Назначение шагающих роботов, роботы-андроиды

А зачем собственно нужны шагающие роботы? В таких механизмах есть практическая необходимость. Вспомните хотя бы забуксовавшие колесные машины - эту частую картину при бездорожье. Шагающие механизмы лучше преодолевают препятствия, и в этом их главное преимущество.

Японские разработки TITAN III и TITAN IV принадлежат Токийскому технологическому институту (Tokyo Institute of Technology) - одни из первых шагающих механизмов с искусственным интеллектом, позволяющим преодолевать несложные препятствия. Так, TITAN IV в 1985 году в Government Pavilion of the Science Exhibition at Tsukuba в полугодовой период опытов прошел около 40 километров по поверхности с тремя степенями сложности. Эта модель весила около 160 килограмм, а длина одной ноги (всего их было шесть) составляла около 1 м 20 см. Причем интересно, что такая махина развивала скорость 40 см/с. TITAN IV был прототипом для множества последующих разработок японских изобретателей. Перечислять нет смысла, так как их много.

Начиная с этого момента, шагающие роботы стали разрабатываться и для практических целей, например, для исследования морских глубин. Акваробот (Aquarobot) разрабатывался в лаборатории роботов в Port Harbour Research Institute Министерства транспорта Японии на протяжении четырех лет (1985-1989).

Расстановка сил среди стран, конструирующих шагающие механизмы, несколько изменилась. В основном, это связано с тем, что ушли русские (у нас тогда, если вы помните, началась перестройка, а потом развал СССР), но при этом достаточно интересные разработки стали появляться и в Англии, в 90-х присоединилась Канада. А лидерами стали, конечно же, японцы и американцы.

Кстати, сейчас такие роботы-многоножки активно используются для различных прикладных целей.

Если не говорить о шагающих роботах, а только об их конечностях, то мы можем найти еще одно применение данным разработкам, а именно - в медицине. Еще в 1948 году русский профессор Н. А. Бернштейн нарисовал человека с протезами, повторяющими скелет ноги, но с электрическими двигателями, что являлось разработкой НИИ Протезии. Стоит отметить, что сразу после войны это было очень насущным изобретением, к сожалению, не имевшим практического продолжения в будущем. В 60-е годы General Electric развила данную идею, но в варианте полноценного скелета с гидравлическим управлением. Точно такая же попытка была и с русской стороны в России (Ленинград, 1970 год).

Основной задачей ученых являлось все-таки создание человекоподобного робота. И нужно сказать, что - это только одна из ветвей развития шагающих механизмов. Ведь, согласитесь, роботы с большим количеством ног больше похожи на насекомых как внешне, так и по способу передвижения. А вот создание двуногих машин - это ближе к рассказам фантастов, которыми зачитывались в детстве наши ученые и изобретатели.

На самом деле сейчас наиболее доступны материалы по истории шагающих механизмов. Удивительно, но она существует. Настоящее скрыто под завесой тайны. Лишь иногда проскакивают новости, которые могут настораживать. Например, майки с датчиками температуры (электроника вживлена в ткань, следовательно, ее можно вживить в любой полимерный материал), робот учится кунг-фу, самообучающиеся игрушки роботы-собаки и так далее. Будущее шагающих механизмов мы уже знаем из фантастики. Все предсказания сбываются с точностью как у Жюля Верна.

Что удивительно, если бы технологии шагающих механизмов развивались чуточку быстрее, то мы бы совершенно по-другому представляли себе сейчас луноход. Сейчас же мы приступим непосредственно к андроидам, будущим человекоподобным киборгам.

Двуногие машины имеют не менее богатую историю, по сравнению с другими шагающими механизмами. Но исторический обзор начнем с 1964 года, когда ленинградскими учеными была создана кинематическая модель Чебышева с двумя ногами. Советские ученые внесли не очень большую лепту в историю создания двуногих машин. Так, в 1990 году в Москве профессором Формальским и доктором Ленским была создана модель двуногого робота, очень похожего внешне на данную кинематическую модель. Но такого прогресса в данной сфере разработок, как в Японии, в СССР, конечно, не было.

В 1969 году Иширо Като (Япония) показал миру антропоморфный двуногий механизм WAP-1. Интересным в данной разработке было то, что мышцы сделаны из резины или каучука и устройство приводилось в движение с помощью пневматики за счет воздействия на "искусственные мускулы". Это очень новаторская идея, которая совмещает в себе и простоту, и гениальность. Иширо Като работал при поддержке специальной исследовательской лаборатории гуманоидов (Humanoid Research Laboratory) при Waseda University (Токио). Интересен сам факт существования таковой в конце 60-х, в то время как для Японии это были не лучшие годы. И нужно сказать, результат очевиден, поскольку за Иширо Като стоит большая часть истории современных двуногих машин.

Уже в 1970 году появилась усовершенствованная модель WAP-2. В ней были разработаны специальные управляемые приводы, при этом под подошвы робота встраивались специальные датчики давления, что позволяло осуществить автоматический контроль положения.

В 1971 году состоялось сразу две премьеры, а именно - WAP-3 и WL-1. Обе они равноценны по значимости в истории шагающих механизмов. WAP-3 - это продолжение модели WAP-2, но, в отличие от предшественника, он имел спереди центр тяжести, что позволяло наклоняться и перемещаться не только по ровной поверхности, но и спускаться/подниматься, например, по лестнице. Таким образом, это был первый в мире робот, способный перемещаться не только по горизонтальной плоскости. WL-1 - это модель, управляемая мини-компьютером. Она так же, как и WAP-3, имела центр тяжести, расположенный спереди, но при этом могла менять направления ходьбы, что стало возможным за счет внедрения мини-компьютера.

В 1972 году в МГУ была разработана модель под именем "Рикша". В движение она приводилась с помощью двух ног, но между тем имелось еще и четыре колеса.

В 1973 году в Японии (Иширо Като) стартовал проект WABOT-1, целью которого было создание полностью функционирующего антропоморфного робота. Помимо систем контроля управления, в WABOT-1 были встроены видео- и звуковая системы, которые позволяли оценивать расстояние до объектов и направление к ним. Таким образом, это одна из первых роботов-машин, которая имела "глаза" и "уши". Ко всему прочему WABOT-1 имел внешние рецепторы и звуковоспроизводящую систему (умел говорить). То есть, первый андроид был создан в 1973 году.

В 1980 году Иширо Като разработал WL-9DR, управляемый с помощью 16-разрядного мини-компьютера. При этом если в предыдущих моделях "обдумывание" механизмом каждого шага составляло более чем 45 секунд, то в варианте WL-9DR на один шаг тратилось всего десять секунд. Роботы учатся ходить! И скорость у них измеряется пока в странной величине - сек/шаг.

И в 1983 году появилась модель WL-10 и на "обдумывание" шага тратилось около четырех с половиной секунд (если быть точным - 4,4 сек/шаг). В модели WL-10R применялись новые типы серво-механизмов и материалов. Значительно добавлена степень свободы у членов робота. WL-10R мог свободно поворачиваться, ходить вперед и назад. Теперь стали насущны еще одни параметры для шагающих механизмов, а именно - степени свободы.

1984 год. Команда ученых токийского университета создает двуногого робота с восемью степенями свободы. При этом данный робот уже имел автономное питание от источника постоянного тока.

В 1985 году Иширо Като создает WL-10RD. Теперь робот затрачивает от 2 до 5 секунд на каждый шаг. При совместной работе с Hitachi Ltd. модель WL-10R находит свое продолжение и в другом варианте - WHL-11 (Waseda Hitachi Leg-11). В WHL-11 был добавлен компьютер и гидравлический привод.

Как мы понимаем, роботы уже научились ходить, говорить... А вот главным событием было появление WASUBOT (аббревиатура от WAseda SUmitomo roBOT) от того же Иширо Като. WASUBOT - это робот-музыкант, который играет на пианино. Фотография, представленная на рисунке, обошла весь мир.

С тех пор прошло много времени. Роботы научились думать, ходить, говорить, видеть, слышать и даже самообучаться. Думаю, читали новость о том, что в Китае робота обучают кун-фу. При этом дополнительно при таком "обучении" можно усовершенствовать четкость движений механизмов и приводов.

Современные компьютерные технологии позволяют улучшить системы управления. Современные химики создают отличные полимерные материалы, которые могут являться заменителем кожи. При этом в такие материалы можно встраивать электронику. Так что в "Терминаторе-4" может играть уже не Шварценеггер, а реальный терминатор.

Заключение

И в заключение хочу остановиться на одной из современных разработок в области шагающих роботов: "Шагающее кресло" под кодовым названием WL-16 создано совместно с Tmsuk, фирмой по производству роботов. Две его "ноги" приводятся в движение при помощи 12 приводов, работающих от аккумуляторной батареи. Робот может носить человека, весящего до 60 килограмм. Этот шагающий робот, специально приспособлен к переноске людей. Его создатели утверждают, что с помощью робота инвалиды смогут передвигаться по лестницам или по неровной поверхности. Создатель робота Атсуа Таканиши - 45-летний профессор университета Васеда в Японии - говорит, что всю жизнь мечтал создать машину, похожую на героя мультика из его детства. Машина способна подстраиваться под седока и двигаться гладкой походкой, даже если сидящий на ней человек ерзает в кресле. Сам Таканеши предпочитает называть свое детище "шагающим креслом", и надеется создать технологическое подспорье для инвалидов - кресло, управляемое джойстиком и способное передвигаться по лестнице. По словам директора Tmsuk Йоичи Такамото, для построения работающей модели на основании нынешнего прототипа понадобится около двух лет.

Как сказал герой известного фильма: «Я пришел не рассказать, как все закончится – я пришел сказать, что все только начинается».