Робототехника. Модуль 4
Роботы будущего
В этом модуле вы узнаете:
• как будет развиваться робототехника на наших глазах;
• какие проблемы ей предстоит преодолеть в ближайшие годы;
• чем робототехника может быть полезна лично вам.
Роботы будущего продолжат брать на себя все больше задач
Задачи будут становиться все сложнее
Индустрии роботов неполных сорок лет: ее историю отсчитывают с 1980 года — именно тогда в Японии началось коммерческое производство роботов, основой для которого стало бурное развитие высоких технологий. Даже глядя на такой короткий путь, можно с уверенностью сказать, что роботы в будущем:
-
Будут становиться все разнообразнее по размеру, назначению и материалам.
-
Закрепятся в сферах, которые сейчас считаются для них новыми, — например, доставка, обеспечение безопасности и спасательные работы.
-
С одной стороны, начнут брать на себя все более сложные функции — от массового управления автомобилями без водителей до дистанционных хирургических операций. С другой — заберут и многие рутинные задачи, как, например, робот Вера, которая уже просеивает резюме кандидатов, освобождая рекрутерам время для более сложных и творческих задач.
Но роботы не заменят человека — человеческий опыт, интуицию, эмпатию, способность принимать неожиданные решения имитировать невозможно.
Что мешает развитию робототехники?
Конечно, в робототехнике не все безоблачно — есть трудности, которые этой науке необходимо решить.
-
Образ роботов. Люди все еще часто представляют роботов похожими на человека или, на худой конец, на животных. Пройдя курс, вы узнали, что роботу необязательно походить на живое существо, ведь бывают машины-роботы, конвейеры-роботы, отдельные роботизированные элементы, да и бытовая техника при внимательном рассмотрении оказывается роботизированной. Более того, как раз роботы, меньше других похожие не человека, приносят больше пользы (вспомните робота-строителя или хирургический робот Da Vinci). К счастью, по мере того как роботы проникают в повседневную жизнь, представление о них меняется.
-
В развлекательных роботов инвестируют больше, чем в других. Они дорогие, потому что производитель тратит деньги на дизайн робота, но реальной пользы такое устройство не приносит. В то же время отрасли, где роботы могли бы взять на себя опасные для жизни человека задачи, обладают меньшими ресурсами. Постепенно ситуация меняется: все чаще роботы применяются в спасательных операциях, и почти каждый день появляются новости о тестировании роботов в новых сферах.
-
Роботам необходимо стать умнее. Во-первых, им требуется больше датчиков, чтобы подробнее и точнее получать сигналы из окружающей среды. Во-вторых, им предстоит развить интеллект (искусственный, конечно, но уж какой есть). По мере того как программы будут накапливать данные о мире, у них будет все лучше получаться с ним взаимодействовать. Помните, как мы обсуждали, что система распознавания образов может определить, что объект переместился? Скоро она сможет определять, что объект изменил форму и цвет, но при этом остался тем же. И это уже реальность.
В чем польза для меня?
Даже если вы не собираетесь менять специальность и заниматься конструированием роботов, достижения робототехники уже совсем скоро сделают вашу жизнь проще.
-
Бытовые приборы будут становиться все умнее, а система «умного дома» объединит их так, чтобы вам не приходилось задумываться, закрыта ли дверь в квартиру, выключен ли газ, есть ли в холодильнике молоко и не разносит ли ваша собака дом прямо сейчас.
-
Кофейные автоматы скоро научатся сами следить, сколько осталось кофе и воды, и заказывать все необходимое. Не нужно платить обслуживающей компании — только оплатить покупку аппарата. Не нужно ждать, пока ее сотрудник придет, проверит, закажет, привезет... — все будет происходить само.
-
Системы удаленного присутствия не только позволят сотруднику дистанционно находиться на совещании, а любимой бабушке — присоединиться к семейному ужину. Уже сегодня в Японии работает кафе, где вместо официантов — роботы, которых контролируют парализованные люди. Они удаленно управляют роботами, которые умеют разговаривать с посетителями, перемещаться и переносить предметы. Для этого системе хватает такой малости, как движения глаз оператора. Постепенно качество жизни людей с особенностями тела заметно улучшится благодаря роботам.
А также летать, ездить и самостоятельно прокладывать маршрут
Инженеры разработали робота-трансформера под названием Morphobot M4, который может ездить как четырехколесный ровер, летать как квадрокоптер, ходить как четвероногий робот и стоять вертикально, балансируя на двух ногах-колесах. Кроме того он способен комбинировать эти режимы, чтобы преодолевать встречающиеся на пути препятствия. Робот оснащен автономной системой навигации и может самостоятельно прокладывать маршрут, выбирая подходящий режим передвижения. Благодаря таким возможностям Morphobot сможет применяться для широкого спектра задач, оптимально расходуя энергию. Статья опубликована в журнале Nature Communications. Большинство из существующих сегодня типов роботов не универсальны и не могут передвигаться в любых условиях одинаково эффективно. К примеру, мультикоптеры тратят много энергии в полете и поэтому могут находиться в воздухе непродолжительное время, а колесные и ходячие роботы обладают более высокой энергоэффективностью, но ограничены передвижением по относительно ровной поверхности. Инженеры пытаются обойти эти ограничения через создание гибридных конструкций. Например, американские инженеры совместили квадрокоптер с ходячим двуногим роботом, а разработчики из Кореи собрали гибрид коптера с колесным ровером. Большинство подобных проектов объединяет один недостаток: часть конструкции робота, предназначенная для передвижения в одной среде, никак не используется при движении в другой, выступая лишь в качестве пассивного груза. Инженеры под руководством Мортезы Гариба (Morteza Gharib) из Калифорнийского технологического института решили создать гибридного робота, все части конструкции которого принимают участие в разных типах движения. В результате у них получился робот-трансформер Morphobot M4, который представляет собой гибрид квадрокоптера и четырехколесного робота. Его масса около шести килограмм, а многие детали выполнены из углеволокна и с помощью 3D-печати. В режиме колесного ровера длина робота составляет 0,7 метра, а ширина и высота 0,35 метра. Четыре колеса робота диаметром 0,25 метра расположены на концах балок, которые играют роль подвижных конечностей. Они могут отклоняться сервомоторами в двух направлениях продольно и перпендикулярно в сторону от корпуса. Колеса приводятся в движение отдельными электромоторами. При трансформации в квадрокоптер обода выступают в роли защитных бамперов для воздушных винтов, расположенных внутри колес с электромоторами в осях, а четыре конечности робота разворачиваются, направляя плоскости пропеллеров параллельно поверхности земли. Корпус робота в этом режиме поддерживается расположенными снизу посадочными опорами. Суммарная тяга всех четырех винтов составляет около девяти килограмм. Morphobot может комбинировать два основных режима, например, для того чтобы преодолевать препятствия, которые он не может переехать. Для этого роторы в одной части робота разворачиваются в полетный режим, а вторая пара конечностей продолжает опираться на колеса. Таким образом робот может забираться на крутые склоны с наклоном больше 45 градусов, затрачивая меньше энергии, чем при полноценном полете в режиме квадрокоптера. Также используя пару винтов только с одной стороны М4 может принять вертикальное положение, балансируя на двух колесах, напоминая при этом двуногий ходячий робот. В режиме ровера М4 может регулировать высоту корпуса относительно поверхности, выдвигая конечности с колесами вперед и назад. Это может пригодиться для преодоления препятствий с ограничением по высоте. Робот также может ходить как четвероногий, перебирая конечностями с колесами как ногами, это может пригодится для преодоления неровностей на пути. Помимо этого, М4 способен использовать конечности с колесами в роли манипуляторов, ухватывая и удерживая предметы с помощью колесных ободов. В качестве примера разработчики продемонстрировали, как робот удерживает таким образом небольшой шар, балансируя при этом на двух колесах в вертикальном положении. Morphobot может передвигаться автономно, трансформируясь в наиболее подходящий в текущей ситуации режим. Для низкоуровневого управления используются два отдельных микроконтроллера, которые отвечают за движения колес и конечностей в режиме ровера и за полет в режиме коптера. Навигация и планирование маршрута происходят с помощью компьютера Jetson Nano, который использует данные об окружении, поступающие со стереокамеры Intel RealSense. На борту также есть инерционный измерительный модуль, средства беспроводной коммуникации для удаленного управления и батарея емкостью 4000 миллиампер-час. https://www.youtube.com/watch?v=S4eQXXxUnNE По словам разработчиков, такие способности позволят использовать подобных роботов-трансформеров для широкого спектра задач, например, для поиска и спасения людей во время стихийных бедствий, или в качестве робота для исследования космоса. Ранее мы рассказывали о другом дроне-трансформере с необычной конструкцией под названием DRAGON, которого построили японские инженеры. Он состоит из нескольких сегментов, может менять форму прямо в полете, захватывать предметы, огибая их с двух сторон и поворачивать вентили.
