Идея о производстве устройства, которое было бы способно заменить человека в повседневной работе, возникла у человечества несколько сотен лет назад. Еще в XV веке Леонардо да Винчи изготовил детальные чертежи механического рыцаря, способного сидеть, раздвигать руки, двигать головой и открывать забрало, правда дальше проекта дело не пошло. Первые же конструкции, отдаленно напоминающие человека, появились в 30-х годах прошлого столетия, но выполнять они могли только простые движения (движение рукой и поворот головы) и назвать их даже подобием человека можно было с большой натяжкой. Зато эти первые разработки вдохновили фантастов того времени на множество произведений, посвященных робототехнике, в которых детально описывалось будущее, в котором роботы не только получили массовое распространение, но и полностью освободили людей от физической работы. Тогда, как и сейчас, кинематографисты обыгрывают тему обретения роботами человеческих качеств и полного вытеснения человеческой расы.
В 1942 году американский писатель Айзек Азимов, развивая эту тему, сформулировал знаменитые "Три закона робототехники", согласно которым робот не может нанести вред человеку, должен выполнять указания человека и заботиться о своей безопасности в случае, если это безопасно для человека. Фактически роботу была предопределена роль именно послушного механического обслуживающего персонала.
Друг Азимова, не менее знаменитый писатель Роберт Хайнлайн в произведении "Дверь в лето" описал несколько моделей роботов для домашнего хозяйства. Это, во-первых, "горничная", которая целыми днями могла драить полы, а если ей попадался любой предмет, она поднимала его с пола и клала на поднос, чтобы кто-нибудь поумнее решил — выбрасывать его в мусорное ведро или нет. Во-вторых, железный дворецкий-нянька "Ловкий Френк", который убирал, готовил, застилал кровати и следил за детишками. Правда, в написанной в 1956 году книге производство роботов представлялось очень простым делом: руки-манипуляторы от станка по отмериванию ядерных изотопов, "глаза" и "уши" от телевизора с видеокамерой и "тело" от пылесоса.
Самой главной проблемой фантаст считал изготовление мозга робота. Хайнлайн представлял некую трубку-модуль памяти, способную запомнить одну операцию: если вмонтировать в робота несколько десятков таких трубок и объединить их одним управляющим модулем, то механизм легко сможет заменить человека и выполнять множество несложных операций. Хайнлайн и другие фантасты, среди которых было немало докторов наук и профессоров, в своих произведениях считали, что такие механические слуги должны заполонить дома людей к средине 1980-х. Время показало, что к этому времени человечество удосужилось только приблизиться к разработке гуманоидов из металла.
РОБОТ ASIMO УЖЕ УМЕЕТ ХОДИТЬ И ЗДОРОВАТЬСЯ
Одним из самых продвинутых роботов на сегодняшний день является разработка компании Honda — модель ASIMO (названа в честь Айзека Азимова). К ее разработке смогли приступить лишь в 1986 году — до этого не существовало технологий даже для начала разработок. На разработки и исследования тратят ежегодно порядка $200 млн, но прогресс пока невелик.
Ходьба. Это звучит удивительно, но одна из самых сложных задач, с которыми столкнулись инженеры на первых порах, — "научить" робота ходить на двух ногах по прямой — на это ушло почти 10 лет. Разработчики поначалу пытались сымитировать походку человека, но это оказалось непростой задачей, поскольку потребовало создания очень сложной системы амортизаторов и сервомоторов, которая бы управлялась быстрым процессором. На это ушло почти 5 лет, а первые модели были похожи на ящик с ногами. Еще сложнее — заставить робота ходить по кривой траектории, по кругу, задним ходом и поворачиваться: потребовалась разработка сложного ПО и ЭВМ с мощным процессором. Такого уровня развития машина достигла только лишь к средине 90-х, а робот приобрел человеческие черты.
Прыжки. Еще более сложная задача — заставить робота отрываться от земли и контролировать положение центра масс: для этого пришлось разработать более мощные сервомоторы и более прочные ступни с новыми сенсорами поверхности. Во время ходьбы человек полностью переносит вес тела с ноги на ногу, а на бегу полагается на быструю смену ног — для компенсации центробежной силы роботу в корпус пришлось установить дополнительный сервомотор, чтобы он мог на бегу поворачивать корпус, по-человечески. К началу XXI века он смог ходить по ступенькам.
Жизнь. Следующая задача, которую поставили перед собой разработчики, — научить робота жить в человеческом мире: открывать двери, нажимать кнопки, удерживать предметы и выполнять простые операции, например, пожимать руку. Для этого инженеры усложнили сенсоры, поставили абсолютно новые сервоприводы и заново переписали программное обеспечение с одновременной заменой процессора. Кроме того, машину дополнили аудиосистемой — робот научился слушать и говорить.
Цена. Разработчики говорят, что через 10 лет ASIMO научится выполнять вместо домохозяек домашнюю работу и его будут продавать по цене авто класса Honda Civic (сегодня это около $25 тыс.)
ЧТО УМЕЕТ ASIMO
Робот может рассказать о погоде, а узнав человека, обратится к нему по имени, пожмет руку и по команде принесет кофе. Также гуманоид умеет танцевать и подниматься по лестнице
Взаимодействие с объектами. У ASIMO в голову встроена видеокамера с лазерным детектором, с помощью которой он может следить за перемещениями большого числа объектов, моментально определяя дистанцию до них. Робот способен отличать примерно десять разных человек по лицам. Как только он узнает кого-нибудь, он тут же обращается к нему по имени.
Распознавание звуков. Благодаря встроенным микрофонам робот определяет, откуда идет звук и кому он принадлежит. Робот умеет откликаться на собственное имя, поворачивать голову к людям, с которыми говорит, а также оборачиваться на неожиданные и тревожные звуки — такие, как звук падающей мебели.
Приспособленность к окружению. Талия робота напичкана сенсорными датчиками, благодаря чему он умеет распознавать предметы и поверхности, поэтому он работает безопасно для себя и окружающих. Например, он может двигаться по ступенькам, обходить препятствия, останавливаться. Кроме того, дозировать усилие, чтобы пользоваться тем или иным предметом, например, брать поднос с кофе и работать официантом.
Работа в сети. Робот связан с интернетом, откуда получает информацию и способен, например, рассказать о погоде.
- Вес. 54 кг
- Рост. 1 м 30 см
- Скорость ходьбы. 2,7 км/ч
- Скорость бега. 5 км в час (с поворотами)
- Отрыв от земли. 0,08 с
- Время работы без подзарядки. До 60 мин.
Источник world.honda.com
ROBOCUP: РОБОТЫ ИГРАЮТ В ФУТБОЛ
Робофутбол. Через 40 лет роботы сыграют в футбол против людей
Какой робот лучше и как это оценить? А почему бы не заставить их... сыграть в футбол. Еще в 2002 году прошлого века профессионалы и любители робототехники объединились и начали проводить одновременно с чемпионатами мира по футболу среди людей и чемпионаты по этому виду спорта среди человекоподобных — RoboCup Humanoid League. Поставленная задача весьма амбициозна: к 2050 году робототехника должна дойти до такого уровня, чтобы машины могли на равных играть против людей и с соблюдением всех футбольных правил. В этом же году был проведен экспериментальный матч, в котором играли смешанные команды людей и роботов. Победила, как всегда, дружба.
В гуманоидной лиге имеются свои четыре категории, по которым роботов распределяют по высоте — от 40 до 160 сантиметров. Сам футбол также поделен на два типа игр: соло — подошел, постоял на одной ноге минуту, ударил по мячу — и состязание, оно же матч — пенальти (один робот бьет, а другой на воротах) и поединки один на один, двое на двое, а также трое на трое. Доминируют на соревнованиях в основном японские и немецкие роботы, впрочем, в затылок им дышат американские модели, а конструкторами выступают научно-исследовательские лаборатории и университеты.
Роботы большего размера пока в состязаниях участия не принимают — самый продвинутый робот ASIMO пока только способен ударить ногой по мячу и при этом не упасть. Как нам пояснили разработчики, для того, чтобы он сделал такое элементарное действие, им пришлось работать над созданием технологии сохранения равновесия более 20 лет. Может быть, лет через пять ASIMO научится набивать мяч на одной ноге, а пока что они работают над тем, чтобы он мог взять мяч в руки и выбить его. Однако девизом соревнования является фраза "Один маленький шаг робота — большой прыжок вперед человечества". Так что, если через 41 год футбольный матч роботов с людьми таки состоится, возможно, человеческое общество к тому времени будет жить в совсем другом мире, практически полностью роботизированном.
РОБОТЕХНОЛОГИИ В РЕАЛЬНОЙ ЖИЗНИ
ПОМОЩЬ ИНВАЛИДАМ: КИБЕРНОГИ ШАГАЮТ САМИ. Понятное дело, что только лишь на создание штуковины, которая подносит кофе, миллионы тратить не будут. Богатый опыт совершенствования ASIMO, а также собственные исследования по биомеханике человеческой ходьбы позволили компании Honda создать киберштаны.
Человек с ограниченными возможностями надевает специальный механизм с сервоприводами, и они помогают ему ходить: компьютер командует парой электромоторов в соответствии с сигналами датчиков уровня, центра тяжести и с учетом угла сгибания коленей. Если человек перемещается в полуприседе или поднимается по лестнице, усилие моторов, поддерживающих вес владельца, увеличивается.
Новинка сейчас активно продается на рынке Японии, но по данным компании-разработчика, на 2010 год намечено начало продаж в Европе и Америке. Главный ее недостаток — высокая цена (на уровне авто), что не по карману домам престарелых. Поэтому их планируют сдавать в аренду — $2 тыс. в месяц. Правда, со временем киберштаны станут дешевыми, и их будут надевать под или на обычные.
ПРОМЫШЛЕННОСТЬ: УМНАЯ ТАБУРЕТКА ДЛЯ РАБОЧЕГО. В отличие от стариков и людей с ограниченными возможностями, которым нужно помогать ходить в прямом положении, рабочим на заводах много времени приходится проводить, наоборот, вприсядку, да еще и поднимать тяжелые предметы, что сказывается на здоровье позвоночника. Специально для этой категории людей компания выпустила киберштаны с системой Bodyweight Support System — с сиденьем для поддержки пятой точки.
Для надевания системы, в отличие от модели для инвалидов, застегивать вокруг ног или пояса многочисленные ремни не требуется: достаточно обуть ботинки (являющиеся частью устройства), приподнять сиденье, венчающее киберноги, и можно отправляться в путь. Машина следует за движениями человека и при помощи сервоприводов направляет усилие так, чтобы оно проходило через центр тяжести владельца. Система настроена на более чем 20 позиций тела.
Авторы разработки предусмотрели съемный аккумулятор "усилителя" ног, зарядное устройство и даже систему переодевания рабочих в новые штаны на время заправки первых.
СОЛДАТ БУДУЩЕГО: РОБОТИЗИРОВАННЫЙ ЧЕЛОВЕК. Вот уже 10 лет в США реализуется программа по созданию механического костюма, который увеличит производительность человека (военного, эмчеэсовца) и расширит его возможности — экзоскелета. В данный момент система уже создана и проходит испытания, прежде чем реально поступить на вооружение спецслужб.
Солдат, облаченный в экзоскелет, будет намного быстрее стрелять, и улучшится его защита, в 20 раз вырастет сила, он будет двигаться с огромной скоростью и сможет преодолевать серьезные препятствия.
Пока что создано до сотни таких костюмов и они несовершенны. Дело в том, что главной проблемой являются двигатели, которые должны быть мощными, но нешумными. Отсюда вытекает еще одна проблема — источники питания и топливо. Кроме того, существующие модели стоят слишком дорого — до 1 млн. долларов.
Но как только эти задачи будут решены, а это, по прогнозам американских военных, произойдет не раньше чем через 20 лет, такие костюмы массово поступят на вооружение. Очень хорошо концепция экзоскелета описана в компьютерной "стрелялке" Crysis.
АВТОМОБИЛИ, КОТОРЫЕ ЕЗДЯТ САМИ. Технологии, полученные при разработке механического гуманоида, на сегодняшний день все активнее внедряют в автомобили, которые постепенно превращаются в роботов и проектируются в соответствии с теми самыми законами робототехники (на первом месте — безопасность человека). Современные автомобили, оснащенные адаптивным круиз-контролем, так же, как и ASIMO, при помощи вмонтированных сенсоров распознают препятствия и останавливаются перед ними, отслеживают дорожную разметку и знаки, поддерживают заданную человеком скорость и регулируют работу двигателя с трансмиссией и тормозной системой.
Также при разработке робота были получены бесценные технологии по поддержанию курсовой устойчивости автомобиля в поворотах: уже сейчас компьютер автомобиля меняет жесткость элементов подвески в зависимости от нагрузки на ось. В данный момент разработчики ведут работу над созданием серийного автомобиля с режимом "автопилот" — подобные системы уже более 10 лет проходят испытания и должны появиться через 2—3 года.
СВЕРХЗАДАЧА — КОМПЬЮТЕРНЫЙ МОЗГ
В голливудских фильмах вроде "Терминатор" и "Матрица" главным сюжетным мотивом является идея о том, что люди создадут искусственный интеллект, который, став самостоятельным, выйдет из-под контроля людей и уничтожит их. Однако до сих пор человечество, несмотря на затраченные миллиарды долларов и десятилетия исследований, пока далеко от создания хотя бы подобия системы, которая смогла бы мыслить самостоятельно, а не по изначально заданной программе. Абстрактно можно представить, что речь идет о машине, которая будет учиться распознаванию и описанию предметов словно ребенок, постоянно самосовершенствоваться, общаться с человеком на его же языке и иметь мышление, сходное с человеческим.
Одна из главных проблем, с которой столкнулись ученые — интерпретация данных с человеческого языка в компьютерный, отсутствие достаточно мощных компактных процессоров и блоков памяти для того, чтобы перерабатывать огромное количество информации. Конечно же, работа в этом направлении продолжается постоянно, и рано или поздно самообучающаяся система создана будет. По словам инженеров компании Honda, предположительно роботы станут интеллектуальными лишь через 15—20 лет. Правда, в возможность агрессии против человека они не верят. "Машины остаются и будут оставаться неживыми предметами — без инстинктов и побудительных мотивов", — считает главный конструктор ASIMO Шиничи Мацунага. Хочется в это верить.
Главные темы