Будущее робототехники

Без сомнения, научные фантасты и кинорежиссеры одержимы роботами уже лет 80, но даже самые внушительные усилия инженеров пока не оправдали этого волнующего видения изящных, интеллектуальных, самодостаточных машин, которые могут намереваться убить нас, любить нас или стать более человечными, чем мы.

Применение передовых систем и технологий во всем современном мире требует переосмысления вопроса: что такое робот? Возвращаясь к исходному определению слова, упомянутому в фантастике, robot происходит от чешского слова robota — «подневольный труд», т.е. роботом может быть что-то, выполняющее задачи физического характера для пользователя. Имеющиеся технологии, как правило, ограничивают развитие роботов в сравнении с воображением писателей и кинорежиссеров. Возможности программного обеспечения на сегодняшний день таковы, что компьютер может собрать и обработать информацию со множества сложных датчиков и сенсоров.

Ярким примером является Samsung Navibot, который сканирует окружающее пространство с помощью множества датчиков, составляет схему помещения и сохраняет в памяти его форму с помощью интеллектуального программного обеспечения, определяет свое положение в пространстве и пылесосит пол, после чего возвращается на специальную док-станцию для зарядки аккумуляторов.

Пылесос Samsung Navibot оборудован 38 датчиками для составления схемы помещения, объезда препятствий и автоматической зарядки

Десятилетия исследований и разработок в ключевых областях робототехники начали приносить свои плоды. Благодаря достижениям в производстве углеродного волокна и композиционных материалов удалось значительно снизить вес и повысить прочность роботов.

Исследования механики и эргономики сыграли важную роль в развитии домашних и медицинских роботов. Японские экспериментальные платформы вроде RIBA создавались для помощи при переносе пациентов, хотя такие разработки не означают, что подобные роботы стали обычной заменой медицинскому персоналу. Отдельное направление исследований посвящено безопасному взаимодействию людей и машин, особенно там, где робот работает рядом с пациентами или людьми с ограниченной мобильностью.

Гуманоид NAO использовался в исследованиях и учебных программах, в том числе при занятиях с детьми с расстройствами аутистического спектра. Такие роботы могут быть дополнительным инструментом для педагога или специалиста, но эффективность зависит от конкретной методики и не позволяет считать робота универсальным средством обучения.

Чтобы «увидеть» свое окружение, робот «Нао» оборудован камерами выше и ниже глаз, а устойчивость осуществляется при помощи акселерометра и гирометра. «Нао» оснащен ультразвуковым передатчиком, встроенным в торс, который помогает ему избегать препятствий. Сложный набор алгоритмов позволяет «Нао» взаимодействовать с окружающими людьми (но не с роботами): он может распознать лицо человека, найти конкретный объект и соответствующим образом реагировать при разговоре.

«Риба» способен поднимать людей весом до 80 кг

Интеграция с другими технологиями — одно из ключевых направлений робототехники. Спутниковая навигация, беспроводная связь, компьютерное зрение и облачные сервисы помогают роботам определять положение, получать данные и координировать работу. Однако связь и GPS сами по себе не делают устройство автономным: надежность зависит от датчиков, программного обеспечения, условий среды и резервных способов управления.

Сетевые технологии позволяют передавать роботам команды и получать от них данные на расстоянии. Однако надежное дистанционное управление требует устойчивого канала связи, защиты от сбоев и кибератак и приемлемой задержки. Например, серийные хирургические системы da Vinci обычно работают под непосредственным управлением хирурга в операционной, а не как обычный инструмент для операций через Интернет между странами.

Военные нужды, как правило, подталкивают развитие всех областей техники, и робототехника является самой привлекательной из них — беспилотные и автономные летательные аппараты, гусеничные и колесные транспортные средства, змееподобные роботы и микроботы разрабатываются в соответствии с современными условиями ведения боя.

Военные исследовательские программы хорошо показывают разнообразие подходов к робототехнике. Taranis компании BAE Systems создавался как демонстратор технологий беспилотного боевого летательного аппарата, а четвероногий LS3, разработанный в рамках программы DARPA при участии Boston Dynamics, испытывался как полуавтономный «вьючный» робот для переноски снаряжения. LS3 остался экспериментальной программой; подобные проекты важны прежде всего как этапы отработки автономности, восприятия среды и движения по сложной местности.

Taranis — британский демонстратор технологий малозаметного беспилотного боевого летательного аппарата. Проект использовался для отработки технологий дистанционного управления и автономного выполнения отдельных этапов задания

Многие технологии, связанные с робототехникой, уже стали повседневными. Спутниковая навигация и мобильные сети дают машинам данные о положении и связь, промышленные роботы выполняют повторяющиеся операции на производстве, а автоматизированные складские системы перемещают грузы. В автомобилях широко применяются электронные системы стабилизации, автоматического торможения и другие ассистенты. При этом не каждую автоматическую систему корректно называть роботом: граница зависит от способности устройства воспринимать среду, действовать в ней и выполнять физическую задачу.

Прогноз о том, что беспилотные автомобили просто «появятся на массовом рынке через несколько лет», оказался слишком упрощенным. К 2026 году полностью автономные поездки без водителя стали реальной услугой Waymo в ряде городов США, тогда как большинство автомобилей для частных владельцев по-прежнему использует системы помощи водителю с ограничениями. Скорость внедрения зависит от техники, законодательства, картографирования, инфраструктуры и безопасности, а не только от доверия пассажиров.

«Эмили» — это буй с дистанционным управлением длиной 1,27 м, способный спасти утопающего. Спасательное устройство может плыть по воде со скоростью 35 км/ч, ускоряя спасение. Усовершенствованная версия оборудована системой гидролокации, позволяющей найти и спасти утопающего. После того как «Эмили» достиг человека, он может либо использоваться в виде буя и ожидать спасателей, либо самостоятельно транспортировать пострадавшего на берег

В науке и космосе роботизированные аппараты особенно ценны там, где работа человека слишком опасна или дорога. Межпланетная станция NASA Dawn с ионными двигателями исследовала Весту и Цереру; ее миссия завершилась 1 ноября 2018 года после исчерпания гидразина. Подобные аппараты не «заменяют ученых», а позволяют проводить измерения и исследования в местах, куда человеку трудно или невозможно добраться.

ASIMO стал одним из самых известных исследовательских гуманоидов Honda. История человекоподобных роботов компании началась с экспериментального E0 в 1986 году.

Будущее робототехники связано не с одной «волшебной» технологией, а с одновременным развитием приводов, аккумуляторов, датчиков, материалов, компьютерного зрения и искусственного интеллекта. Квантовые вычисления исследуются отдельно, и пока нет оснований назначать точную дату, когда они дадут практический скачок именно роботам. Надежнее оценивать прогресс по конкретным возможностям машин и реальным областям их применения.

ASIMO был исследовательским гуманоидом Honda. Версия, представленная в 2011 году, имела 57 степеней свободы, могла бегать со скоростью до 9 км/ч, наливать напиток и демонстрировать жестовый язык. Сегодня эти характеристики интересны прежде всего как этап истории развития гуманоидной робототехники

Важные события из мира робототехники

• 1938 г. Программируемый покрасочный аппарат. Гарольд Розелунд и Уильям Поллард стали пионерами промышленной робототехники, разработав программируемый покрасочный аппарат.
• 1939 г. Elektro. Пока фантастические рассказы пестрели интеллектуальными, человекоподобными роботами, механический гуманоид «Электро» был представлен на Всемирной выставке в 1939 году.
• 1948 г. Кибернетическая черепашка. Благодаря самоходности, объезду препятствий и светочувствительности, этот робот намного опередил свое время.
• 1942 г. Айзек Азимов. В рассказе «Хоровод» были сформулированы знаменитые «три закона робототехники», сильно повлиявшие на образ роботов в научной фантастике и общественных дискуссиях.
• 1954 г. Джордж Девол подал патентную заявку на программируемое устройство для перемещения предметов, ставшее технической основой будущего Unimate. Позднее вместе с Джозефом Энгельбергером он участвовал в создании компании Unimation.
• 1957 г. «Спутник-1». Первый искусственный спутник Земли открыл космическую эру. Называть его «первым космическим роботом» неточно: аппарат передавал радиосигнал, но не выполнял роботизированные действия в современном смысле.
• 1966–1972 гг. Shakey. В Стэнфордском исследовательском институте (SRI) разрабатывался один из первых мобильных роботов, объединявших компьютерное зрение, планирование маршрута и самостоятельное выполнение последовательности действий.
• 1986 г. Honda E0. Компания Honda начала программу исследований двуногой ходьбы с экспериментального робота E0; дальнейшие модели серии E и P привели к созданию ASIMO, представленного в 2000 году.
• 1997 г. RoboCup. Проводится первый турнир, целью которого становится проведение в будущем соревнования между футбольными командами людей и роботов.
• 2011 г. Robonaut 2. NASA запускает вторую версию космического робота, способного работать с инструментами и помогать астронавтам на МКС.
• 2024 г. Electric Atlas. Boston Dynamics завершила историю гидравлического Atlas и представила полностью электрическую платформу, ориентированную на будущие промышленные применения.

Зловещая долина

«Зловещая долина» — гипотеза о том, что почти человекоподобный внешний вид робота или цифрового персонажа иногда может вызывать у наблюдателя дискомфорт вместо симпатии. Эту идею предложил японский робототехник Масахиро Мори; она широко обсуждается в дизайне роботов, хотя реакция людей зависит от внешности, движения, контекста и индивидуального восприятия.

Поэтому «зловещую долину» лучше воспринимать не как правило, по которому роботы обязательно должны быть «милыми», а как одно из возможных ограничений при проектировании человекоподобного внешнего вида и поведения.