×

Роботизированная рука, управляемая издалека, стала легче, движется более плавно и с большей ловкостью. 

Предоставлено: Мэтью Модоно / Северо-Восточный университет.

Мы живём в век становления робототехники на пьедестал промышленного прогресса: наши смартфоны обладают достаточной вычислительной мощностью для запуска космического корабля; так называемый Искусственный Интеллект уже может нам подсказать, где мы ошиблись и как что-то сделать лучше; а соответствующим образом запрограммированные механизмы могут выполнить целые комплексы операций вместо живого рабочего и гораздо лучше него. Тот же трёхмерный принтер – при минимальном участии человека – уже «построил» небольшую деревенскую школу в Малави (Африка) всего за 18 часов!

Но это, конечно, далеко не предел мечтаний, и старые-добрые писатели-фантасты не дадут нам об этом забыть. Например, как рассказывал своей сестре космический археолог мистер Том Райс – герой романа Роберта Сильверберга «Через миллиард лет», – «…ну, нет у андроидов [человекоподобных роботов] шестого чувства. Не может он кончиками пальцев ощутить, что если срежет ещё миллиметр почвы, то покалечит уникальную находку». Да, роботам не хватает этой нашей чувствительности или чуткости, этакого «осязания на грани предчувствия» – зовите, как хотите. Но! С решением как раз этого вопроса связаны многие восхитительные идеи и разработки современной инженерии.

И речь не только о сенсорной чувствительности на поверхности робота. Сюда можно отнести и плавность его движений, их точность и контролируемость инерционных моментов. Этим и занимаются исследователи из американского Северо-Восточного Университета. Они работают над устранением жёсткости и отрывистости в движениях роботизированных рук, чтобы сделать их изящными, но цепкими и ловкими настолько, чтобы робот сумел – с одной стороны – аккуратно поднять яйцо, а с другой – сложить обеденные тарелки. 

Если учёные сумеют добиться результата хоть сколько-нибудь близкого к идеалу, то однажды эти открытия позволять врачам выполнять срочные операции удалённо – например, не входя лично в зону карантина или не присутствуя на поле боя. Также, допустим, сапёры смогут обезвреживать бомбы и вести промышленные подрывные работы, физически находясь на безопасном удалении от взрывных устройств.

Сам проект предполагает создание роботизированных манипуляторов, оснащённых дистанционным управлением. И хотя, подход, как говорится, не нов, тем не менее метод его воплощения несколько отличается: в своих устройствах инженеры решили отказаться от размещения двигателей в ключевых узлах машины. Дело в том, что раньше их устанавливали именно так – в «суставах запястья» (если проводить аналогии с нашими руками), что награждало роботов такими чертами, как грубость движений, неповоротливость, сравнительно небольшая точность и вытекающее из всего этого неудобство управления. Теперь же, вместо традиционных узловых нагромождений, тяжёлые двигатели расположены в основании установки – примерно, как в бормашине зубного врача.

«Без двигателей в руке они намного легче, чем традиционные руки, – говорит Питер Уитни, доцент кафедры машиностроения и промышленной инженерии Северо-Восточного Университета. – Так что теперь, если у вас есть более лёгкая рука, вам будет намного легче перемещать её».

Исследователи показали рабочий вариант на практике. На проведённой демонстрации, учёный совершал различные манипуляции правой рукой с закреплённым на ней С-образным хватательным когтем. В это же время находящаяся рядом роботизированная рука довольно точно имитировала его движения. Оператор манипулятора опускал и поднимал руку, водил ею влево и вправо, сгибал в запястье. Все его плавные действия рука робота с успехом копировала, словно они работали в тандеме. Таким образом, эксперимент вполне позволяет говорить об оправданности выбранного направления для решения стоящей перед учёными задачи. Он показал состоятельность и перспективность гидравлической технологии с низким коэффициентом трения, которая была разработана в рамках как раз данного университетского проекта.

Но не всё, конечно, и получилось. Так, было не совсем очевидно каким образом можно позволить человеку почувствовать усилие, применяемое механической рукой. Если в одних ситуациях можно было обойтись поддержкой простого визуального контроля за совершаемыми действиями, то, когда робот закрывал собой объект манипуляции, эта поддержка исчезала, и человек оказывался слеп не только оптически, но и тактильно. То есть, вывод однозначен: нужно научиться передать пользователю чувство осязания текстуры поверхности объекта.

Эта необходимость перекликается с другими условиями благотворного удалённого использования роботизированных устройств. Например, понимание среды, в которой находится машина, не менее важно с точки зрения адекватности применяемых решений и действий. Так что технический прогресс должен будет преодолеть и это фундаментальное препятствие.

«Трудно точно определить, где находится робот относительно окружающей среды – касается ли он чего-то или нет, или, как и насколько сильно он касается объекта, – поясняет Уитни, всесторонне исследующий конструкции роботов, материалы для их производства, а также способы управления ими и общего контроля. – Всё это факторы, которые могут повлиять на то, как мы можем добиться хороших результатов, но также и обеспечить безопасность».

Благодаря избавлению от лишней нагрузки на узлах роботизированных систем в виде громоздких двигателей и вызванному этим облегчению всей конструкции, теперь у исследователей есть возможность провести машинное обучение в реальном времени. То есть, во время эмпирического «воспитания» специализированной нейромодели будет считываться информация, показывающая, сколько силы было приложено в том или ином случае.

По словам Уитни, машинное обучение является активной областью исследований среди его коллег-преподавателей. Так, он работает с Робертом Платтом, доцентом кафедры электротехники и вычислительной техники в Колледже Компьютерных Наук Хури, над проектом Национального научного фонда, в котором участвуют лёгкие роботы, разработанные именно для прямого, преднамеренного контакта с объектом.

Этот опыт позволяет ему утверждать, что «…когда мы пытаемся схватить объект или манипулировать им, мы действительно можем использовать эти контактные силы, аналогично тому, как человеческие мышцы чувствуют усилия, вроде того, как насколько тяжёлым является что-то», – говорит Уитни.

Кроме этого, Питер Уитни также сотрудничает с Таскином Падиром, доцентом кафедры электротехники и вычислительной техники, чтобы изучить возможность использования удалённо управляемых роботов для физического взаимодействия с кем или чем-либо, выступая в качестве механической замены. Проект даже участвовал в глобальном конкурсе на создание системы аватаров, которая может передавать присутствие человека в удалённое место в режиме реального времени.

Что ж, будущее начинается сегодня! И пусть слова сильвербергского космического археолога Тома Райса о том, что «когда андроид берётся за дело, он справляется на все сто, зато непредсказуемый и ненадёжный хомо сапиенс может выдать и сто пять, если обстоятельства того потребуют» всё ещё тешат наше самолюбие,.. мы способны преодолеть и это.

И вот ведь какая штука: кем нас тогда считать – победителями, создавшими столь превосходную технику, или проигравшими этой технике существами? Всё в наших руках…

 


 

АРМК, по материалам Northeastern University.