Шагающие роботы (стр. 3 из 4)

С 1976 года по 1979 в исследовательском центре Komatsu Ltd. (Япония) разрабатывался супер-робот. Таким образом, можно отметить, что, начиная с этого периода, к гонке среди разработчиков присоединяются японцы. Устройство под названием ReCUS (Remotley Controlled Underwater Surveyor) имело восемь ног, 8 метров длины, 5,35 ширины и 6,4 метра высоты. Весить такая конструкция должна была порядка 29 тонн. Максимальная скорость - 0,07 м/с. До нас же дошли только чертежи.

В 1979 году к московским разработкам профессора Гурфункеля присоединился Санкт-Петербург (тогда Ленинград). Там был также разработан и сконструирован "шестиног", но с гораздо более скромными параметрами: вес - 40 кг, длина - 60 см, ширина - 25 см, высота ног - 20 см. И, кстати, такое стремление к минимализму очень свойственно для многоногих устройств. Во-первых, они проще в реализации. Во-вторых, в большинстве своем такие устройства имели чисто научное значение.

Но вместе с тем в период 1980-1983 гг. американцы продолжили развитие тяжелых роботов с большим количеством ног. Изобретатели Сазерленд и Спрулл создали машину длиной в 2,4 метра, развивающую скорость 0,11 м/с.

Далее свою веху в историю вписывают японцы. Живаялегенда - TITAN III и TITAN IV (TITAN - аббревиатураот Tokyo Institute of Technology, Aruku Norimono). Ноги TITAN III были оснащены специальными сенсорами, которые были связаны со специальной электронной системой управления, именуемой PEGASUS (Perspective Gait Supervisory System). Данная система позволяла адаптировать движение механизма относительно изменений поверхности. Этот этап можно смело назвать этапом внедрения интеллекта в шагающие машины. Длина ног у TITAN III была 1,2 м и весил он 40 кг. Глядя на рисунок, нельзя не вспомнить персонажа мультипликационного фильма "Тайна третьей планеты". Может быть, TITAN III был прототипом...

Назначение шагающих роботов, роботы-андроиды

А зачем собственно нужны шагающие роботы? В таких механизмах есть практическая необходимость. Вспомните хотя бы забуксовавшие колесные машины - эту частую картину при бездорожье. Шагающие механизмы лучше преодолевают препятствия, и в этом их главное преимущество.

Японские разработки TITAN III и TITAN IV принадлежат Токийскому технологическому институту (Tokyo Institute of Technology) - одни из первых шагающих механизмов с искусственным интеллектом, позволяющим преодолевать несложные препятствия. Так, TITAN IV в 1985 году в Government Pavilion of the Science Exhibition at Tsukuba в полугодовой период опытов прошел около 40 километров по поверхности с тремя степенями сложности. Эта модель весила около 160 килограмм, а длина одной ноги (всего их было шесть) составляла около 1 м 20 см. Причем интересно, что такая махина развивала скорость 40 см/с. TITAN IV был прототипом для множества последующих разработок японских изобретателей. Перечислять нет смысла, так как их много.

Начиная с этого момента, шагающие роботы стали разрабатываться и для практических целей, например, для исследования морских глубин. Акваробот (Aquarobot) разрабатывался в лаборатории роботов в Port Harbour Research Institute Министерства транспорта Японии на протяжении четырех лет (1985-1989).

Расстановка сил среди стран, конструирующих шагающие механизмы, несколько изменилась. В основном, это связано с тем, что ушли русские (у нас тогда, если вы помните, началась перестройка, а потом развал СССР), но при этом достаточно интересные разработки стали появляться и в Англии, в 90-х присоединилась Канада. А лидерами стали, конечно же, японцы и американцы.

Кстати, сейчас такие роботы-многоножки активно используются для различных прикладных целей.

Если не говорить о шагающих роботах, а только об их конечностях, то мы можем найти еще одно применение данным разработкам, а именно - в медицине. Еще в 1948 году русский профессор Н. А. Бернштейн нарисовал человека с протезами, повторяющими скелет ноги, но с электрическими двигателями, что являлось разработкой НИИ Протезии. Стоит отметить, что сразу после войны это было очень насущным изобретением, к сожалению, не имевшим практического продолжения в будущем. В 60-е годы General Electric развила данную идею, но в варианте полноценного скелета с гидравлическим управлением. Точно такая же попытка была и с русской стороны в России (Ленинград, 1970 год).

Основной задачей ученых являлось все-таки создание человекоподобного робота. И нужно сказать, что - это только одна из ветвей развития шагающих механизмов. Ведь, согласитесь, роботы с большим количеством ног больше похожи на насекомых как внешне, так и по способу передвижения. А вот создание двуногих машин - это ближе к рассказам фантастов, которыми зачитывались в детстве наши ученые и изобретатели.

На самом деле сейчас наиболее доступны материалы по истории шагающих механизмов. Удивительно, но она существует. Настоящее скрыто под завесой тайны. Лишь иногда проскакивают новости, которые могут настораживать. Например, майки с датчиками температуры (электроника вживлена в ткань, следовательно, ее можно вживить в любой полимерный материал), робот учится кунг-фу, самообучающиеся игрушки роботы-собаки и так далее. Будущее шагающих механизмов мы уже знаем из фантастики. Все предсказания сбываются с точностью как у Жюля Верна.

Что удивительно, если бы технологии шагающих механизмов развивались чуточку быстрее, то мы бы совершенно по-другому представляли себе сейчас луноход. Сейчас же мы приступим непосредственно к андроидам, будущим человекоподобным киборгам.

Двуногие машины имеют не менее богатую историю, по сравнению с другими шагающими механизмами. Но исторический обзор начнем с 1964 года, когда ленинградскими учеными была создана кинематическая модель Чебышева с двумя ногами. Советские ученые внесли не очень большую лепту в историю создания двуногих машин. Так, в 1990 году в Москве профессором Формальским и доктором Ленским была создана модель двуногого робота, очень похожего внешне на данную кинематическую модель. Но такого прогресса в данной сфере разработок, как в Японии, в СССР, конечно, не было.

В 1969 году Иширо Като (Япония) показал миру антропоморфный двуногий механизм WAP-1. Интересным в данной разработке было то, что мышцы сделаны из резины или каучука и устройство приводилось в движение с помощью пневматики за счет воздействия на "искусственные мускулы". Это очень новаторская идея, которая совмещает в себе и простоту, и гениальность. Иширо Като работал при поддержке специальной исследовательской лаборатории гуманоидов (Humanoid Research Laboratory) при Waseda University (Токио). Интересен сам факт существования таковой в конце 60-х, в то время как для Японии это были не лучшие годы. И нужно сказать, результат очевиден, поскольку за Иширо Като стоит большая часть истории современных двуногих машин.

Уже в 1970 году появилась усовершенствованная модель WAP-2. В ней были разработаны специальные управляемые приводы, при этом под подошвы робота встраивались специальные датчики давления, что позволяло осуществить автоматический контроль положения.

В 1971 году состоялось сразу две премьеры, а именно - WAP-3 и WL-1. Обе они равноценны по значимости в истории шагающих механизмов. WAP-3 - это продолжение модели WAP-2, но, в отличие от предшественника, он имел спереди центр тяжести, что позволяло наклоняться и перемещаться не только по ровной поверхности, но и спускаться/подниматься, например, по лестнице. Таким образом, это был первый в мире робот, способный перемещаться не только по горизонтальной плоскости. WL-1 - это модель, управляемая мини-компьютером. Она так же, как и WAP-3, имела центр тяжести, расположенный спереди, но при этом могла менять направления ходьбы, что стало возможным за счет внедрения мини-компьютера.

В 1972 году в МГУ была разработана модель под именем "Рикша". В движение она приводилась с помощью двух ног, но между тем имелось еще и четыре колеса.

В 1973 году в Японии (Иширо Като) стартовал проект WABOT-1, целью которого было создание полностью функционирующего антропоморфного робота. Помимо систем контроля управления, в WABOT-1 были встроены видео- и звуковая системы, которые позволяли оценивать расстояние до объектов и направление к ним. Таким образом, это одна из первых роботов-машин, которая имела "глаза" и "уши". Ко всему прочему WABOT-1 имел внешние рецепторы и звуковоспроизводящую систему (умел говорить). То есть, первый андроид был создан в 1973 году.

В 1980 году Иширо Като разработал WL-9DR, управляемый с помощью 16-разрядного мини-компьютера. При этом если в предыдущих моделях "обдумывание" механизмом каждого шага составляло более чем 45 секунд, то в варианте WL-9DR на один шаг тратилось всего десять секунд. Роботы учатся ходить! И скорость у них измеряется пока в странной величине - сек/шаг.

И в 1983 году появилась модель WL-10 и на "обдумывание" шага тратилось около четырех с половиной секунд (если быть точным - 4,4 сек/шаг). В модели WL-10R применялись новые типы серво-механизмов и материалов. Значительно добавлена степень свободы у членов робота. WL-10R мог свободно поворачиваться, ходить вперед и назад. Теперь стали насущны еще одни параметры для шагающих механизмов, а именно - степени свободы.

1984 год. Команда ученых токийского университета создает двуногого робота с восемью степенями свободы. При этом данный робот уже имел автономное питание от источника постоянного тока.

В 1985 году Иширо Като создает WL-10RD. Теперь робот затрачивает от 2 до 5 секунд на каждый шаг. При совместной работе с Hitachi Ltd. модель WL-10R находит свое продолжение и в другом варианте - WHL-11 (Waseda Hitachi Leg-11). В WHL-11 был добавлен компьютер и гидравлический привод.

Как мы понимаем, роботы уже научились ходить, говорить... А вот главным событием было появление WASUBOT (аббревиатура от WAseda SUmitomo roBOT) от того же Иширо Като. WASUBOT - это робот-музыкант, который играет на пианино. Фотография, представленная на рисунке, обошла весь мир.

С тех пор прошло много времени. Роботы научились думать, ходить, говорить, видеть, слышать и даже самообучаться. Думаю, читали новость о том, что в Китае робота обучают кун-фу. При этом дополнительно при таком "обучении" можно усовершенствовать четкость движений механизмов и приводов.