Инвалидную коляску оснастили дистанционно управляемыми роборуками
Японские инженеры создали прототип роботизированной коляски для помощи инвалидам. Движением коляски человек управляет сам, двигая колеса руками, но на ее задней части расположен робот с двумя руками, которым управляет удаленный оператор. Он видит у себя на экране или VR-шлеме не только видео с камеры, но и наложенное пятно, показывающее, куда именно смотрит сидящий на коляске. Это позволяет лучше понимать его потребности и просьбы, и, к примеру, брать манипулятором нужные предметы. Разработка будет представлена на конференции SIGGRAPH 2020, но статья о ней пока не опубликована.
В области роботизированных конечностей идет не только разработка протезов, которые компенсируют утраченные функции, но есть и сравнительно молодое направление, в котором исследователи пытаются расширить изначальные возможности человека новыми электромеханическими устройствами, которые не призваны напрямую заменить собственные конечности человека. Яркий пример — это дополнительные руки. Есть несколько исследовательских групп, которые активно работают в этом направлении и часто создают новые прототипы, и среди них выделяется группа под руководством Ямена Сараджи (Yamen Saraiji) из Университета Кэйо. В 2018 году она предложила новый подход, при котором роборуками управляет удаленный оператор, получающий видео с камер робота. Это позволяет носителю робота сосредоточиться на своих задачах.
В новом проекте инженеры развили эту идею и установили роборуки не на плечи человека, а на инвалидную коляску. Они использовали модифицированную инвалидную коляску с электроусилителем и вынесенным далеко назад небольшим колесом, которое не дает коляске упасть назад под весом роборук. Они установлены в задней части коляски за сиденьем. Манипуляторы состоят из нескольких длинных сегментов с аналогом человеческой кисти на конце и расположены так, что кисти человека и робота находятся примерно на одном уровне.
Помимо манипуляторов сзади установлена голова с двумя камерами, и микрофоном, а также электроника для работы всего устройства, в том числе аккумулятор и модуль беспроводной передачи данных. Голова, в отличие от рук, установлена несимметрично и смещена вбок, поэтому она выглядывает из-за правого плеча человека. Удаленный оператор может видеть через VR-шлем стереоскопическое изображение с камер и слышать пользователя.
Важное отличие новой версии от старой заключается в том, что оператор получил возможность видеть, на что именно смотрит пользователь. Для этого человеку на коляске необходимо надеть окулографический датчик, похожий на очки без линз. В нем есть два инфракрасных сенсора, которые определяют положение глаз и рассчитывают вектор направления взгляда. Кроме того, сверху на датчике установлена камера, которая накладывает центр взгляда пользователя на изображение. Инженеры научились объединять эти данные с данными с камеры оператора и накладывать область взгляда пользователя на то изображение, которое видит перед собой оператор. Это позволяет оператору не только слышать просьбы пользователя, например, открыть ящик, но и уточнять их визуально, понимая, о каком именно ящике идет речь.
В 2018 году другие ученые из Японии провели важное исследование о взаимодействии людей с дополнительными конечностями. Они с помощью нейроинтерфейса подключили к добровольцу дополнительную руку и экспериментально доказали, что человек способен одновременно выполнять действия своими руками и дополнительной рукой, причем это были действия и движения разных типов. Это показывает, что в будущем нейроинтерфейсы могут позволить избавиться от необходимости в управлении через удаленного оператора.
Григорий Копиев
Он может ходить и менять форму
Инженеры из Швейцарии разработали модульного робота Mori3, состоящего из отдельных самостоятельных базовых элементов. Каждый из них имеет треугольную форму, может самостоятельно передвигаться и соединяться с другими элементами, образуя трехмерную конструкцию, которая способна изменять свою пространственную конфигурацию наподобие оригами. Чтобы продемонстрировать возможности Mori3, разработчики собрали из нескольких базовых элементов манипулятор, подвижную гусеницу и четырехногого робота. Статья опубликована в журнале Nature machine intelligence. Несмотря на то, что сконструированные для выполнения конкретных задач роботы выполняют работу более эффективно, иногда универсальность оказывается предпочтительнее специализации. Например, на борту космического корабля из-за ограничений на объем и массу полезной нагрузки, доставляемой с Земли, гораздо практичнее использовать одного универсального робота, способного выполнять множество задач, чем множество специализированных устройств. Один из подходов к созданию таких роботов состоит в модульности, когда несколько независимых элементов объединяют в одну конструкцию, которую можно реконфигурировать в зависимости от задачи. Например, в 2019 году группа инженеров под руководством Джейми Пайк (Jamie Paik) из Федеральной политехнической школы Лозанны продемонстрировала простого модульного робота, состоящего из одинаковых независимых прямоугольных элементов. Три соединенных вместе элемента образуют небольшого треугольного робота, способного ползать по поверхности, подпрыгивать, а также участвовать в совместных действиях с другими такими же роботами. В своей новой работе эта же группа инженеров продолжила развитие концепции модульности. Они разработали модульную систему Mori3, в основе которой лежат базовые элементы, играющие роль физических полигонов, из которых по аналогии с полигонами в компьютерной графике можно строить трехмерные объекты. Базовый полигон представляет собой треугольник и состоит из трех сторон, которые могут сокращаться или увеличивать длину с помощью электромоторов примерно на 7,5 процентов, за счет чего также изменяются углы между сторонами базового элемента и форма треугольника. Каждая сторона элемента оснащена механизмом стыковки, который позволяет ему автоматически соединяться с другими полигонами механически и электрически. При этом каждый треугольник способен передвигаться самостоятельно по плоской поверхности и менять направление движения с помощью тех же актуаторов, которые отвечают за изменение угла между двумя состыкованными элементами. Кроме этого каждый из них оснащен собственным элементом питания и платой управления, расположенной на пружинном подвесе в центре модуля. Всего инженеры построили 14 базовых роботреугольников из которых собрали несколько конструкций, чтобы продемонстрировать возможности системы. Например, одна из конструкций показывает возможность интерактивного управления конфигурацией модульного робота с помощью руки оператора, положение которой отслеживается сенсором. В зависимости от расстояния между рукой и датчиком робот, состоящий из шести элементов, переходит из плоской формы в колокообразную. Несмотря на то, что каждый отдельный модуль может самостоятельно передвигаться, происходит это довольно медленно и только на плоской поверхности. Однако, разработчики продемонстрировали, что из 10 модулей Mori3 можно собрать подобие транспортной ленты, способной катиться по поверхности, или четырехногого робота, который может передвигается переставляя последовательно четыре опоры. При этом робот может самостоятельно складываться в нужную конфигурацию из плоской формы, изменяя углы между отдельными модулями наподобие оригами. Кроме этого разработчики использовали несколько соединенных вместе модулей в качестве простейшего манипулятора, с помощью которого можно двигать предметы. https://www.youtube.com/watch?v=CD5Cj7RhxY0 Ранее мы рассказывали об исследовании взаимодействия в рое из 300 роботов, в котором инженерам удалось воспроизвести самопроизвольный реакционно-диффузионный механизм Тьюринга.