.5.2022
Mattila M. 2021. Katso, miten robotit kuljettavat verkko-ostoksia Kuopion Ikeassa – verkkokaupan kasvu siivittää robotiikan yleistymistä. YLE uutiset. Saatavissa: https://yle.fi/uutiset/3-11756110 . Viitattu 18.5.2022
Pesiö, J. & Rautiola, A. 2021. Mobiilirobotin soveltaminen tehtaan materiaalikuljetuksiin. Opinnäytetyö. Centria-ammattikorkeakoulu. Saatavissa: https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2021062216522. Viitattu 18.10.2022
Pieskä, S., Sallinen, M., Kaarela, J., Honkanen, V.-M., Sumi, Y. 2004. Applying Remote Monitoring and Control for Rapid and Safe Changes in Robotic Production Cells. Proceedings of The 5th Int. Conference on Machine Automation ICMA2004, 24. – 26.11. 2004, Osaka, Japan, pp. 603–607.
Pinola, M. 2021. 5g-hanke pisti robottikoiran nuuskimaan suuronnettomuusharjoituksessa Oulussa. Tekniikka ja Talous. 15.11.2021. Saatavissa: 5g-hanke pisti robottikoiran nuuskimaan suuronnettomuusharjoituksessa Oulussa | Tekniikka&Talous (tekniikkatalous.fi) . Viitattu 18.5.2022
RoboSol. 2022. Hankkeen nettisivut. Centria-ammattikorkeakoulu. Saatavissa: https://net.centria.fi/hanke/robosol/ . Viitattu 18.10.2022
Salo, M. Siuko, M. 2022. Kylmäpäinen robotti ei hätkähdä vaarallistakaan tehtävää – robotiikka parantaa huolto- ja kunnossapitotoiminnan tuottavuutta. Saatavissa: https://www.vttresearch.com/fi/uutiset-ja-tarinat/kylmapainen-robotti-ei-hatkahda-vaarallistakaan-tehtavaa-robotiikka-parantaa. Viitattu 18.5.2022
Siippainen, A. 2022. Historiallinen mullistus helsinkiläisessä Citymarketissa – 11 km/h-keksintö tuo lisää tilaa ahtaiksi moitituille käytäville. Helsingin Uutiset 3.4.2022. Saatavissa: https://www.helsinginuutiset.fi/paikalliset/4534950. Viitattu 18.5.2022
Artikkelin kuvat: Centria Tutkimus ja Kehitys, hankkeiden arkistot.
Sakari Pieskä
Tutkimusyliopettaja
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 044 4492564
Pentti Eteläaho
TKI-asiantuntija
Centria-ammattikorkeakoulu
Jari Kaarela
Lehtori
Centria-ammattikorkeakoulu
Tero Kaarlela
Lehtori
Centria-ammattikorkeakoulu
Jari Mäkelä
Laboratorioinsinööri
Centria-ammattikorkeakoulu
Tomi Pitkäaho
TKI-päällikkö
Centria-ammattikorkeakoulu
Sami Sarlin
TKI-asiantuntija
Centria-ammattikorkeakoulu
Jouni Vähäsöyrinki
TKI-koordinaattori
Centria-ammattikorkeakoulu
Yhteystiedot: etunimi.sukunimi@centria.fi
