Как роботы изменяют наш мир

Любой человек, впервые в жизни увидевший робота, скажет: «Ничего себе!» Будь то возбуждение, восторг, страх или отвращение, всегда возникает некий эмоциональный отклик на появление механического существа.

Робот «ПаПеРо», разработанный корпорацией NEC, обладает многими способностями няни. Он может рассказывать сказки, играть в игры и, самое главное, отслеживать перемещение детей с помощью RFID-чипов

Робототехника непрерывно развивается на протяжении нескольких последних десятилетий, и новые механизмы и материалы позволяют воплощать в роботах самые невероятные вещи. Повышение прочности и снижение веса — два жизненно важных требования любой роботизированной системы, поскольку они позволяют уменьшать размер роботов, параллельно повышая их функциональность. Композиционные углеродно-волокнистые материалы, передовые металлические сплавы, пластики и керамика позволяют достигать практически любых физических форм, а новейшие технологии, такие как углеродные нанотрубки, способны придать роботам огромную силу.

Последние технологические достижения, такие как бесщеточный двигатель и продвинутые механизмы управления, литиевые батареи и цифровая оптика, открывают ранее недоступные возможности. Эти технологии появились совсем недавно, поэтому еще предстоит длительный процесс их внедрения для улучшения роботов.

Приведенные цифры отражают количество промышленных роботов на 10 000 рабочих с аналогичной занятостью

Основные области, в которых были больше всего задействованы промышленные роботы

Роботы разрабатываются специально для работы с детьми-инвалидами и уязвимыми категориями населениями, после проверки, что пациенты дружелюбно, не враждебно относятся к роботам, в случаях, когда с такими людьми не удается наладить человеческий контакт. Это удивительно, потому что такие эмоциональные связи с неодушевленными предметами противоречат здравому смыслу: что такое есть в роботах, что делает их привлекательными и заслуживающими доверия? Для ответа на этот вопрос сейчас проводятся обширные исследования с помощью терапевтических робототехнических приложений.

То, что действительно делает современных роботов особенными, является ключевым элементом в любом автомате — «мозг». Он развивается с каждым годом, с ростом производительности компьютеров он становится все быстрее и способнее. Современные ноутбуки достаточно мощные, чтобы запустить некоторые сложные робототехнические системы, благодаря чему вся индустрия стала доступна большому числу новаторов, стимулирующих появление новых идей.

Нанороботы и наномашины для адресной доставки лекарств остаются важным направлением исследований. В медицине уже применяются некоторые наночастицы и наноконтейнеры, но автономные «нанороботы», самостоятельно находящие и лечащие рак, пока не являются стандартной клинической технологией

Марсоход Curiosity продолжает работать на Марсе. Его задача — исследовать геологическую летопись и выяснять, существовали ли в прошлом условия, пригодные для микробной жизни; обнаружение органических молекул само по себе не является доказательством жизни

Развитие робототехники не зависит от обязательного появления квантовых компьютеров. Современные роботы быстро совершенствуются благодаря обычным процессорам, специализированным ускорителям, машинному обучению, новым датчикам, приводам и алгоритмам управления. Квантовые вычисления могут оказаться полезны для отдельных задач, но не являются необходимым условием дальнейшего прогресса робототехники.

Предсказать пределы развития робототехники трудно. Ограничения задаются не только вычислительной мощностью, но и энергопотреблением, надёжностью, стоимостью, безопасностью, качеством датчиков и способностью систем работать в непредсказуемой среде. Утверждения о неизбежном «самосознании» машин относятся к прогнозам, а не к установленным направлениям инженерного развития.

GEMINOID F — имитатор человека

Встречайте одну из самых похожих на человека машин из всех когда-либо созданных.

Возможности робота:

• Имитация человека
• Пародирование поп-исполнительниц

Под реалистичной силиконовой кожей «Геминоида» F вы обнаружите обыкновенного робота. Выполненная из алюминиевых деталей, последняя версия японского робота «Геминоид» существенно упрощена по сравнению с предшественником («Геминоид» HI-1) и обладает только 12 степенями свободы.

Буквы «HI» в названии «Геминоида» HI-1 обозначают первые буквы имени создателя робота, Хироси Исигуро (Hiroshi Ishiguro).

В отличие от большинства современных роботов, в моделях «Геминоид» не используются электродвигатели для движения. Вместо этого в них применяются пневматические приводы со сжатым воздухом, обеспечивая более человекоподобные движения, как считают создатели. В «Геминоиде» используется электрический воздушный компрессор для подачи воздуха на все его приводы.

Подача контролируется клапанами под управлением компьютера, чтобы с точностью передавать 65 выражений лица, соответствующих словам, произносимым роботом. Движения головы, жесты и черты лица человекасобеседника отслеживаются и регистрируются компьютером для более реалистичной имитации. «Геминоид» может разговаривать, передавая голос оператора, или реагировать в автономном режиме, используя компьютерную программу, позволяющую найти подходящий ответ на поставленный вопрос.

ASIMO — продвинутый гуманоид

Вы узнаете о самых последних усовершенствованиях популярного робота-андроида «Асимо».

Возможности робота:

• Использование языка жестов
• Приготовление коктейля с мартини
• Игра в футбол

Исследовательская линия Honda, приведшая к созданию ASIMO, началась в 1980-х годах. ASIMO демонстрировал ходьбу, бег, подъём по лестнице, распознавание людей и выполнение простых поручений. Проект стал важной вехой гуманоидной робототехники, но Honda завершила публичные демонстрации ASIMO в 2022 году и перенесла разработки в новые робототехнические проекты. Квантовые компьютеры к работе ASIMO отношения не имели.

Корпус «Асимо» выполнен из магния, а переход к композитным материалам с углеродными волокнами позволит сделать его значительно легче и прочнее. Для «Асимо» разработан специальный управляющий алгоритм, который следит за движениями и мгновенно корректирует ошибки. Чтобы «Асимо» мог идти плавно, он помнит сразу несколько видов движения: старт, ускорение, постоянная скорость, торможение, остановка, поворот. Все эти движения комбинируются, и робот постоянно выбирает, какое из них использовать.

Косморобот ROBONAUT 2

Первый человекоподобный робот в космосе, способный протянуть руку помощи космонавтам на МКС

Возможности робота:

• Идет туда, куда не отваживаются астронавты
• Твердая рука

Robonaut 2 был создан NASA как экспериментальная гуманоидная платформа для отработки технологий совместной работы человека и робота. В 2011 году его доставили на МКС, где он проходил испытания и получил дополнительные манипуляторы. Этот проект помог изучать ловкие роботизированные системы для будущих космических задач.

Robonaut 2 находился на МКС с 2011 года, но в 2018 году был возвращён на Землю в Космический центр имени Джонсона для дальнейших работ и диагностики.

Одной из задач Robonaut 2 была безопасная работа рядом с людьми. Современные коллаборативные роботы действительно могут проектироваться для совместного рабочего пространства с человеком, однако это не отменяет требований безопасности: конкретная установка требует оценки рисков, ограничений скорости и усилия, защитных функций и, при необходимости, ограждений или аварийной остановки.

E.ZIGREEN CLASSIC

Автоматизированная газонокосилка последнего поколения с системой объезда препятствий

Возможности робота:

• Косит траву
• Избегает препятствия

E.ZIGREEN CLASSIC — небольшая автономная газонокосилка, адаптирующаяся к окружающей среде с помощью датчиков. Программа определяет края участка, на котором нужно косить траву, а ультразвуковые датчики используются для обнаружения препятствий. Ножи и ведущие колеса газонокосилки приводятся в действие электромоторами, питаемыми от аккумуляторных батарей.

Группа отказобезопасных датчиков отключает ножи в случае внештатной ситуации, и газонокосилка самостоятельно возвращается на док-станцию для подзарядки.

IROBOT 710 WARRIOR

Этот многофункциональный робот может быть оборудован для множества различных ситуаций.

Возможности робота:

• Эксперт в выкапывании мин
• Чемпион армрестлинга

«Вариор» — робот с дистанционным управлением, который может ходить по лестнице и выполнять маневры, например подниматься на своих инновационных гусеницах. Сдвоенные литиевые аккумуляторы питают мощные электроприводы, одного заряда хватает до десяти часов.

Конструкция робота может быть дополнена грузовой подъемной платформой, на которую устанавливается оружие, пусковые установки гранат и система разминирования, а также камерами, кабельным или беспроводным доступом в Интернет для передачи информации и управления военнослужащими или спасателями. Удивительно, что этого робота можно быстро адаптировать к постоянно меняющимся условиям и легко модернизировать соответствующим образом.

ALPHADOG — лучший друг солдата

Знакомьтесь с гидравлическим животным, работающим от бензинового двигателя, способным двигаться по любой местности

Возможности робота:

• Послушный компаньон
• Домашняя дрессировка

Мало что так захватывает воображение, как полностью функционирующая роботизированная «компактная лошадка», которая двигается так же, как и живой собрат. Эта потрясающая машина оборудована четырьмя ногами, управляемыми независимо друг от друга через центральный компьютер, анализирующий данные, поступающие от десятков датчиков.

Полученные данные непрерывно используются для навигации и обеспечения устойчивости. Согласно вычислениям, мощной гидравлической системой приводятся в движение ноги и бедра. Довольно шумный бензиновый двигатель под высоким давлением качает масло к 16 гидравлическим сервоприводам (по четыре на ногу) через сеть фильтров, трубопроводов, емкостей и клапанов. Это позволяет роботу шагать точно и уверенно.

Продвинутая система стабилизации с гироскопами и акселерометрами удерживает «АльфаДога» на ногах при перемещении по грязи, песку, снегу и даже льду. Технология и методы, разработанные для «АльфаДога», помогли создать двуногую версию, которая движется так же, как человек, тем самым прокладывая путь будущим военным роботам.

TWENDY-ONE — замена дворецкому

Эта рабочая лошадка идеально подходит для ухода за больными, как в больницах, так и в домашних условиях.

Возможности робота:

• Помогает пожилым людям
• Сильный и аккуратный
• Может удержать карандаш

«Твенди-Ван» был разработан с целью оказывать помощь пожилым людям и инвалидам. Под управлением инновационного волнового двигателя «Твенди-Ван» способен поднять вес до 35 кг. Ловкие руки и индуктивная пассивная система управления позволяют взаимодействовать с людьми и объектами без нанесения им ущерба.

Для маневрирования «Твенди-Ван» перемещается на всенаправленной колесной системе. Корпус оборудован 12 ультразвуковыми датчиками и мягким силиконовым покрытием. Робот предназначен для ухода за людьми, поэтому корпус проектировался с тем расчетом, чтобы изогнутые тело и голова выглядели дружественно.

Роботизированный хирургический комплекс DA VINCI

Не дрожащие манипуляторы, трехмерный HD-обзор и впечатляющая ловкость для одного человека-хирурга.

Возможности робота:

• Сохраняет жизни
• Можно управлять удаленно

Da Vinci — роботизированная хирургическая система, но операцию выполняет хирург: он находится за консолью и полностью управляет камерой и инструментами. Система помогает работать через небольшие разрезы и обеспечивает увеличенное трёхмерное изображение операционного поля.

Система масштабирует движения рук хирурга и фильтрует мелкий тремор, а инструменты имеют большую свободу движения в ограниченном пространстве. При обычной операции da Vinci хирург находится в той же операционной, что и пациент; система не выполняет операцию автономно. Эксперименты с дистанционной роботизированной хирургией существуют, но это отдельное направление, а не стандартный режим любой системы da Vinci.

PREDATOR MQ-9 REAPER — воздушный террорист

Беспилотник «Рипер», ранее известный под названием Predator B, производится корпорацией General Atomics и развивает в воздухе максимальную скорость 240 узлов (444 км/ч)

Возможности робота:

• Автономный облет территории
• Удаленная бомбардировка
• Передает разведданные в режиме реального времени

В последние годы беспилотные летательные аппараты (БПЛА), также называемые «дронами», стали одним из наиболее важных видов вооружения. Так как необходимость в пилоте отпадает, обычно относительно небольшой планер MQ-9 может взять на борт огромное количество средств измерения, оружия и топлива.

В России тоже разрабатываются и используются БПЛА, например, «Элерон-10СВ».

С помощью турбовинтового двигателя мощностью 708 кВт (950 л.с.) генерируется электрическая энергия для работы бортового датчика и коммуникационной системы, а также для управления компонентами корпуса, влияющими на полет, которые продублированы на случай внештатной ситуации. БПЛА могут функционировать практически полностью автономно, под управлением автопилота и с возможностью автоматической посадки, но атаковать цели бортовым оружием можно только с помощью человека-оператора.

Благодаря системе защищенной спутниковой связи оператор может управлять БПЛА как моделью-самолетом за тысячи километров, и при необходимости отдавать команду «Риперу» по развертыванию его ракет.

RIBA-II — домашняя сиделка

Этот смышленый робот-сиделка в корне изменяет процесс ухода за больными.

«Риба-II» — это новая и улучшенная версия робота «Ри-Мен» (зеленый робот слева) с гораздо более широким кругом возможностей

Возможности робота:

• Вытаскивает вас из постели утром
• Определяет вес пациента
• Имеет особенные датчики, полностью сделанные из резины

«Риба-II» — питаемая от электричества роботизированная система, предназначенная для аккуратного подъема и переноса пациентов. Робот с мордочкой медведя осторожно поднимает их с постели или стула, и даже с пола.

Встроенные компьютер и датчики «Рибы-II» измеряют вес человека и устанавливают баланс, рассчитывая правильное положение рук, чтобы обеспечить ему комфорт. Еще одним преимуществом является степень доверия такой системе, что очень важно для пациентов. В этой захватывающей области человеческого доверия и взаимодействия с роботом продолжаются обширные исследования.

E.ZICLEAN WINDORO — мойщик окон

Этот робот открывает окно в будущее роботизированного домашнего хозяйства

Возможности робота:

• Перфекционист
• Надежное сцепление со стеклом
• Возможно дистанционное управление

«Виндоро» — автономный мойщик окон, по устройству похожий на робот-пылесос. «Виндоро» состоит из двух частей: одна предназначена для мойки, вторая — для навигации. Обе части удерживаются вместе с помощью мощных магнитов. Одно устройство работает на одной стороне стекла, оно оборудовано электромоторами, шестеренками и колесиками, с помощью которых перемещается по плоскости окна.

Очистка стекла производится вращающимися щетками, при этом работают два мотора, перемещая робота по предварительно вычисленной траектории, чтобы ничего не пропустить при мойке. Второе устройство располагается на другой стороне окна, удерживаясь на гладкой поверхности вместе с первым устройством с помощью мощных неодимовых магнитов.

Лучшие из оставшихся…

1. Робокот компании Kodlab

Чтобы не перевернуться на спину, модифицированная версия робота X-RHex оборудована качающимся противовесом, представленным в виде точно позиционируемого хвоста, ориентирующего робота так, чтобы он всегда приземлялся на ноги.

2. USC BioTac

Эта интеллектуальная робокисть обладает такими же размерами и мягкостью движений, как настоящая рука человека. «БиоТак» способна контролировать прикладываемую силу, распознает температуру и вибрации, а «пальцы» могут с большой точностью определять размеры и фактуру объектов и надежно удерживать предметы.

3. Супергидропонный робот (Харбинский политехнический университет)

Этот крошечный робот идеально подходит для разведки, замера содержания воды и исследования дикой природы. Он может передвигаться по воде за счет поверхностного натяжения.

4. SandFlea компании Boston Dynamics

Этот колесный робот выглядит довольно обыденно, но лишь до момента, пока не достигнет препятствия. Определив его высоту, компьютер робота вычисляет угол и силу прыжка, после чего робот прыгает на высоту до восьми метров.

5. Kuratas

Этот четырехметровый монстр предназначен только для одной цели — хвастовства. «Гранатометы» для запуска бутылок с водой и пулемет Гатлинга с пластиковыми пулями привлекут всеобщее внимание, когда вы сядете в кабину с полноцветным дисплеем, чтобы управлять роботом.