Что такое робот?

Сам себе мастер

Любопытный проект сейчас разрабатывается под эгидой NASA — космический робот (”Dragonfly”) для сборки и ремонта спутников. По сути, это рука-манипулятор длиной 3,5 м, с помощью которой спутники могут самостоятельно монтировать на себе в космосе антенны и прочее хрупкое оборудование. Также Dragonfly будет использоваться для сборки в космосе больших спутников, которые слишком дорого или невозможно выводить на орбиту целиком.

Та же контора SSL, что создаёт Dragonfly, прорабатывает и проекты роботов-ремонтников для спутников — RSGS и Restore-L. Это очень актуальная проблема, поскольку срок жизни спутников не слишком велик, обычно считаные годы. Потом у них кончается топливо для маневровых двигателей или они умирают, нередко пополняя легион космического мусора, уже окутавшего планету. А с помощью роботов-ремонтников можно сэкономить на запуске новых спутников вместо сломавшихся и замедлить замусоривание околоземного пространства.

В прошлом году начальник лаборатории космической робототехники ЦНИИмаш сообщил, что и у нас в стране разрабатываются ремонтные роботы для спутников. Но нам не удалось найти какой-то информации об этих разработках.

Что такое антропоморфный робот

В первую очередь, давайте разберемся с понятием антропоморфного робота. Слово ”антропоморфный” означает не что иное, как человекоподобный или человекообразный. Исходя из этого можно вывести следующее определение:

Тут стоит немного окунутся в историю и вспомнить, как фантасты представляли роботов еще до того, как ученые и инженеры смогли начать соответствующие эксперименты по их созданию. Фантасты зачастую не придумывают что-то новое, а просто предлагают в качестве вариантов будущего то, что уже сейчас существует, но улучшенное. Именно поэтому, когда придумывались автоматизированные помощники человека, они были на него похожи.

Человекоподобный робот от Toyota. Выглядит дружелюбным.

Когда технологии позволили начать проводить исследования в области роботостроения, ученые предлагали варианты именно человекоподобных роботов. Вот только сделать их было достаточно сложно, зато у них был один существенный плюс. Так как они были похожи на человека, они должны были располагать к себе. То есть, они с одной стороны не пугали человека, а с другой, показывали крутизну ученых, которые ”создали нового человека”.

Хотя иногда с похожестью выходит перебор. Примером такого перебора может служить робот, которого создал и успешно использует Хироши Ишигура. Еще в 2009 году он создал свою полную копию, которая не просто выглядит как он, но и способна повторять его движения. Профессор, которого британцы удостоили места в третьем десятке ныне живущих гениев, использует его для общения со своими студентами и другими людьми, когда не может лично присутствовать на лекции или встрече.

Сам профессор утверждает, что люди быстро адаптируются к такому положению дел и принимают общение с андроидом за общение с настоящим Ишигурой. Это стало возможно благодаря проработанной мимике его детища. Именно мимика способна, при прочих равных, дать понять человеку, что перед ним не бездушная машина, а живой человек. Ну или заставить его так думать.

Сможете без раздумий сказать, кто из них Ишигура, а кто — его роботизированная копия? Может обсудим это в нашем Telegram-чате?

Проблема в том, что андроида профессора Ишигура принимают за настоящего еще и из-за того, что он способен нормально говорить, так как по сути он просто транслирует речь живого человека.

Современные роботы уже могут строить диалоги, но пока у них это получается не очень хорошо. Они или немного подтормаживают, или строят такие фразы, которые не услышишь от живого человека. Если, при этом, оснастить такого автономного робота полностью человеческой внешностью, на манер андроидов Ишигуры, они будут не привлекать, а наоборот отталкивать. На эту тему даже проводилось множество соответствующих исследований. Они все пришли к выводу, что люди пока не готовы к слишком реалистичному роботу, так как не знают, чего от него ждать. При общении с таким они начинают заметно нервничать и ощущать дискомфорт.

Пластичный гуманоид Alter

Японцы из лабораторий в Токио и Осаке создали антропоморфного робота Alter. Несмотря на то, что умная машина выглядит недостроенной и не является точным дубликатом человека, у него есть удивительная черта, которая рушит идеальный образ более совершенно выглядящих андроидов: движения Alter лишены рваной механичной шарнирности, они невероятно плавные, завораживающие и неотличимы от человеческих.

В теле робота 42 пневматических привода, его хаотичными на первый взгляд движениями управляют алгоритмы нейронной сети, основываясь на показаниях датчиков, которые заменяют роботу человеческие чувства и реагируют на шум, влажность, приближение людей, изменение окружающей температуры и т.д.

Alter даже умеет петь. Сейчас на андроида можно посмотреть в Национальном музее развивающейся науки и инноваций Токио.

Обходительный англичанин Джулс

В 2006 году Девид Хенсон спроектировал в Бристольской лаборатории робототехники андроида с функцией голосового общения с человеком. У Джулса располагающая улыбка, он дружелюбен, артистичен и по-английски безупречно вежлив.

Антропоморфный робот удивительно складно говорит, задействуя при общении компьютерное зрение, чтобы отслеживать и распознавать лица для полной имитации человеческой коммуникации. Но не обошлось и без недостатков в виде заминки длиной несколько секунд перед ответом собеседнику. Зато Джулс фантастически человечно изображает стеснение, заминки, непроизвольные повторы слов, что этот небольшой минус простителен.

Социальный андроид Надин

Роботы, похожие на людей, могут вызывать эффект «зловещей долины», но в случае с этим киборгом все наоборот. Девушка-гуманоид была разработана в Технологическом университете Наньянг в Сингапуре. Она способна говорить на разные темы, запоминать вещи, о которых вы упоминали ранее, и узнавать собеседника про прошествии времени благодаря современному программному обеспечению.

Надин – социальный компаньон, предназначенный для взаимодействия и общения с людьми. Таких роботов можно использовать в качестве нянь и сиделок для пожилых людей, страдающих деменцией. Особенно хорошо гуманоиды поладят с аутичными детьми, которым тяжело воспринимать живые человеческие эмоции. Надин подстраивается под каждого человека, ее настроение может меняться в зависимости от поведения собеседника (так на грубость в свой адрес робот может всерьез обидеться). При взаимодействии с «особенными» детьми андроид сохраняет нейтральность, добиваясь их внимания и симпатии.

Внешне робот представляет двойника своего создателя, профессора Надежды Тельман. Чтобы Надин вращалась в социальной среде и оттачивала мастерство общения, ее сделали секретарем на ресепшен университета.

RoBoy — робот, распечатанный на 3D-принтере

Roboy является гуманоидом, созданным при помощи 3D-принтера. Он был построен, чтобы помочь докторам диагностировать жертв инсульта и понять, как взаимодействуют мозг и тело. 

«RoBoy будет имитировать заболевания, которые врачи должны диагностировать», сообщил Рафаэль Гостеллер, глава проекта Roboy в Швейцарском Федеральном институте технологий в Цюрихе. Он добавил, что все данные можно будет далее использовать в сфере протезирования.

Робот был создан командой из более 40 инженеров и ученых.

У него мягкая, эластичная кожа, модульные мышцы, а чтобы они лучше имитировали человеческие мышцы, инженеры прикрепили к ним спиральные пружины.

Самой сложной частью создания робота было конструирование рук. Их сначала напечатали на 3D-принтере вместе с суставами. После этого внутрь вставили большое количество проводов, разместив их по тонким каналам.

Чтобы усовершенствовать мышцы, связки и сопутствующую работу по электронике, была собрана команда из Лаборатории искусственного интеллекта университета Цюриха и Исследовательского проекта Myorobotics, за которым следит Лаборатория встроенных систем Технического Университета Мюнхена.

RoBoy впервые был представлен публике в марте 2013 года в Цюрихе. После этого стартовал его тур по миру. Робот демонстрировал свои умения на различных выставках и в театрах.

5) Kodomoroid и Otonaroid

Хироши Ишигуро, популярный японский специалист, занимающийся вопросами робототехники и созданием роботов, представил общественности роботов-гуманоидов, которые способны одобрить на себя роль ведущего теленовостей.

Роботы были представлены общественности на одной из выставок, проходившей в Токио. Творения японских инженеров и конструкторов Kodomoroid и Otonaroid продемонстрировали свои возможности, внедренные в них разработчиками.

Обновленные версии гуманоидов способны взять на себя роль ведущего или диктора, при этом отличительной чертой большинства творений Хироши Ишигуро является то, что внешность его гуманоидов максимально приближена к внешности человека.

Kodomoroid — это робот-ребенок, способный читать текст, используя разные тембры и различный набор голосов. Гуманоид знает несколько языков.

Otonaroid — взрослый экземпляр, которого можно использовать в качестве гида на различных выставках или в музеях.

Этот образец управляется оператором, целиком имитируя все движения человека.

Торс

В самой защищенной и просторной части робота устанавливают электронные платы системы управления и автономные источники питания.

Во время выполнения миссии роботом управляет компьютер — набор микросхем, предназначенный для получения, накопления информации, ее обработки и отправления сигналов к исполняющим механизмам, работающих при помощи двигателей (). Прогресс компьютерной техники позволяет устанавливать в андроиды все более совершенные системы анализа, способные использовать несколько наиболее продвинутых технологий:

Поставить задачу перед андроидом можно программным способом, т.е. путем внесения перечня команд в ЦПУ, либо вербально, произнеся набор слов для начала выполнения задачи. Отдельные модели андроидов способны реагировать на жесты рук, изменение местоположения человека.

Система управления роботом очень напоминает построение нервной системы человека в зависимости от его развития:

В первом случае в памяти машины записаны команды, которые ЦПУ (центральный процессор) подает к исполнительным механизмам для выполнения определенных операций. Например, перемещение робота, изменение положения манипулятора и т.п. по команде оператора. Одна из самых дешевых и простых в изготовлении моделей.

При передвижении андроида из точки А к точке Б вмешательство оператора необходимо в случаях, когда набор алгоритмов (заранее записанных в память действий) не предусматривает преодоление сложных препятствий (к примеру).

Более продвинутый интеллект, получив информацию от системы датчиков, видеокамер, самостоятельно оценивает обстановку и выбирает наиболее оптимальное решение самостоятельно.

(Рисунок 2. Двигатель постоянного тока)

Основным источником энергии для современных роботов-андроидов является электричество. Источник питания может быть:

В первом случае машина не привязана к энергоресурсу, способна выполнять задачи на любом удалении от зарядной станции. Из недостатков — увеличенный вес робота, малое время работы. Кабельное снабжение электроэнергией имеет свои плюсы: меньший вес андроида, возможность использования большего числа узлов, датчиков, механизмов, неограниченное время работы.

REEM-C

REEM-C — это прототип робота-гуманоида, разработанный испанской PAL Robotics. Двухметровый, 80-килограммовый робот пропорционально напоминает человека, однако обладает весьма любопытными возможностями.

Голова REEM-C имеет две степени свободы и оснащена стереокамерой, светодиодами для репрезентации рта и динамиками, для того чтобы говорить. Его руки с семью степенями свободы позволяют ему удерживать порядка 8 килограммов над головой. Похожие на человеческие руки имеют три степени свободы и оснащены датчиками давления для тактильной обратной связи. Ноги REEM с шестью степенями свободы позволяют ему передвигаться со скорость 1,5 километра в час. В общей сложности, этот робот имеет 22 степени свободы — довольно много по современным меркам.

Вместо мозга REEM-C имеет пару компьютеров на базе i7, работающих на Ubuntu. Датчики робота помогают ему ориентироваться в своей среде, избегать препятствий и людей. Его дизайнеры видят в нем домашнего робота, гида, конферансье или охранника. REEM-C все еще находится в стадии прототипа и пока немного неуклюжий, но уже удивляет своими функциями.