Humanoidirobotti on robotti, joka muistuttaa ihmisen kehoa muodoltaan. Se voi olla suunniteltu toiminnallisiin tarkoituksiin, kuten vuorovaikutukseen ihmisen työkalujen ja ympäristöjen kanssa, kokeellisiin tarkoituksiin, kuten bipedaalisen liikkumisen tutkimiseen, tai muihin tarkoituksiin. Yleensä humanoidiroboteilla on vartalo, pää, kaksi käsivartta ja kaksi jalkaa, vaikka joillain voi olla vain osa kehosta, esimerkiksi vyötäröltä ylöspäin. Joillakin humanoidiroboteilla on myös päät, jotka on suunniteltu jäljittelemään ihmisen kasvonpiirteitä, kuten silmiä ja suuta. Androidit ovat humanoidirobotteja, jotka on rakennettu muistuttamaan ihmisiä ulkonäöltään.
Historia Käsitys humanoidirobotista sai alkunsa monista eri kulttuureista ympäri maailmaa. Jotkut varhaisimmista käsityksistä automaattisesta humanoidista ovat peräisin 4. vuosisadalta eaa. kreikkalaisissa mytologioissa ja erilaisissa Kiinan uskonnollisissa ja filosofisissa teksteissä. Humanoidiautomaattien fyysisiä prototyyppejä luotiin myöhemmin Lähi-idässä, Italiassa, Japanissa ja Ranskassa.
Kreikka Kreikkalainen seppien jumala Hefaistos loi useita erilaisia humanoidiautomaatteja erilaisissa myyteissä. Homeroksen Iliaassa Hefaistos loi kultaisia palvelijattaria ja täytti heidät ihmisäänillä toimimaan puhevälineinä. Toinen kreikkalainen myytti kertoo, kuinka Hefaistos loi jättimäisen pronssiautomaatin nimeltä Talos suojaamaan Kreetan saarta hyökkääjiltä.
Kiina 3. vuosisadalla eaa. taolainen filosofinen teksti nimeltä Liezi, jonka kirjoitti kiinalainen filosofi Lie Yukou, esitti yksityiskohtaisesti idean humanoidiautomaatista. Tekstissä mainitaan Yan Shi -niminen insinööri, joka loi luonnollisen kokoisen, ihmisen kaltaisen robotin Kiinan Zhou-dynastian viidennelle kuninkaalle Mulle. Robotti rakennettiin pääasiassa nahasta ja puusta. Se pystyi kävelemään, laulamaan ja liikuttamaan kaikkia kehon osia.
Lähi-itä 1200-luvulla muslimi-insinööri nimeltä Ismail al-Jazari suunnitteli erilaisia humanoidiautomaatteja. Hän loi tarjoilijarobotin, joka annosteli juomia nestesäiliöstä ja ilmestyi automaattiovesta tarjoilemaan niitä. Toista hänen luomaansa automaattia käytettiin käsien pesuun altaan täyttämiseen vedellä tyhjennyksen jälkeen.
Italia thumb|Malli Leonardon robotista ja sen sisäisestä toiminnasta. 1400-luvulla Leonardo da Vinci käsitteli monimutkaisen mekaanisen robotin, joka oli pukeutunut panssaripukuun ja pystyi istumaan, seisomaan ja liikuttamaan käsiään itsenäisesti. Koko robottia ohjasi hihnapyörien ja kaapelien järjestelmä.
Japani Japanilaiset rakensivat 1600-1800-luvuilla humanoidiautomaatteja, joita kutsutaan karakuri-nukeiksi. Ne muistuttivat nukkeja, ja niitä käytettiin viihteenä teatterissa, kodeissa ja uskonnollisissa juhlissa. Teatterinäytelmissä käytettäviä karakuri-nukkeja kutsuttiin "butai karakuriksi". Kodeissa olevia pieniä karakuri-nukkeja, ns. "zashiki kurakuri", asetettiin pöydille tanssimaan, lyömään rumpuja tai tarjoilemaan juomia. Uskonnollisissa juhlissa käytetyt nuket tunnettiin nimellä "Dashi karakuri", ja ne näyttelivät myyttien ja legendojen tapahtumia.
Ranska Ranskalainen keksijä Jacques de Vaucanson loi 1700-luvulla merkittävän humanoidiautomaatin nimeltä "huilusoittaja". Tämä puinen, ihmisen kokoinen robotti pystyi soittamaan erilaisia melodioita huilulla. Se koostui järjestelmästä palkkeja, putkia, painoja ja muita mekaanisia komponentteja, jotka simuloivat huilun soittamiseen tarvittavia lihaksia.
Sovellukset thumb|left|iCub-robotti Genovan tiedefestivaalilla Italiassa vuonna 2009. Humanoidirobotteja käytetään nykyään tutkimusvälineinä useilla tieteenaloilla. Tutkijat tutkivat ihmisen kehon rakennetta ja käyttäytymistä (biomekaniikka) rakentaakseen humanoidirobotteja. Toisaalta yritys simuloida ihmiskehoa johtaa sen parempaan ymmärtämiseen. Ihmisen kognitio on tutkimusala, joka keskittyy siihen, kuinka ihmiset oppivat aistitiedoista kehittääkseen havainto- ja motorisia taitojaan. Tätä tietoa käytetään ihmisten käyttäytymisen laskennallisten mallien kehittämiseen, ja se on parantunut ajan myötä.
On ehdotettu, että erittäin edistynyt robotiikka helpottaa tavallisten ihmisten kehittymistä. Katso transhumanismi.
Lääketiede ja tutkimus Humanoidirobotit ovat arvokas resurssi lääketieteen ja biotekniikan maailmassa sekä muilla tutkimusaloilla, kuten biomekaniikassa ja kognitiivisessa tieteessä. Humanoidirobotteja käytetään monimutkaisten proteesien kehittämiseen henkilöille, joilla on fyysisiä vammoja, kuten puuttuvia raajoja. WABIAN-2 on uusi lääketieteellinen humanoidirobotti, joka on luotu auttamaan potilaiden alaraajojen kuntoutuksessa.
Vaikka humanoiditutkimuksen alun perin tavoitteena oli rakentaa ihmisille parempia ortooseja ja proteeseja, tietoa on siirretty molempien tieteenalojen välillä. Muutamia esimerkkejä ovat sähkökäyttöiset jalkaproteesit hermo-lihasvammaisille, nilkka-jalka-ortoosi, biologisesti realistinen jalkaproteesi ja kyynärvarsiproteesi.
Humanoidirobotteja voidaan käyttää koehenkilöinä henkilökohtaisten terveydenhuollon apuvälineiden harjoitteluun ja kehittämiseen, ja ne toimivat lähinnä väestöryhmien, kuten vanhusten, robottihoitajina. Humanoidit soveltuvat myös joihinkin menetelmäpohjaisiin ammatteihin, kuten vastaanottotiskien ylläpitäjät ja autoteollisuuden linjatyöntekijät. Pohjimmiltaan, koska humanoidit voivat käyttää työkaluja sekä ihmismuotoon suunniteltuja laitteita ja ajoneuvoja, ne voisivat teoriassa suorittaa minkä tahansa ihmisen tehtävän, kunhan niillä on asianmukaiset ohjelmistot. On kuitenkin valtavan monimutkaista tehdä niin.
Viihde Humanoidirobotilla on ollut pitkä historia viihteen alalla, mytologian olennoista kuten Prometheuksesta teemapuistoissa käytettävän nykyaikaisen animatroniikan sovelluksiin ja fyysiseen rakentamiseen. Humanoidirobottien nykyinen käyttö ja kehitys teemapuistoissa keskittyvät stuntroniikan luomiseen. Stuntroniikka tarkoittaa humanoidirobotteja, jotka on rakennettu toimimaan näyttelijöiden stunt-kaksosina, ja suunniteltu simuloimaan todenmukaista, kytkemätöntä, dynaamista liikettä. Useat Disney-teemapuistoesitykset hyödyntävät animatroniikkarobotteja, jotka näyttävät, liikkuvat ja puhuvat pitkälti kuin ihmiset. Vaikka nämä robotit näyttävät realistisilta, niillä ei ole tietoisuutta tai fyysistä autonomiaa. Erilaisia humanoidirobotteja ja niiden mahdollisia sovelluksia jokapäiväisessä elämässä nähtiin mm. indie-dokumenttielokuvassa nimeltä Plug & Pray, joka julkaistiin vuonna 2010.
Demonstratiivista Vaikka monet humanoidirobottien todelliset sovellukset ovat tutkimatta, niiden ensisijainen käyttötarkoitus on esitellä nousevia teknologioita. Nykyaikaisia esimerkkejä humanoidiroboteista, kuten Honda Asimo, paljastetaan yleisölle, jotta voidaan osoittaa uusia teknologisia edistysaskeleita motorisissa taidoissa, kuten kävelyssä, kiipeämisessä ja soittimien soittamisessa. Muita humanoidirobotteja on kehitetty kotitalouskäyttöön, mutta ne ovat erinomaisia vain yhden tarkoituksen taidoissa ja ovat kaukana itsenäisestä. Humanoidirobotit, erityisesti ne, joilla on tekoäly-algoritmi, voisivat olla hyödyllisiä tulevissa vaarallisissa ja/tai kaukaisissa avaruustutkimuksen tehtävissä ilman tarvetta kääntyä uudelleen ja palata Maahan, kun tehtävä on suoritettu.
Anturit Anturi on laite, joka mittaa jotakin maailman ominaisuutta. Koska aistiminen on yksi kolmesta robotiikan primitiiveistä (suunnittelun ja ohjauksen lisäksi), sillä on tärkeä rooli robottiparadigmoissa. Anturit voidaan luokitella sen fyysisen prosessin mukaan, jolla ne toimivat, tai sen mukaan, minkä tyyppistä mittaustietoa ne antavat ulostulona. Tässä tapauksessa käytettiin toista lähestymistapaa.
Proprioseptiivinen Proprioseptiiviset anturit tunnistavat humanoidin kehon ja nivelten sijainnin, suunnan ja nopeuden sekä muut sisäiset arvot.
Ihmisillä sisäkorvan otoliitit ja puolipyöreät kanavat ylläpitävät tasapainoa ja suuntautumista. Lisäksi ihmisten omat proprioseptiiviset aistit (kuten kosketus, lihasten ojennus, raajan asento) auttavat suuntien kanssa. Humanoidirobottien kiihtyvyysmittarit mittaavat kiihtyvyyttä, josta nopeus voidaan laskea integroimalla; kallistusanturit mittaavat kaltevuutta; robotin käsiin ja jalkoihin sijoitetut voima-anturit mittaavat kosketusvoimaa ympäristöön; paikka-anturit mittaavat robotin todellista sijaintia (josta nopeus voidaan laskea derivoimalla); ja nopeusanturit mittaavat nopeutta.
Exteroseptiivinen thumb|vasen|pysty|Keinotekoinen käsi, joka pitelee hehkulamppua.
Taktiilisensorit antavat tietoja siitä, mitä on kosketettu. Shadow Handissa on 34 taktelia, jotka on järjestetty sen polyuretaani-ihon alle jokaisessa sormenpäässä. Tuntoanturit antavat myös tietoa voimista ja vääntömomenteista, jotka siirtyvät robotin ja muiden kohteiden välillä.
Tietokonenäkö viittaa tietojen käsittelyyn mistä tahansa modaliteetista, joka tuottaa kuvan sähkömagneettisen spektrin avulla. Humanoidirobotit käyttävät sitä kohteiden tunnistamiseen ja niiden ominaisuuksien määrittämiseen. Näköanturien toiminta muistuttaa eniten ihmisen silmiä. Useimmat humanoidirobotit käyttävät CCD-kameroita näköantureina.
Äänianturien avulla humanoidirobotit kuulevat puhetta ja ympäristön ääniä kuten ihmiset korvillaan. Mikrofonia robotit käyttävät yleensä puheen välittämiseen.
Toimilaitteet Toimilaitteet ovat moottoreita, jotka vastaavat robotin liikkeestä.
Humanoidirobotit on rakennettu jäljittelemään ihmiskehoa. Niiden toimilaitteet toimivat lihasten ja nivelten lailla, vaikka niillä on erilainen rakenne. Humanoidirobottien toimilaitteet voivat olla joko sähköisiä, pneumaattisia tai hydraulisia. Näille toimilaitteille ovat ihanteellisia suuri teho, pieni massa ja pienet mitat .
Sähköiset Sähkötoimilaitteet ovat humanoidirobottien suosituimpia toimilaitteita. Nämä toimilaitteet ovat kooltaan pienempiä, eikä yksittäinen sähkötoimilaite välttämättä tuota tarpeeksi tehoa ihmisen kokoiselle nivelelle. Tästä syystä on yleistä, että humanoidirobotin yksi nivel käyttää useita sähkötoimilaitteita. Esimerkki humanoidirobotista, joka käyttää sähkötoimilaitteita, on HRP-2.
Hydrauliset Hydrauliset toimilaitteet tuottavat enemmän tehoa kuin sähkö- ja pneumaattiset toimilaitteet, ja niillä on kyky ohjata tuottamaansa vääntömomenttia muun tyyppisiä toimilaitteita paremmin. Niistä voi kuitenkin tulla kooltaan erittäin isoja. Yksi ratkaisu koko-ongelmaan on elektrohydrostaattinen toimilaite (EHA). Suosituin esimerkki humanoidirobotista, joka käyttää hydraulitoimilaitteita, on Boston Dynamicsin valmistama ATLAS-robotti.
Pneumaattiset Pneumaattiset toimilaitteet perustuvat kaasun puristuvuuteen. Täytettäessä ne laajenevat akselia pitkin ja tyhjentyessä ne supistuvat. Jos toinen pää on kiinteä, toinen liikkuu lineaarista rataa. Suosittu esimerkki pneumaattisesta toimilaitteesta on Mac Kibben -lihas.
Suunnittelu ja hallinta Roboteissa suunnittelu on prosessi, jossa suunnitellaan robotin suorittamia liikkeitä ja ratoja. Hallinta on näiden suunniteltujen liikkeiden ja lentoratojen todellinen toteutus. Humanoidiroboteissa suunnittelun on suoritettava kaksijalkaiset liikkeet, mikä tarkoittaa, että robottien tulee suunnitella ihmisen kaltaisia liikkeitä. Koska yksi humanoidirobottien tärkeimmistä käyttötavoista on vuorovaikutus ihmisten kanssa, on tärkeää, että humanoidirobottien suunnittelu- ja ohjausmekanismit toimivat erilaisissa maastoissa ja ympäristöissä.
Kävelevien kaksijalkaisten robottien vakautus pinnalla on erittäin tärkeää. Robotin painopisteen ylläpitäminen laakerialueen keskipisteen yläpuolella vakaan asennon aikaansaamiseksi voidaan valita hallinnan tavoitteeksi. Ylläpitääkseen dynaamista tasapainoa kävelyn aikana robotti tarvitsee tietoa kosketusvoimasta sekä sen nykyisestä ja halutusta liikkeestä. Tämän ongelman ratkaisu perustuu suureen käsitteeseen, Zero Moment Point (ZMP).