Designing with and for uncertainty: an affordance-driven design space for situated robotic embodiments

Abstract

Robotite disainimine keeruliste ja ettearvamatute keskkondade jaoks on üks robootika keskseid väljakutseid. Valdkonna tavapärane vastus sellle on olnud robotite “ajude” targemaks tegemine: teha paremad andurid, tarkvara ning üha enam ka masinõppe süsteemid, mis suudavad reaalajas kohaneda. Need edusammud aga on viinud robotid keskkondadesse, mis pole kaugeltki lihtsad ja kus nad jagavad nüüd ruumi inimeste, ettenägematute objektide ja pidevalt muutuvate olukordadega. Ja mis juhtub siis, kui keskkonnaks on katastroofipiirkond, mets või prahihunnik? Need on paigad, mida ei ole võimalik täielikult ette näha ega kaardistada. Mida keerulisem on keskkond, seda selgemaks muutub, et intelligentsus ja kohanemine ei saa toetuda ainult tarkvarale. Roboti keha seab piirid sellele, mida juhtsüsteem võiks saavutada, ehk keha, mis on põhimõtteliselt oma keskkonda sobimatu, ei suuda ka kõige nutikamad algoritmid päästa. Käesolev doktoritöö pakub välja lähenemise, kus roboti keha ei kavandata mitte enne kasutuselevõttu, vaid see kujuneb siis, kui robot on kohale jõudnud. Keskkond, koos oma kultuurilise ja füüsilise kontekstiga, saab osaks keha tekkimise protsessist. Lähenemist demonstreeritakse kahe eksperimentaalse platvormi kaudu. Esimese puhul kasutatakse niiskusele reageerivaid puitpõhiseid laminaate, mida osalejad käsitsi töötubades vormivad, tuginedes oma kohalikele käsitöötraditsioonidele ja paiknevast oskusteabele. Teise puhul kasutatakse ketrusstrateegiat, mis suunab kiude otse sinna keskkonda, kus robot töötama hakkab, ehitades keha, mis sobib täpselt paika, milles ta vormub, sarnaselt nii nagu teevad ämblikud. Töö tulemuseks on disainiruum robotite valmistaiseks, kelle kehad on kujundatud nende keskkondade poolt, kus nad tegutsema hakkavad. Töö väidab, et päris maailma keskkondade ettearvamatud omadused ei ole vead, mida tuleb summutada, vaid ressursid, mida saab kasutada ja roboti keha võib olla kohandatud olukorrale, milles ta end leiab. Designing robots for complex, unpredictable environments remains one of the central challenges in robotics. The field’s usual response has been to focus on making robots’ brains smarter: better sensors, better perception, better control software, and increasingly, machine-learning systems that can adapt in real time. These advances have taken robots into settings that are far from simple, where they now share space with people, unpredictable objects, and constantly changing situations. But what happens when the environment is a disaster site, a forest, a coral reef, or a pile of debris? The more complicated the environment, the clearer it becomes that intelligence and adaptation cannot rest on software alone. A robot’s body sets the limits of what any control system can accomplish. A body that is fundamentally mismatched to its environment cannot be rescued by clever algorithms. This thesis proposes an approach in which, instead of designing the robot’s body in advance, the body takes shape upon the robot’s arrival. The environment itself, with its cultural and physical settings, becomes part of how the body is built. Two experimental platforms demonstrate this approach. The first uses wood that swells in humidity, shaped by hand in workshops where participants draw on their local crafts, traditions, and situated knowledge. The second is a fibre-spinning strategy that deposits threads directly into the environment where the robot needs to work, building a body that fits the specific place it occupies, much as spiders do. The result is a design space for making robots whose bodies are shaped by the environments they inhabit. The thesis argues that the unpredictable qualities of real-world environments are not problems to be suppressed but resources to be used. A robot’s body can, in this sense, tailor itself to the situation it finds itself in.