Wyobraź sobie, że stoisz przed szeregiem precyzyjnych komponentów elektronicznych i zmontowanych konstrukcji mechanicznych – pozostają one jedynie statycznym sprzętem bez życia. Kluczem do ożywienia tych komponentów i sprawienia, by działały zgodnie z Twoją wolą, jest programowanie. Niezależnie od tego, czy aspirujesz do budowania robotów od podstaw, czy szukasz rozwoju w dziedzinie robotyki, opanowanie odpowiednich języków programowania stanowi kluczowe podstawy.

„Który język programowania najlepiej nadaje się do rozwoju robotyki?” Na to często zadawane pytanie nie ma absolutnej odpowiedzi. Różne języki mają unikalne zalety, ograniczenia i zastosowania. Chociaż C++ i Python często plasują się jako najpopularniejsze wybory w robotyce, nie nadają się do wszystkich scenariuszy. Optymalny wybór zależy zarówno od Twojego poziomu wiedzy w dziedzinie robotyki, jak i od konkretnych zadań, które zamierzasz powierzyć swojemu robotowi.

Bardziej precyzyjne pytanie brzmiałoby: „Którego języka powinienem się nauczyć, aby mój robot wykonywał określone zadania?” Zdefiniowanie jasnych celów pozostaje kluczowe przy wyborze języków programowania. Poniżej analizujemy najczęściej używane języki programowania robotyki i analizujemy ich odpowiednie zastosowania.

Zanim przejdziemy do poszczególnych języków programowania, musimy zrozumieć Robot Operating System (ROS). Nie będąc prawdziwym systemem operacyjnym, ROS stanowi zbiór bibliotek i narzędzi programistycznych do tworzenia aplikacji robotycznych. Traktuj go jako „system Android” robotyki – framework umożliwiający programistom tworzenie różnorodnych aplikacji.

ROS opiera się głównie na C++ i Pythonie. C++ doskonale sprawdza się w obliczeniach o wysokiej wydajności, podczas gdy Python błyszczy w szybkim rozwoju. Framework ROS łączy mocne strony obu języków. Jako projekt open-source z rozległym wsparciem społeczności, ROS oferuje tysiące zoptymalizowanych pakietów oprogramowania do różnych funkcji. Jego zdolność do łączenia procesów z wielu urządzeń (zwanych węzłami) z centralnym hubem czyni go nieocenionym w rozwoju robotyki.

ROS stanowi doskonały punkt wyjścia dla każdego, kto uczy się robotyki. Najskuteczniejszym podejściem jest praktyczne tworzenie rzeczywistych aplikacji robotycznych. Dzięki wsparciu zarówno dla C++ (za pośrednictwem biblioteki roscpp), jak i Pythona (za pośrednictwem biblioteki rospy), ROS pozwala programistom jednocześnie wykorzystywać zalety obu języków.

Ostateczny wybór zależy od zamierzonej funkcjonalności Twojego robota. Poniżej szczegółowo opisujemy kilka głównych języków programowania robotyki i ich odpowiednie zastosowania:

Popularność C++ w rozwoju robotyki wynika z kilku zalet:

• Podstawa do zrozumienia logiki zachowania robota
• Szeroka kompatybilność z różnymi narzędziami, bibliotekami specyficznymi dla platformy i niskopoziomowym sprzętem
• Wykonywanie w czasie rzeczywistym zdolność do złożonych, specjalistycznych zadań robotycznych

Pomimo bardziej stromej krzywej uczenia się, C++ stanowi dojrzały standard przemysłowy, który maksymalizuje wydajność robota, co czyni go idealnym dla programistów tworzących roboty o wysokiej wydajności.

Ten równie popularny, ale bardziej dostępny język pozostaje faworytem od trzech dekad, ponieważ:

• Łatwość nauki czyni go jednym z najbardziej przyjaznych dla początkujących opcji
• Zwięzła wydajność umożliwia definiowanie funkcji robota przy mniejszej ilości kodu w krótszym czasie
• Silne wsparcie społeczności z obszerną dokumentacją
• Doskonała automatyzacja i przetwarzanie końcowe możliwości
• Szerokie zastosowanie w tworzeniu potężnych nowoczesnych systemów robotycznych

Główną wadą Pythona jako języka interpretowanego jest trudniejsze wykrywanie błędów i wolniejsze wykonywanie w porównaniu do języków kompilowanych, takich jak C/C++. Jednak Python może integrować się z C/C++, aby uruchamiać kod wymagający dużej wydajności bez utraty prędkości.

Popularny zarówno wśród inżynierów robotyki, jak i instytucji edukacyjnych, MATLAB doskonale sprawdza się w:

• Analizie danych
• Budowaniu systemów sterowania
• Modelowaniu i symulacji systemów robotycznych

Zdolność MATLAB-a do identyfikowania błędów podczas prototypowania, a nie produkcji, czyni go kolejnym doskonałym wyborem dla początkujących w robotyce.

C# służy jako podstawowy język dla aspirujących programistów wchodzących w różne dziedziny IT, w tym robotykę. Jego względna łatwość nauki, w połączeniu z doskonałymi zastosowaniami w projektowaniu interfejsów użytkownika i płynną komunikacją z systemami wbudowanymi, umożliwia ciekawe projekty z Arduino i podobnymi systemami. Zaawansowani użytkownicy mogą łączyć systemy ROS z silnikami gier, takimi jak Unity, dla przemysłowych lub komercyjnych środowisk wirtualnych.

Większość kursów robotyki obejmuje Javę jako wymagany język, ponieważ umożliwia robotom wykonywanie czynności podobnych do ludzkich poprzez implementację zaawansowanych funkcji.

Zaprojektowany jako język wizualny, głównie dla osób w wieku 8-16 lat, Scratch wykorzystuje programowanie blokowe z komponentami Squeak, ActionScript i JavaScript. Chociaż brakuje mu zastosowań przemysłowych, skutecznie przygotowuje uczniów do zaawansowanych studiów w zakresie robotyki i programowania.

Te języki, niegdyś uważane za przestarzałe, przeżywają odnowione zainteresowanie ze względu na ich wczesne zastosowania w AI. Lisp (drugi najstarszy język programowania na świecie) pojawia się nawet w częściach ROS, podczas gdy programowanie logiczne Prologu umożliwia reprezentację wiedzy AI, zwłaszcza w AI Watson firmy IBM.

HDLs okazują się cenne dla inżynierów elektroniki tworzących niskopoziomowe komponenty robotyczne, szczególnie w tworzeniu opłacalnych, szybko produkcyjnych części elektronicznych za pomocą programowalnych układów logicznych (FPGA) bez chipów krzemowych.

Jako jeden z pierwszych języków do programowania robotów przemysłowych, Pascal pozostaje istotny dla zastosowań przemysłowych, mimo że jest przestarzały do codziennego użytku. Różni producenci stosują własne języki dla robotów przemysłowych, co utrudnia naukę języków ogólnych.

Ostatnie dwie dekady były świadkami bezprecedensowego postępu technologicznego na całym świecie, w dużej mierze napędzanego przez wydajność i wygodę robotyki. W miarę jak zastosowania robotyki i sztucznej inteligencji nadal rozszerzają się we wszystkich sektorach, osoby wchodzące dziś w tę dziedzinę pomogą kształtować przyszłość, w której roboty będą lepiej służyć ludzkości – czy to poprzez systemy automatyki domowej, ulepszone rozwiązania w zakresie recyklingu odpadów, czy inne innowacje, które niewątpliwie utorują drogę naszej wspólnej przyszłości.