От R2-D2 и Терминатора до «Аватара»

Роботы захватят мир? Страшилка для детишек, утопия?!

…Пока что утопия…

Но наука целенаправленно идёт к созданию робота-воина, робота-спасателя, защитника, лекаря, собеседника, сиделки, друга в конце концов. Человек не только учится клонировать себя, но и учит роботов клонировать друг друга. Роботы – это сила! Однако до тех пор, пока они не наделены потребностью завоевания или самоутверждения, бояться восстания или массированного удара с их стороны не стоит. В сегодняшнем обзоре представлены самые интересные и свежие новинки из мира роботов.

Работа в области робототехники ведётся во многих странах, в том числе, и в России. Однако лучше всего освещается эта деятельность в США и Японии. Первое направление разработок – военная техника. Это беспилотники, роботы-вездеходы, шпионы, сапёры и т.п. В ряде аспектов роботы превосходят людей и машины, управляемые людьми. Например, самые современные беспилотники имеют большую длительность полёта без дозаправки и более высокую точность бомбардировки. Американский беспилотник Avenger весьма недорог в эксплуатации, может взлетать и садиться на палубу авианосцев, действовать с высоты 16 км. Он имеет рекордную дальность полёта, превышающую 10 тыс. км, оснащён двигателем PW545B с тягой 2177 кг с малой инфракрасной сигнатурой. По продолжительности полёта Predator C Avenger более чем в три раза превосходит пилотируемый бомбардировщик B-2 – 20 ч против 6,5 ч, максимальная скорость полёта 700 км/ч.

Внушают доверие и более хитрые роботы, которые могут пройти через любое бездорожье, по любому покрытию, где может пробраться сам человек (трясина пока не в счёт). Такие разработки имеют несколько назначений. Во-первых, пробраться туда, где человеку находиться опасно. Это может быть, например, ликвидация последствий катастроф, аварий на атомных станциях. Второе назначение – проникновение в лагерь врага. Вот несколько интересных примеров:

Мощный универсальный робот iRobot 710 Warrior поступил в серийное производство. Уникальная дистанционно управляемая машина существенно расширит возможности солдат на поле боя или спасательных и специальных служб в чрезвычайных ситуациях.

iRobot 710 Warrior передвигается с помощью четырех гусениц, что не мешает ему преодолевать сложные препятствия, например, взбираться по лестнице. Мощный манипулятор может переносить грузы весом до 100 кг, разбивать стёкла, разбирать завалы, работать со сложными предметами, открывать двери, багажники автомобилей (аккуратно!) и т.д. Робот также может оснащаться подъёмной грузовой платформой, на которую можно устанавливать оружие, пусковые установки дымовых и нелетальных гранат, систем взрывного разминирования. Робот весит 154 кг и развивает максимальную скорость около 13 км/ч, управляется с помощью джойстика-геймпада с расстояния до 800 м.

На сегодняшний день не все недостатки работы роботов устранены. Так, наземной военной робототехнике присущ громкий шум из-за бензинового двигателя. Это существенно ограничивает применение. Некоторые модели не обладают достаточным уровнем проходимости трудных мест, поэтому приходится вытаскивать их вместе с грузом, который они везут.

Но перейдём к более мирным разработкам.

Для исследования неизвестных мест роботы должны уметь ориентироваться на местности и составлять карту перемещения, оценивая пройденный путь и расстояние до препятствий. Нерешённой осталась проблема внесения изменений в составленную однажды карту. Учёные из MIT (Массачусетский технологический институт, Бостон, США) нашли ключ к этой проблеме. Они использовали недорогую камеру Kinect от Microsoft для сканирования окружающей среды.

Демонстрация работы программного обеспечения на роботе PR2. Сканирование окружающей среды на наличие препятствий проводится динамически, что позволяет обходить движущиеся объекты.

При первом прохождении помещения по данным датчика света видеокамеры и ИК-датчика глубины воссоздаётся его трёхмерная модель с расположением всех объектов. Когда робот попадает в это же помещение повторно, система сравнивает новое изображение с имеющимся и определяет своё местоположение, учитывая произведённые перемещения. Это позволяет избежать ошибок, которые иногда возникают при использовании только данных передвижения. Когда местоположение определено, робот вносит изменения в карту. Как показал эксперимент на роботе и добровольце, система позиционирования работает при скорости перемещения объекта до 1,5 м/с. Пока что система умеет прокладывать маршруты по таким помещениям, как офисы или больницы, когда людей мало или нет вообще.

Данная система позиционирования может пригодиться и в повседневной жизни, например в качестве поводыря невидящим. Она также позволяет без посторонней помощи передвигаться по людным местам.

Другая интересная технология — робот-рука. Он может захватывать предметы бросать или класть их по заданной программе. На видео он раскладывает гвозди и скрепки по коробкам, кидает дротики и мяч в корзину.

Подобных разработок множество, но эту отличает принцип захвата – нет пальцев, «кистью» служит воздушный шарик, наполненный кофе. Как оказалось, кофе сжимается в вакууме и резко увеличивает объем в воздушной среде. Соответственно, регулируя количество воздуха в шаре, можно изменять его объём и захватывать предметы. Точность броска довольно-таки высока, ±60 мм при соответствии направления 95%. Отсутствие пальцев – этого сложного электронного блока, существенно упрощает и удешевляет разработку. Кроме того, захват шарика более ловкий, чем электронной кисти.

Роботы-самолёты получили способность производить сложные построения и выполнять фигуры высшего пилотажа. Лаборатория GRASP выложила очередное видео, на котором 20 летательных аппаратов («ниндзя») демонстрируют свои возможности. Построение в воздухе, групповое выполнение команд – и даже это не так удивляет, как создание рисунков в воздухе (см. в конце видеоролика). Практическое применение лежит в военной области или при работе в экстремальных средах (ядовитые, радиоактивные и т.п.). Летающие роботы могут выполнять предустановленную миссию, выполнять команды группой и работать без лидера в условиях, когда обмен данными друг с другом затруднён. Однако представить работу такой группы без участия человека пока сложно, а для управления нужен какой-то новый способ «общения» с машиной.

Нестандартный подход разработали учёные Гарварда. Они создали микросборки, которые могут раскладываться одним движением из плоской конструкции в объёмную подобно книжке-раскладушке. Роботы могут работать в группе и создавать независимые колонии.

Монолитная пчела-оригами Mobee содержит более 20 сгибов. Высота конструкции равна 2,4 мм

Прототип состоит из 18 слоёв: углеродное волокно, латунь, керамика и соединительные клеевые слои. Общее количество «суставов» — 22, точек сгиба в сборке 115, всего гибких соединений в сборке 137. Масса устройства — 90 мг.

Конструкция вырезается лазером с большой точностью, на одной подложке может быть изготовлено несколько десятков устройств. Технология позволяет использовать различные материалы, в т.ч. полимеры, металлы, керамика и композиты. Основная сложность заключается в том, чтобы создать гибкие подвижные соединения-суставы. Берётся очень тонкий вольфрамовый провод, погружается в суперклей, затем под микроскопом прикрепляется в нужное место на подложке. Это очень трудоёмкий и долгий процесс, который пока не автоматизирован.

Тот же результат можно получить с помощью блокирующих механизмов и пайки погружением. Такой подход позволяет, во-первых, автоматизировать процесс, а во-вторых, наладить массовый выпуск.

Разрабатываются технологии «обратного взаимодействия» с роботами. Для развлечения можно себя почувствовать роботом, достаточно надеть специальные очки и перчатки TELESAR V. Реальный робот будет повторять все действия и мимику человека-оператора, как в голливудских фильмах «Аватар» или «Айронмен». А человек в свою очередь будет видеть, слышать и чувствовать всё то, что и робот.

Оборудование для «перевоплощения» в робота. Человек управляет реальным роботом, расположенным рядом с ним, и чувствует и видит всё то, что и робот

«Я надеваю очки и перчатки, начинаю двигаться. Я вижу, что мои руки превращаются в руки робота. Когда я двигаю головой, я вижу не то, что я видел до этого. Я вижу головой робота», – делится впечатлениями один из разработчиков.

Обмен данными между роботом и оператором

Датчики на роботе передают поток сигналов, которые преобразуются в ощущения человека. Через перчатки оператор чувствует всё, что трогает робот, как будто он трогает это сам. Передаётся даже ощущение температуры.

Подобные роботы могут работать в таких средах, где не может находиться человек, однако его навыки незаменимы.

Глядя на эти достижения, возникает вопрос, смогут ли роботы полностью заменить человека? При выполнении операций, не требующих принятия решений, роботы применяются давно. За последние 10 лет техника шагнула далеко вперёд, и роботы уже научились принимать некоторые решения. Нет сомнений, что развитие в этом направлении будет идти и дальше. Но что в социальном плане?

Исследование учёных показало, что мозг человека устроен так, что общение человека с роботом никогда не будет восприниматься так же, как общение человека с человеком. Робот должен владеть не только вербальным языком, но и жестами, мимикой, «языком тела». У робота должна быть индивидуальность. Как показали опыты, если робот и человек имеют схожие характеры, человек получает большее удовольствие от общения.

Другой аспект – внешность робота должна соответствовать нашему восприятию его способностей. В прошлом году проводились исследования, в результате которых выяснилось, что мозг человека больше настроен на восприятие человекоподобных существ. Сканирование мозга показало, что в зависимости от внешности робот вызывает разную активность одних и тех же участков мозга. Причём, важно не только внешнее сходство, но и соответствие движений и мимики.

Наконец, робот должен уметь общаться. В лаборатории технологического института в Джорджии был создан «социальный» интеллект, в основе деятельности которого четыре компонента: способность учиться у других, способность работать в коллективе, умение выражать эмоции и способность понимать намерения человека и отвечать на них.