Робот ради человека

01 апреля 2007 года, 00:00

В России глобальные проблемы робототехники пока пребывают в стадии дискуссий — за неимением пользовательской робототехники, как таковой. Журналисты и ученые лишь пытаются спрогнозировать, когда же двуногие машины появятся в нашем быту? А есть между тем на свете несколько небольших островов, где роботы давно стали так же обычны, как персональные компьютеры в Европе лет 15 назад. То, что Япония диктует мировую «роботомоду», известно многим. Но за громом фанфар и мерцанием вспышек на спецвыставках проглядывает еще и завтрашний день.

Шагающие и лающие роботы — пока лишь игрушки, правда, уже способные выполнять примитивные команды. Когда-нибудь они научатся действовать самостоятельно, но почему бы уже сегодня не использовать весь накопившийся в процессе их создания опыт для решения несложных, но насущных задач?

Именно этим и занимаются великие прагматики японцы последние несколько лет. Уметь видеть суть и ценить то, что имеешь, — вот их самая завидная черта. Зачем требовать от робота того, чего он пока сделать не в силах (или делает плохо), если с этим прекрасно справляется сам человек? Пусть лучше он будет «просто» аккуратным и исполнительным, а остальное приложится. Как гласит старый принцип разработчиков IBM, постепенно перешедший в международный фольклор: «Человек думает, компьютер работает».

1. Робот-ложка MySpoon, победивший в сервисной номинации на Robot Award 2006
2. Робот для ловли кальмаров — еще один финалист Robot Award 2006
3. Около 800 таких «тюленей» работают в центрах реабилитации детей-инвалидов

На недавней выставке The Robot Award, прошедшей в Японии, к примеру, демонстрировались характерные новинки, из которых жюри выбрало десяток наиболее полезных и совершенных с технической точки зрения. Среди них вы не увидели бы ни пляшущих антропоидов, ни индустриальных манипуляторов. Зато был робот-тюлень Paro, который оснащен специальными сенсорами и в ответ на прикосновения и поглаживания моргает глазами и шевелит плавниками (разработка Национального института передовых промышленных наук используется в качестве своеобразного «успокоителя» в детских больницах). Или, скажем, роборука MySpoon, помогающая кормить инвалидов и людей, что называется, с ограниченными физическими возможностями. И еще — система TOCE (Tele-Operated Construction Equipment) с дистанционным управлением для выполнения спасательных работ.

  
Робот TOCE, умеющий разбирать завалы, — отличное приобретение для служб спасения
Cogito ergo sum

Когда робот догонит человека? Первый шаг уже сделан. В мае 1997-го компьютер IBM Deep Blue впервые обыграл чемпиона мира Гарри Каспарова в шахматы. В июле того же года робот Sojourner начал полностью автономное исследование Марса в рамках космической программы NASA. Скептики возразят, что в первом случае машина победила лишь благодаря миллиардам заложенных в нее комбинаций и невероятной (по тем временам) скорости их перебора. Освоение же безжизненной и почти плоской планеты — задача не такая уж сложная, вполне доступная моделированию. Но есть люди, для которых эти достижения стали отправной точкой в борьбе за «равенство» машин и людей. По заверениям организаторов Robocup (www.robocup.org), в 2050 году должен состояться первый футбольный матч (по всем правилам FIFA!), в котором гуманоиды-роботы смогут сыграть как минимум наравне, а то и выиграть у команды чемпионов мира того же года. Если учесть, что футбол — это сложная командная игра, с непредсказуемым и динамическим развитием, подобные заявления могут показаться не только смелыми, но даже неосторожными.

И все-таки давайте попробуем представить степень развития техники к тому времени. Если руководствоваться законом Мура, можно предположить, что быстродействие компьютеров за оставшиеся 43 года увеличится почти в миллион раз. Значит, и объем информации, который воспринимает мозг взрослого человека, а это тысяча триллионов байт, без особых усилий будет обрабатываться устройством не больше современного «наладонника». Можно предположить, что вычислительных мощностей хватит для создания более и менее полноценного искусственного интеллекта.

Однако само по себе такое создание — задача не только техническая, но и лингвистическая, психологическая, наконец, философская. Группа Брайана Скаселлати из Йельского университета провела уникальный эксперимент. Созданный ими робот Нико обладает зачатками самосознания. Понять, что «я мыслю, следовательно, существую», он, конечно, не может, но «догадаться» перед зеркалом, что движущееся отражение является им самим, — «догадался». А это, между прочим, под силу даже не всем высшим животным. Конечно, этот опыт никак не гарантирует нам успеха всего предприятия, но все же демонстрирует: проблема разрешима.

HONDA ASIMO против SONY QRIO
Основные конкуренты в мире двуногих механизмов — это роботы ASIMO и QRIO. Назвать их чем-то более серьезным, чем умными игрушками, не получится. Их и создавали-то просто ради демонстрации достижений. Несмотря на почти метровую разницу в росте между ними, они оба оставляют впечатление поразительной живости. Их движения настолько естественны, что поначалу кажется — это «фокус», подделка, подобная костюму С-3PO из саги «Звездные войны».

QRIO
Рост: 58 см
Движения: 38 сервомоторов
Управление: автономное, ручное беспроводное, голосовое
Аккумулятор: время работы 1 час

Компания Sony представила его публике как умную игрушку для дома, для семьи. QRIO знает 60 000 слов на разных языках, узнает лица, слушается команд и, как утверждают разработчики, задает «умные» вопросы в зависимости от ситуации. Он отлично приспособлен для «жизни» вне лабораторных стен. Прекрасно держит равновесие, а в случае падения активирует один из алгоритмов, смягчающих удары. В 2005 году QRIO был внесен в Книгу рекордов Гиннесса как быстрее всех передвигающийся робот-гуманоид. Он развивает скорость 23 сантиметра в секунду.

ASIMO
Рост:
1,2 метра
Движения: 26 сервомоторов
Управление: автономное, ручное беспроводное, голосовое
Аккумулятор: время работы 30 минут

Над ним концерн Honda работал более 17 лет. За это время облик робота несколько раз менялся, пока не стал таким, какой мы знаем. Когда работа была закончена, осторожные японцы даже обратились в Ватикан с запросом, не противоречит ли создание робота с походкой, так похожей на человеческую, христианским догмам. Папа не стал возражать. В открытой продаже ASIMO нет (в планы концерна это и не входило), но несколько образцов все же были проданы, и сейчас они трудятся в приемных некоторых крупных компаний, в том числе IBM.

По образу и подобию

На кого или на что будут похожи роботы грядущего? Один из возможных вариантов описан задолго до появления на свет «первого» из них. «И создал Бог Человека по образу Своему и подобию» — помните? Если не принимать во внимание человеческих пороков, в чисто физическом отношении «реплика» получилась вполне удачной. А раз так, зачем изобретать велосипед?

Иное дело, что инженерам будущего придется разрешить несколько ключевых проблем, над которыми сейчас усердно бьются все роботехнические лаборатории мира: помимо искусственного интеллекта это — перемещение на двух ногах и манипуляция.

Шагающие роботы, впрочем, уже не новость. Asimo от Honda и QRIO от Sony регулярно появляются на телеканалах. Они умеют не только ходить и подниматься по лестницам, но и танцевать. Однако принципы, заложенные в механику их движений, «неперспективны», а попросту говоря — тупиковы. Каждый шаг такого робота зависит от небольших сервомоторов, расположенных в каждом «суставе». Это требует отменной точности в их синхронизации и огромного расхода энергии. Заряда батарей Asimo хватает всего на полчаса, после чего он отправляется на подзарядку — хорошо хоть, что самостоятельно. Даже если в ближайшее время появятся малогабаритные аккумуляторы огромной емкости, их использование все равно не будет самым удачным выходом.

Решение есть, и оно кроется в особенностях движения самого человека. Наши ноги действуют как колебательная система, где накопленный момент помогает нам проходить точку равновесия, делая шаг. Сразу несколько групп разработчиков исследуют сейчас человеческую походку, чтобы применить ее к роботам. Кое-что уже удалось. Новые шагающие машины получаются много более энергоемкими. Правда, при этом настолько же менее устойчивыми. Как пошутил Энди Рин, робототехник из Корнеллского университета в Итаке, штат Нью-Йорк, «такие модели могут делать только одну вещь — идти по прямой. Они не могут даже остановиться».

  
Робот-«спортсмен» KHR-2HV ходит, танцует, кувыркается и даже делает сальто 
Но, похоже, это затруднение будет решено задолго до намеченного на середину столетия турнира. В Инженерном колледже имени Франклина Олина (штат Массачусетс, США) под руководством Джилла Пратта сейчас создается робот, способный ходить, подобно нам, не падая то и дело. М2, как называется «подопечный» Пратта, оснащен ступней, которая чувствует усилие. Робот сможет определить, как распределен вес между пяткой и пальцами. Исходя из этих данных, он точно рассчитает, какой крутящий момент должен быть развит в бедре, колене и лодыжке, чтобы сохранить равновесие.

Что же касается манипуляции, то это, казалось бы, совсем просто. Достаточно разработать механический захват, и дело — в шляпе? Нет, не в шляпе. Можете сами поставить такой интересный эксперимент: если из пакета молока через незаметное отверстие слить все содержимое, а затем поставить этот пакет на видное место, то, кто бы за него ни взялся, обязательно неестественно дернет вверх рукой. Дело в том, что у каждого из нас есть мышечная память. Оценивая объект, мы прикидываем, сколько он может весить, и по своим представлениям соизмеряем усилие. Внешне нераспечатанный пакет с молоком «выглядит» на 1 кг, именно на этот вес настраиваются наши мышцы, но когда оказывается, что он весит намного меньше, рука взмывает вверх, увлекаемая «излишней» силой. За годы жизни мы накапливаем «базу данных» на материалы и предметы, поэтому без труда оцениваем массу и вес практически любого из них. Роботы, подобно людям, также могут хранить в памяти характеристики любых предметов. Но одно дело создать четкий перечень «знакомых» объектов, и совсем другое — «научить» самостоятельно оценивать ситуацию. До недавнего времени эта проблема стояла чуть ли не острее всех в робототехники. Нельзя сказать, что сегодня она разрешена полностью, но ощутимый прогресс есть.

Еще одно важное направление разработок, без которых настоящего андроида не построить, — создание искусственной кожи. В Массачусетсском технологическом университете Эдуардо Торрес-Хара работает над материалом, который бы чувствовал не только приложенную силу, но и ее направление. Для этого ему пришлось хорошенько разобраться в том, как устроены тактильные сенсоры на наших руках. Полученный им результат напоминает резину, покрытую небольшими пупырышками. В каждом «пупырышке» скрыто несколько датчиков, реагирующих на изменение силы воздействия. Если на все датчики действует одинаковая сила, значит, предмет зафиксирован надежно. Если же есть хоть небольшая разница, он скользит, и нужно как-то корректировать положение «руки». А для этого, в свою очередь, необходимо точно чувствовать усилие, причем так, чтобы сила хвата возрастала одновременно и быстро, и плавно. Привод поэтому должен быть эластичным, таким же, как у человеческой руки или у другого творения из Массачусетсского университета — робота DOMO. Его «мускулатура» — моторы, приводящие в движение упругие приводы головок. Головки наполняют силой пальцы, запястья, руки...

Конечно, помимо всего этого остается еще целый ряд не разрешенных на сегодняшний день вопросов. Это и распознание окружающего пространства, и средства общения, и еще несколько важных вещей в сфере искусственного интеллекта. Но активные апробации на футбольных полях, правда, пока виртуальных, представьте, уже проходят. В рамках Robocup есть отдельная «лига». Игроки оттачивают мастерство написания алгоритмов, чтобы спустя десятилетия, когда все остальное будет готово, сойтись в честном поединке с венцом творения.

Александр Колтовой

Рубрика: Digital
Просмотров: 8624