Все о роботах-помошниках: от уборки до спастельных операций

Эти умные машины могут спасать людей и ухаживать за престарелыми. Они летают, ползают и выполняют любую, даже самую сложную работу. Роботы-помошники Romeo и RHEX. Соотношение размеров роботов на изображении может не соответствовать настоящим Когда-то роботы были всего лишь плодом человеческого воображения, воплощенным в научно-фантастических произведениях. Сегодня умные машины уже стали реальностью. Начало положили роботы — помощники по дому, имеющие крошечные размеры. Только по домам жителей США «бегает» свыше восьми миллионов этих роботизированных помощников с сервомоторами. Кроме них еще несколько десятков тысяч аналогичных машин натирают полы, моют окна и стригут газоны. Конечно, это весьма скромное начало, но производство роботов дешевеет, поэтому их количество по всему миру неуклонно растет. Отметим, что важные составные части любого робота — например, датчики определения местоположения, системы распознавания жестов и лиц — сегодня имеются практически в любом мобильном устройстве. Так, iPhone со встроенной камерой и алгоритмом голосового управления Siri представляет собой практически готового робота, у которого отсутствует лишь механическая часть.

Для роботов есть и более важная, чем уборка, работа — от ухода за престарелыми людьми до участия в спасательных операциях во время природных катастроф. При этом в качестве образца для подражания редко выбирается человек, ведь природа предлагает разработчикам умных машин и более интересные варианты, такие как птицы, рыбы и даже насекомые. CHIP расскажет, в каких сферах роботам уже сегодня находится применение и какие проекты задумано реализовать в ближайшем будущем.

Повседневная жизнь: друг и помощник

В наш дом они приходят как психотерапевты и помощники по хозяйству. При этом неважно, создаются ли эти умные машины в рамках крупных проектов или же мастерами-одиночками.

C улыбкой подавать руку роботу, который выглядит и говорит как человек? Для нас это пока непривычно, а вот для жителей Японии умные машины уже являются частью их представления о будущем мире. Например, робот Asimo, созданный компанией Honda, специализируется на взаимодействии с человеком и способен выполнять его приказы. Разрабатывается и другая концепция применения роботов — уход за пожилыми людьми. Япония — это государство с высоким средним возрастом населения, и на ее примере мы видим, что ждет в скором времени и нас, когда около 25% жителей нашей страны будут старше 65 лет. Отметим, что министерство экономики Японии уже сегодня оценивает рынок роботов-помощников в $500 млн в год.

От робота-тюленя к роботу-дворецкому

Такие компании, как Toshiba и Panasonic, совместно с исследовательскими университетами по всему миру работают над амбициозными проектами. Например, робот Riba II предназначен для транспортировки людей с ограниченными возможностями, а MySpoon сам кормит инвалидов. К сожалению, пока лишь незначительное количество проектов доходит до серийного производства из-за высокой стоимости конечного продукта. Исключение составляет терапевтический робот-тюлень под кодовым именем Paro. В настоящее время более 200 таких «бельков» проходят клинические испытания в европейских странах, где врачи проверяют эффективность их воздействия на пациентов, страдающих старческим слабоумием и болезнью Альцгеймера. Робот реагирует на поглаживания и почесывания довольным мурлыканьем. Как показывают результаты проводимых исследований, у больных улучшается настроение, они успокаиваются, а в ряде случаев происходит активизация речевых навыков.

  Более сложных и многозадачных роботов, таких как Romeo от компании Aldebaran или Care-O-Bot, изготовленный во Фраунгоферовском институте, труднее запустить в массовое производство. Второй из них призван помогать физически ограниченным пациентам выполнять повседневные задачи: убирать со стола, доставать книги с полки или наливать в стакан напиток. Такой робот может применяться не только в больницах, но и дома. Технически это реально, однако очень затратно: такая модель стоит около 8,3 млн рублей ($250 000). Впрочем, сегодня имеются и недорогие компоненты для умных машин. Например, сотрудник компании Microsoft Джордан Корреа создал робота-тренера для своей собаки: он бросает мяч, собака должна принести его обратно, и за это робот автоматически вознаграждает ее порцией корма. При этом управление машиной осуществляется посредством контроллера Microsoft Kinect.

Darwin: Тренер для собак

На базе платформы EDDIE с сенсором Kinect (справа) разработчик из компании Microsoft создал персонального тренера для собак. Рука этого робота бросает мяч, а когда собака приносит его обратно, электронный тренер вознаграждает ее порцией корма.

Спасение в случае опасности

Природные катастрофы являются неотъемлемой частью существования цивилизации, поэтому нам необходимы роботы, способные добираться в такие места, где человек не выживет.

Роботы-спасатели обследуют завалы, вползают в обрушившиеся дома и ищут заложенные в автомобилях бомбы. В последние несколько лет им находится применение во всем мире. Американская компания iRobot уже отправила «на фронт» около 3000 своих маленьких помощников. И это выражение можно понимать буквально, так как самым большим заказчиком этой фирмы является министерство обороны США. В Японии страшное землетрясение 1995 года в городе Кобе дало толчок началу разработки роботов, которые могут передвигаться в обрушившихся зданиях и проникать в места скопления строительного мусора, где людям-спасателям находиться слишком опасно.

Авария на ядерном реакторе — главное испытание для современного робота

Подобно роботам-саперам из США японские роботыспасатели (например, Quince) выглядят не слишком эффектно. Они чуть меньше одного метра в длину и передвигаются на гусеничном или цепном ходу. Тем не менее у этих машин есть своя изюминка. Так, Quince оснащен пыле- и влагозащищенным корпусом, что позволяет ему не бояться опасных химикатов. В 2011 году во время аварии на АЭС Фукусима именно этот робот сумел проникнуть в поврежденный реактор атомной станции и произвести замеры уровня радиации.

Отметим, что катастрофа на Фукусиме стала настоящим полигоном для демонстрации всех необходимых роботам-спасателям качеств и определения предела их возможностей. Непреодолимым может оказаться даже банальное препятствие — например, лестничные ступеньки, на которых как раз «споткнулся» американский робот PackBot, также задействованный в Фукусиме. Единственным роботом, легко справившимся с ними, стал Quince благодаря наличию на его корпусе подвижных гусеничных движителей спереди и сзади.

Робот Quince в реакторе «Фукусима». Чтобы проанализировать обстановку в здании реактора АЭС «Фукусима», потребовалось два робота: Quince 1 делал фотографии и производил замеры уровня радиации, а Quince 2 передавал полученные данные находящимся снаружи спасателям.

    Европейский аналог Quince стоит около 2,3 млн рублей ($70 000). «Нам не очень-то хочется потерять его», — говорит профессор Сурманн, участник европейского проекта NIFTi (Neuroimaging Informatics Technology Initiative). В связи с этим он склоняется к идее предварительного обследования места работы дешевыми одноразовыми роботами, которые смогут предоставить спасателям необходимые снимки и создать там определенные условия для работы дорогостоящей техники. Модель такого робота-разведчика, созданная в Высшей школе Гельзенкирхена, стоит около 20 000 рублей (€500) благодаря использованию недорогих деталей. В качестве платформы используется операционная система ROS (Robot Operating System), которая устанавливается на инсталлированную ОС Linux или Mac OS X.

Три робота-прототипа из Высшей школы Гельзенкирхена (Германия) в действии: расположенный слева производит разведку на местности, оранжевый робот-самолет позволяет получить общую картину происходящего, а модель на гусеничном ходу (справа) проникает в опасную зону для выполнения спасательной миссии.

Научные проекты: подражание природе

Насекомые, рыбы, собаки и птицы — при разработке новых гибких и мощных роботов инженеры ищут образцы в живой природе.

Роботы-животные более быстрые и ловкие, чем человекообразные модели, которым нужно постоянно заботиться о своем равновесии. Очень эффективным следует признать робота под кодовым именем AlphaDog: он способен нести до 200 кг снаряжения и передвигаться по неровной поверхности. Если одна из четырех «ног» проскальзывает, робот автоматически стабилизирует свое положение в пространстве. Осенью этого года планируется проведение полевых испытаний, и если они пройдут успешно, то AlphaDog поступит на вооружение армии США. Производство будет осуществляться компанией Boston Dynamics при значительном финансировании со стороны американского военного ведомства. Поэтому неудивительно, что в портфолио этой компании имеются и другие модели. Например, шестиногий RHEX — «младший брат» AlphaDog — тоже способен преодолевать лужи и грязь. Другой робот по имени Sand Flea перепрыгивает заборы высотой до восьми метров благодаря встроенной пневмопушке.

Робот Cheetah (от англ. «гепард») производства компании Boston Dynamics оснащен движителем, созданным по образцу ног гепарда. Во время бега этот самый быстрый на сегодняшний день робот достигает максимальной скорости примерно в 30 км/ч.

Механические пауки и рыбы

Общая тенденция в современной бионике предусматривает уход от использования металлических «скелетов». Ученые из Фраунгоферовского института в городе Штутгарт (Германия) построили «паука» из деталей, созданных на 3D-принтере. Те же 3D-принтеры помогли ученым при разработке рыб-роботов, состоящих из водопроницаемого полиамида и ориентирующихся в воде при помощи инфракрасных датчиков. ПО искусственных подводных обитателей имитирует поведение косяков рыб. Общая стоимость такого робота состав
ляет 830 рублей ($25). Руководитель проекта Андреас Фишер полагает вполне реальным серийное производство таких устройств, которые могут использоваться не только как замена аквариумным рыбкам, но и в обучающих проектах. Также специалисты по системам автоматизации организовали исследовательскую группу, которая берет за образцы наиболее удачные примеры из живой природы. Самый удивительный проект, SmartBird — это робот, прекрасно повторяющий движения крыльев чайки и способный имитировать особенности полета этой птицы.

Тем не менее человек в качестве биологического прототипа себя еще не исчерпал: военное агентство США Darpa в 2012–2013 годах проводит сравнительные испытания, главным действующим лицом которых является робот Atlas. Программа-максимум ученых — создание на основе Atlas гуманоидного робота-спасателя, который будет прочесывать район катастрофы и выносить из него раненых. Подобно герою Арнольда Шварценеггера в фильме «Терминатор», в 2013 году эта машина могла бы легко сказать: «I’ll be back».