Японцы рассказали подробности о роботах с «человеческим» скелетом
Инженеры из Токийского университета рассказали подробности о разработке двух гуманоидных роботов с человекоподобными скелетами: Kenshiro и Kengoro (последний был представлен еще в прошлом году). Статья опубликована в Science Robotics.
Главная задача разработчиков в области робототехники (а именно — специалистов по созданию гуманоидных роботов) — разработать модели, максимально точно имитирующие движения настоящих людей. Речь идет не только о ходьбе и других базовых движениях: человеческое тело — это сложная, анатомически выверенная система моторики и сенсорики, контролируемая единым механизмом, обрабатывающим информацию.
Для роботов, управляемых самыми современными компьютерами, это не кажется сложной задачей. Тем не менее, еще два года назад самые передовые разработки в области робототехники испытывали проблемы со стабилизацией и не могли удерживать равновесие даже при ходьбе, и только совсем недавно гуманоидный робот Atlas, созданный Boston Robotics, продемонстрировал обратное сальто, не упав при этом.
Команда разработчиков из Токийского университета под руководством Масаюки Инаба (Masayuki Inaba) уже более пяти лет занимается разработкой человекоподобных роботов. Их главная задача — создать машину, максимально точно имитирующую человека не только в плане физических возможностей, но и в плане анатомии: например, скелет Kеngoro состоит в том числе из пористых деталей, что позволяет роботу потеть для охлаждения приводов.
В своей новой работе авторы рассказали подробности разработки своих гуманоидных моделей. Части «скелета» обеих моделей практически полностью соответствуют частями скелета человека таких же размеров (рост Kenshiro — 160 сантиметров, а Kengoro — 167 сантиметров) — это позволило разработчикам создать полностью пропорциональных роботов. Кроме того, роботы обладают сравнительно высокой мышечной и суставной точностью. Например, все суставы человеческого тела имеют (за исключением движений головы и пальцев) 419 степеней свободы. Робот Kenshiro имеет 64, а Кengoro — 114, что позволяет ему, например, делать зарядку: отжиматься и подтягиваться:
Исследователям, таким образом, удалось создать гуманоидных роботов, анатомически схожих с человеком как пропорциями тела и структурой скелета, так и расположением мышц и работой суставов. Создатели Kenshiro и Kengoro надеются, что их разработка сможет не только улучшить функционирование всех создаваемых на данный момент гуманоидных роботов, но также поможет узнать больше о человеческом теле и том, как оно работает.
Гуманоидные роботы могут использоваться в самых разных областях: например, недавно компания Honda представила новый прототип робота-спасателя, который умеет взбираться на стремянки и лестницы, а также преодолевать препятствия. Другое возможное применение таких роботов — спортивные состязания. Так, в октябре этого года в Японии состоялась первая дуэль боевых человекоподобных роботов.
Елизавета Ивтушок
Он может сам подключаться к зарядной станции
Инженеры разработали дешевое решение для автономной подзарядки электрических мультикоптеров. Система под названием AutoCharge представляет собой зарядную станцию с коннектором, оснащенным электромагнитом. Дрон также оснащается магнитным коннектором, размещенном на конце гибкого шнура. При сближении дрона со станцией, коннекторы притягиваются друг к другу, обеспечивая надежное электрическое соединение на время зарядки батареи. Препринт статьи опубликован на сайте arxiv.org. На сегодняшний день мультикоптеры — наиболее популярный тип беспилотных летательных аппаратов. Однако при всех достоинствах, дроны, построенные по этой схеме, обладают ключевым недостатком, который заключается в относительно невысокой продолжительности полета. Для большинства существующих моделей оно не превышает получаса. Увеличение количества батарей на борту приводит к утяжелению дрона и снижению массы полезной нагрузки, которую он способен нести. Например, квадрокоптер US-1, созданный компанией Impossible Aerospace способен на одном заряде провести в воздухе целых два часа и пролететь около 75 километров, но его собственная масса при этом составляет 7,1 килограмма, а полезная нагрузка массой всего лишь 1,3 килограмма снижает время полета со 120 минут до 78. Другой подход к увеличению времени полета дрона — использовать системы автоматической замены или подзарядки батарей в формате зарядных станций, расположенных на пути беспилотника. Однако существующие на сегодняшний день решения (гнезда дронов) не универсальны, имеют сложную конструкцию и высокую стоимость. Кроме того, от мультикоптера обычно требуется точная посадка на платформу, что не всегда легко реализовать на открытом воздухе. Группа инженеров под руководством Джузеппе Лоянно (Giuseppe Loianno) из Нью-Йорского университета разработала простое и дешевое решение AutoCharge для автономной подзарядки дронов любого размера. Оно представляет собой небольшую док-станцию на верхней части которой располагается электрический коннектор, совмещенный с электромагнитом. К дрону крепится гибкий шнур, один конец которого подсоединен к схеме питания батареи дрона, а на другом конце располагается коннектор с постоянным магнитом. Когда батарея беспилотника разряжается ниже порогового значения, он подлетает к зарядной станции. Свободно свисающий на конце шнура магнитный коннектор дрона оказывается в зоне действия магнитного поля электромагнита, встроенного в коннектор на док-станции, притягивается к нему и происходит их стыковка. Правильному и надежному соединению также способствуют отверстия, расположенные на коннекторе док-станции и выступающие штифты на коннекторе дрона. После успешного соединения электромагнит, встроенный в док-станцию, отключается и начинается зарядка батареи дрона. В этот момент дрон может приземлиться рядом или продолжать выполнять задачи в воздухе. После восполнения заряда батареи беспилотник может продолжать полет. Для этого он механически отсоединяет свой коннектор от зарядной станции, на которой с небольшой задержкой снова включается электромагнит, для выполнения следующей стыковки. По словам разработчиков, такая схема зарядки проста, подходит для дронов разных размеров и не требует использования сложных алгоритмов и механизмов для точной посадки, а стоимость док-станции с выполненным с помощью 3D печати корпусом не превышает 50 долларов. Длина шнура может подбираться в зависимости от задач. Например, если дрону не требуется находиться в воздухе во время зарядки, шнур может быть коротким. Это снижает массу дрона и повышает эффективность зарядки, а также почти не влияет на точность управления в полете. https://www.youtube.com/watch?v=6xYvI-qIe3M&t=11s Разработчики провели эксперимент, в ходе которого тестовый квадрокоптер действовал полностью автономно. После полетов по заданной траектории и уменьшения напряжения батареи до минимума дрон подключался к зарядной станции. Зарядив батарею, беспилотник отсоединял коннектор и вновь продолжал полет до очередного разряда. Эксперимент продолжался в течение десяти часов. В будущем инженеры планируют добавить возможность использовать систему зарядки AutoCharge без предварительного знания о местоположении зарядной станции, полагаясь лишь на бортовые камеры дрона для ее визуальной локализации. В случае если необходимо выполнять полеты дольше нескольких часов, дроны-квадрокоптеры оснащают гибридной силовой установкой. В такой схеме беспилотник использует электромоторы для вращения винтов, но энергия для них вырабатывается двигателем внутреннего сгорания. Например, в 2018 году китайские инженеры продемонстрировали полет шестироторного мультикоптера, оснащенного ДВС и аккумуляторами, в ходе которого дрон продержался в воздухе 7 часов и 17 минут.