Как роботы обретают грацию и пластику

Робот, железный человек или железный зверь или насекомое, воспринимаются массовым сознанием как нечто хоть и могучее, но неспешное и неуклюжее. Но это давно уже не так – давайте посмотрим, откуда взялся такой стереотип, и как реальность его преодолела.

Представление о роботах широкие народные массы получали из кинематогрофа, из фильмов научно-фантастического жанра. Американцы –  из «Запретной планеты», Forbidden Planet, 1956 г. Население СССР – из «Планеты бурь», снятой Павлом Клушанцевым в 1961 г. по одноименной повести инженера Александра Казанцева, 1959 г. Впрочем, робот в «Планете бурь» тоже был американцем, хоть и прилетевшем на Венеру на советском космическом корабле. И оба этих робота были солидными, исполнительными, но очень неторопливыми механизмами.

Робот из «Планеты бурь», 1961 г.
Робот из «Планеты бурь», 1961 г.

 

Александр Казанцев основания робототехники, которая вышла из автоматики и телемеханики, знал не понаслышке.  Именно он, будучи главным инженером завода №627, сконструировал сухопутную торпеду, набитую взрывчаткой танкетку ЭТ-1-627 с проводным управлением, использовавшуюся при обороне Севастополя и прорыве блокады Ленинграда. И ему, естественно, были прекрасно известны возможности доступных в то время электродвигателей, релейной автоматики, ламповых и первых полупроводниковых усилителей. Представлялось, что почти разумную машину сделать можно, а вот обеспечить ей сравнимую с живым существом динамичность – получится вряд ли.

Только вот внезапно стереотип был сломан. Сделала это аугсбургская компания KUKA Roboter, устроившая весной 2014 г. матч между своим серийным роботом Agilus и чемпионом мира по настольному теннису Тимо Боллом (Timo Boll).  Agilus – неантропоморфен. Это «железная рука», причем не самая подходящая для пинг-понга – ее вращающаяся и качающаяся часть (приходится заимствовать термины из ствольной зенитной артиллерии, десятилетиями бывшей главным потребителем прецизионных приводов) имеет массу в 52 кг.

Робот KUKA Agilus выступает против чемпиона мира Тимо Болла
Робот KUKA Agilus выступает против чемпиона мира Тимо Болла

Матч, который можно посмотреть здесь, был очень занятен. В начале партии Тимо Болл проигрывал роботу со счётом 0:6. А после этого вдруг начинает сначала отыгрываться, а потом берет верх. В итоге партия заканчивается со счётом 11:9… Ролик этот, показанный знакомым с пинг-понгом спортсменом, вызывал очень интересную реакцию. Они отмечали, что в начале Agilus выигрывал в технически сложном противоборстве, точнее человека определяя положение мяча и очень ловко отбивая мяч. Именно это соответствовало игре до счета 0:6.

А вот потом Тимо Болл использует свой головной мозг и выработанную сотнями миллионов лет эволюции привычку к выживанию – он меняет стратегию. Использует более простые («парируемые перворазрядником», как говорили тренеры), но требующие движения вокруг стола, удары. А Agilus-то еще менее подвижен, чем  Barbecue, как звали пираты Джона Сильвера. Его единственная нога привернута к полу крепкими рым-болтами (быстрое движение полуцентерной руки создает приличные динамические нагрузки).

То есть, уже четыре года назад было очень наглядно и изящно продемонстрировано, что в своем рабочем поле серийный промышленный робот не только сильней, но и динамичней человека. Таков итог шести десятилетий технического прогресса, которые прошли со времен книги Казанцева. Бесколлекторные электродвигатели с роторами из высококоэрцитивных материалов при малых габаритах не только высокую мощность, но и прекрасные пусковые характеристики. Цифровая схемотехника позволила по общедоступным ценам управлять мощными токами с ювелирной точностью.

Новинкой все это было только для широкой публики. Те, кто видел синхронную работу стальных богомолов на автомобильном конвейере, или вальс роботизированных погрузчиков на складе логистического центра, удивлены не были. Но все же это касалось или стационарных промышленных роботов, или колесных производственных машин с автоматическим управлением. А вот стопоходящим машинам, вроде сконструированного когда-то П.Л.Чебышевым, грации явно не хватало.

 

Всего три года назад сотрудники Google с помощью пинков проверяли устойчивость собаки-робота фирмы Boston Dynamics. Собака SpotMini  теперь обзавелась пятой лапой, разработанной фирмой SoftBank . Именно этой фирме летом 2017 г. прошлый хозяин, Alphabet, «материнская» компания Google, и продала Boston Dynamics  за более чем $100 млн. Много это или мало? Это, примерно,  как стоит известный концерн «Калашников», 26% акций которого недавно продали за 1,5 млрд. рублей. Для сравнения скажем, что SoftBank выложила за производителя чипов ARM Holdings  £23.4 млрд. Но это – за производителя массовых серийных приборов.

Boston Dynamics же не только ничего не производит в серии, но и не сконструировала ни одного серийного образца для серийного заказчика. Тем не менее ее разработки считаются перспективными – та же «пятая лапа» позволяет выполнять и женскую, и мужскую работу – загрузить чашки и тарелки в посудомоечную машину, принести из холодильника банку пива… И такие простые вещи потребовали резкого увеличения размерности функционального пространства управления, что говорит о существенном росте вычислительных мощностей робота-собаки SpotMini. Ведь высшим обезьянам, включая узконосых, пришлось отказаться от такой полезной и практичной вещи, как присутствующий у лемуров и мартышек хвост, «процессорные мощности», поедаемые управлением им, пошли на вские там социальные и речевые функции… А вот робот становится и многолапей, и умнее!

Но собака, она собака и есть. При всей популярности домашних питомцев людей больше интересуют люди, хоть и железные. Поэтому главным продуктом Boston Dynamics бесспорно является «железный человек» Atlas. Первая версия его была создана к лету 2013-го, в рамках конкурса, объявленного агентством по исследованиям и разработкам Пентагона, DARPA.  когда Boston Dynamics, тогда еще независимая компания, активно сотрудничала с агентством по исследованиям и разработкам Пентагона, DARPA. Робот ростом в 175 см и весом в 82 кг предназначался для решения задач гражданской обороны, СНАВР по советской терминологии.

Когда то Atlas таскал за собой хвост, а теперь делает обратное сальто
Когда то Atlas таскал за собой хвост, а теперь делает обратное сальто

Интересно, что Atlas образца 2013 г. был хвостат. Только это был не пушистый хвост лемура, на котором так удобно висеть на ветке, а толстый гелевый, то есть – заполненный проводящим гелем, низковольтный кабель (даже многожильная медь имеет хорошие шансы сломаться ни сгибах). При таком обременении не порезвишься, даже имея конечности с 28 степенями свободы, гидравлические привода и пальцы, приспособленные к мелкой моторике. Но четыре года – очень большой срок для эволюции роботов.

К осени 2017 г. Atlas получил автономное питание, более совершенные средства технического зрения (бинокулярные видеокамеры,  лидар и процессоры обработки сигналов), совершеннее стали алгоритмы его моторики – и в результате робот овладел акробатикой. Он ловко запрыгивает на ящики различной высоты, и, главное, делает обратное сальто. Да, это не серийный, как Agilus, образец – это машина опытная, скорее всего даже демонстратор технологий. Но технологии эти поражают.

 

Всего за пять лет роботы освоили такую моторику, на овладение которой у эволюции ушли сотни миллионов лет. И часть этих роботов уже выпускается серийно, а другие вот-вот послужат основой массовой продукции, применение которой в экономике необратимо изменит мир.