Современные роботы

За более чем 85 лет существования слово успело "подрасти" и даже "состариться", стать научным термином и фантастическим анахронизмом. Писатели-фантасты обогатили наш лексикон новыми названиями этих механических помощников: "андроид", "терминатор" и даже "нанит" (наноробот). Но, представление о роботах у сегодняшнего обывателя немногим отличаются представлений его далекого предка. Так, какие они - современные роботы? Семь роботов, которые изменят нашу жизнь, по версии журнала Forbes, или реальные прототипы фантастических устройств В августе этого года журнал Forbes опубликовал статью The Robots Are Coming!, в которой представил рейтинг самых удивительных роботов мира. Возглавляет этот рейтинг японский роботизированный костюм HAL (Hybrid Assistive Limb), благодаря которому альпинистское восхождение недавно почти совершил парализованный инвалид! Роботизированные ноги HAL, позволяют своему владельцу двигаться со скоростью 4 км/ч и подниматься по лестнице почти без физических усилий. Комплект состоит из рюкзака, содержащего компьютер и батареи, набора сенсоров, а также четырёх головок электропривода, расположенных напротив тазобедренных и коленных суставов владельца. Чтобы создать такой костюм японцам пришлось объединить работы в нескольких научных направлениях: кибернетике, мехатронике, бионике, медицине, информатике, электронике, физике и математике. Будущее подобных экзоскелетов представить себе нетрудно, если вспомнить такие фантастические фильмы как "Чужие" и "Матрица 3", а также многочисленные японские "анимэ". Возможно, HAL - это очередной шаг к созданию гигантских боевых роботов. Недаром, приоритетом аналогичных американских разработок является военная сфера. Следующим в рейтинге идет американский робот PackBot. Это небольшой гусеничный военный робот. В настоящее время армия США использует от 50 до 100 таких машин в Ираке и Афганистане. Управляемый дистанционно с помощью джойстика, и снабженный манипулятором и видеокамерами этот робот владеет несколькими военными специальностями. Он способен вести разведку, доставлять полезные грузы, обнаруживать взрывчатые и отравляющие вещества. Недавно была создана новая модификация PackBot снабженная 12-зарядным дробовиком, также, ведутся разработки медицинской модификации этой "механической собачки". Насчет "собачки" я упомянул не случайно, уж больно профессии PackBotа напоминают профессии боевых собак. Которых еще в годы второй мировой воины учили находить и вытаскивать раненых с поля боя, обнаруживать засады и мины и даже подкладывать взрывчатку под хорошо охраняемые объекты. Последнее, правда, не входит в список боевых заслуг PackBotа, но заставляет задуматься о его сходстве с описанной в книге Рэндалла Фрейкса "Терминатор" самоходной миной "Силверфиш", способной проникать внутрь укрытий и там уничтожать "противника". После двух грозных роботов в рейтинге находится игрушка. Pleo - полностью автономный динозавр-робот. Разработчики представляют игрушку, как первую "спроектированную форму жизни" (Designer Life Form). Это означает, что у динозаврика есть индивидуальность и поведение! Pleo не требует никакого дистанционного управления и волен взаимодействовать с владельцем и окружающей средой так, как он "хочет", словно живое существо! Конечно, чтобы быть "живым", любому роботу требуются высокие технологии. Под полимерной кожей Pleo прячутся датчики, в голове находятся сенсоры, в животе располагаются потенциометр, 16-битный центральный процессор и несколько 8-битных чипов. Всего у игрушки имеются 14 сервомоторов с силовой обратной связью, позволяющих ей двигать туловищем, головой, хвостом, шеей, ногами, ртом, глазами и носом. Чувствительных сенсоров в Pleo - целых 38 штук! Они есть даже на пальцах ног. Девять датчиков контакта (рот, грудь, голова, плечи, спина, ноги), инфракрасное "видение", стереозвук, обнаружение света, датчики наклона и так далее. Объявленная цена такой игрушки - около $250, для сравнения, ставшая в свое время сенсацией игрушечная собака-робот AIBO стоила $1,8 тысячи. Опять же, если искать фантастические аналоги Pleo, то первым на ум приходит роман Филиппа Дика "Мечтают ли андроиды об электрических овцах?". Далее по списку - хирургическая робототехническая система "Да Винчи" (da Vinci Surgical System). Робот "Да Винчи" - позволяет медикам проводить сверхточные хирургические операции, с минимальным ущербом для пациента. Хирург-человек управляет механическими манипуляторами с помощью пульта, который даёт возможность видеть оперируемый участок в 3D с многократным увеличением. Система не раз использовалась для проведения операций детям там, где важна наивысшая точность. Но триумфом ее стала успешная операция, проведенная 6-дневной девочке Амбер Вайро. У девочки была обнаружена диафрагмальная грыжа Бохдалека, обусловленная врождённым дефектом диафрагмы - это потенциально фатальное нарушение, заканчивающееся смертью младенцев почти в 25% случаев. С помощью "Да Винчи" медики провели операцию, сделав три крошечных разреза длиной одну пятую дюйма (5 мм) и один разрез длиной одна восьмая дюйма (2 мм). В настоящее время использование робота одобрено для хирургии на животе, тазе и груди пациентов. А в ближайшем будущем с помощью этого робота планируется проводить операции на работающем сердце! В традиционной хирургии сердце останавливают, направляя кровоток в обход, через насосы. Теперь же сердце можно будет не останавливать! Новое программное обеспечение для "Да Винчи", разработанное Джорджем Милонасом из Имперского колледжа Лондона, позволит отслеживать направление взгляда хирурга и в соответствии с этим подстраивать фокусные расстояния линз так, чтобы для врача требуемый участок казался неподвижным. И, соответственно, программа будет вносить коррективы в управляющие сигналы идущие на манипуляторы. Как и у предыдущих изобретений, у "Да Винчи" есть свои фантастические аналоги. Вспомните хотя бы инструмент доктора Аки Росс из анимационного фильма "Последняя фантазия", с помощью которого она избавлялась он внеземной инфекции внутри командира спецназа. На пятом месте роботизированная модификация автомобиля Volkswagen Touareg. Автомобиль-робот, получивший название Stanley, одержал безоговорочную победу на прошлогодней гонке DARPA Grand Challenge, принеся своим создателям приз в $2 миллиона. Согласно условиям гонки, полностью автономные роботы должны были проехать 211,8 километров по запутанному маршруту, пролегающему по каменистой пустыне Мохаве. Из 23 машин до финиша добрались только 5, и быстрее всех оказался Stanley, его результат - 6 часов 53 минуты 58 секунд. "Думать" модифицированному внедорожнику Volkswagen Touareg с пятицилиндровым турбодизелем мощностью 174 лошадиные силы дал возможность бортовой компьютер на шести процессорах Pentium-M, позволяющий со скоростью до 100 раз в секунду опрашивать его "органы чувств", состоящие из пяти лидаров, видеокамеры, радара, датчиков равновесия и спутниковой навигационной системы. Пентагон (организатор состязаний) рассчитывает, что испытанные здесь технологии к 2015 году, а, может быть, и раньше приведут к появлению полностью автономных наземных машин, предназначенных для действий на поле боя. И опять перед глазами встают картины из "Терминатора", громадные лазерные роботы-танки, движущиеся по полю боя. На шестом месте робот-ящерица StickyBot. Этот прототип робота-альпиниста способен взбираться вверх по гладкой стеклянной поверхности. Он сделан по подобию ящерицы-геккона: на его ногах имеются синтетические щетинки, сделанные из эластомера; каждый из этих волосков "привлекается" к стене межмолекулярной силой, известной как сила ван дер Ваальса. StickyBot пока двигается очень медленно и срывается, но его создатели надеются, что роботы такого типа в будущем смогут служить в качестве планетарных роверов или спасательных ботов. Последним в списке Forbes находится набор Lego Mindstorms NXT - конструктор за $250, из которого можно собрать удивительных роботов и управлять ими с телефона или компьютера через Bluetooth. Думаю, что будущие изобретатели будут в восторге от такой игрушки. Пусть роботы получаются не настолько "навороченные" как Pleo, но их простота компенсируется разнообразием моделей, которые можно собрать. А команды управления роботами можно представить как элементы языка программирования. Семь - это много, но не все По оценкам журнала Forbes, общий рынок роботов еще не достаточно большой: $6 миллиардов в год для индустриальных машин, или $18 миллиардов с учётом всех остальных роботов, включая программное обеспечение и другие элементы для них. Правда остается непонятным, почему известный журнал отобрал только 7 роботов? И почему "за кадром" остались многие уникальные разработки? Так, ученые из Стенфордского университета, дальше всех продвинувшиеся в направлении создания прямоходящих двуногих роботов, уже почти три года экспериментируют с миниатюрным шестиногим роботом, гексаподом, построенным по результатам изучения системы передвижения таракана. Первый гексапод был сконструирован 25 января 2000 г. Сейчас конструкция бегает весьма шустро - со скоростью 55 см (более трех собственных длин) в секунду - и так же успешно преодолевает препятствия. Кроме гексапода ими разработано еще много подвижных роботов. Есть четырехногий робот, скачущий подобно лошади. Есть даже одноногий прыгающий робот человеческого роста (монопод), который способен удерживать неустойчивое равновесие, постоянно прыгая. В перспективе ученые из Стенфорда надеются создать двуногого робота с человеческой системой ходьбы. И, конечно же, самые важные на сегодняшний день роботы - это космические. Практически все беспилотные космические аппараты, от марсианских роверов до автоматических межпланетных станций, являются сложными робототехническими комплексами. Им, не боящимся радиации и экстремальных температур выпала честь первыми опуститься на другие планеты и долететь до края нашей Солнечной системы. Благодаря умным машинам, ученые получают важную информацию, например, о составе комет или об уровнях радиации за пределами магнитной оболочки Земли. Возможно, собранная информация в будущем позволит спасти не только жизни космонавтов-исследователей, но и всех нас. В следующей статье я планирую подробнее рассказать о космических роботах и об их роли в исследованиях Солнечной системы.