Персональный робот открывает двери и втыкается в найденные розетки

"Теперь они могут сбежать и позаботиться о себе", — так концентрированно описал новый проект один из исследователей в Кремниевой долине. Они — это машины: в США построен первый робот, способный свободно путешествовать по обычному зданию, избегая препятствий в виде мебели или людей, открывать двери, находить стенные розетки и втыкать в них свой провод с вилкой для подпитки.

"Беспрецедентный", — так охарактеризовал новичка известный специалист по роботам, не принимавший, однако, участия в данном проекте — Уильям Уайттекер (William Whittaker) из университета Карнеги-Меллона (CMU). Слово его весьма ценно. Ведь Уайттекер — глава команды-победителя гонки автомобилей-роботов, руководитель проекта по отправке частного лунохода на Селену и автор лунных землекопов. И что такое робот, способный на автономные действия, — Уильям знает не понаслышке.

Зовут новую машину Personal Robot 2 (PR2). Построена она в "Гараже Уиллоу" (Willow Garage) — молодой компании, поставившей перед собой задачу разработки действительно интеллектуальных и многофункциональных роботов для повседневного использования в роли помощников (от "пиво принести" до "на кухне подмести").

Плечи PR2 способны смещаться по вертикали и разворачиваться, что позволяет манипуляторам лучше приспосабливаться к работе с различными предметами, скажем, ручками дверей комнат или дверцами холодильников, бутылками на столе или страницами книги (иллюстрация и кадр Willow Garage).

Основана эта фирма Скоттом Хассаном (Scott Hassan), одним из разработчиков поискового движка Google. А название компании — это ностальгический отсыл к давешнему гаражу на дороге Уиллоу в калифорнийском городе Menlo Park, в котором некогда располагался первый офис Google.

PR2 — четырёхколёсный (все ведущие и управляемые) робот ростом немного ниже человека. Этот аппарат обладает двумя руками и способен выполнять самые различные действия.

Наиболее же впечатляющее его достижение на данный момент — самостоятельное прохождение "лабиринта" из комнат, коридоров и закрытых дверей в поисках стандартных (что важно) бытовых розеток, от которых этот бот успешно и заряжает свои батареи.

Далеко не всегда PR2 удаётся воткнуть вилку в розетку с первой попытки. Но он обладает способностью самостоятельно определять неудачу и делать второй заход, соображая – куда же нужно сместить руку (или даже весь корпус), чтобы аккуратнее наладить желаемое соединение. Кроме того, он умеет согласовывать движение своего основания и рук, чтобы производить сравнительно сложные действия вроде открытия ящика морозилки (фото Ken Conley/Willow Garage, кадры Willow Garage).

Вообще-то роботы не первый раз обучаются открывать двери. И поиск розеток для дозаправки тоже сам по себе не нов. Но впервые эти способности были совмещены в одной машине и к тому же реализованы на качественно новом уровне.

Тут нужно вспомнить, что первым самозаправляющимся роботом был Beast, построенный в лаборатории прикладной физики университета Джона Хопкинса (APL) в 1960-х. Он ездил по комнате с белыми стенами и с помощью набора фотоэлементов искал чёрные розетки, к которым и подключался. Интеллекта у него было не больше, чем у тогдашних головок самонаведения ракет ПВО, однако начало было положено.

Через четыре десятилетия PR2 демонстрирует куда более "натуральные" умения, и имя "зверь" ему подошло бы больше, чем далёкому предку.

Робот PR2 может действовать как в полностью автономном режиме, так и в режиме телеуправления (он и показан на этих кадрах: вверху – управление подвижной тележкой бота, внизу – его руками). Последнее необходимо для проведения ряда опытов. Не забываем, перед нами в первую очередь исследовательская платформа. Да, надо отметить, что "мозг" робота – это связка из четырёх компов на базе Intel Core 2 Duo (кадры Willow Garage).

Вся электрика, механика, электропитание, электроника плюс софт заключены в самом роботе. Никаких "внешних мозгов" ему не требуется.

Весит новый аппарат 145 килограммов. Он обладает четырьмя степенями свободы в своём туловище. Что до рук, то каждая может похвастать восемью степенями. И ещё три степени свободы "полагаются" голове, оснащённой стереокамерой и лазерным дальномером. Также тут имеются крепления для дальнейшего расширения "сенсорного вооружения".

Робот контролирует силу, развиваемую своей рукой (датчики встроены в моторы сочленений). Более того, на конце каждого из его пальцев размещено по 22 сенсора давления. Так что он хорошо чувствует движение двери и не нажимает на неё слишком сильно там, где этого не требуется. И в этом умении новый бот ближе к человеку, чем к прежним машинам, открывавшим двери заранее "заученным" и жёстко заданным движением.

Робот умеет обращаться только с ручками такого типа. Скажем, круглые он не повернёт. Но не беда – многие общественные здания в США избавлены от неудобных ручек согласно закону об инвалидах (americans with disabilities act). Нажимные ручки удобнее использовать людям с ограниченной подвижностью рук. И роботам (кадр Willow Garage).

В частности, 1 июня было проведено испытание, в ходе которого PR2, находясь в штаб-квартире компании, прошёл через ряд комнат и коридоров, миновав восемь дверей, и подключился к девяти розеткам. На всё про всё у машины ушло 58 минут.

При этом часть дверей была закрыта, но не заперта, часть открыта полностью или только частично. С последними иной раз у робота были небольшие проблемы. Он не сразу определял, что ручку поворачивать не надо, а достаточно просто легко подтолкнуть дверь вперёд. Но потом машина поправлялась и делала всё как надо.

А ещё в ходе своего путешествия робот встретился с одной дверью (номер 7), которая значилась в его плане (за ней располагалась ещё одна "желанная" розетка), но она была закрыта на замок. Роботу хватило интеллекта (точнее — встроенной программы), чтобы понять: дверь закрыта и не нужно тратить время на попытки открыть её, а следует перейти к поиску следующей двери (и розетки).

Офис и розетки были вполне обычные. Но для робота всё же было сделано небольшое послабление. Судя по видео, на некоторых стенах в здании были размещены путевые маркеры – в виде "шахматных досок", легко обнаруживаемых машинным зрением. Это, впрочем, не критично – системы распознавания образов движутся вперёд семимильными шагами.

"Шашечки" были наклеены и на вилку самого робота, который оставлял её на магните у своего основания и брал в руку, когда приближался к очередной точке питания. Кстати, в данном испытании у робота была оставлена только одна рука. Но, по идее, в хождении по помещениям ему могли бы понадобиться обе: например, если потребовалось бы придержать дверь, снабжённую пружиной (кадры Willow Garage).

Для человека такое рассуждение — элементарно. Но для роботов — это успех. Железяки нередко демонстрируют в бытовой обстановке чудеса с передвижением и манипулированием предметами, однако по большей части они следуют заранее намеченному плану действий. Выбор же машинами одного из ряда возможных решений, "произвольное" отклонение от плана — это область, в которой специалистам по робототехнике ещё предстоит сделать многое.

Тем не менее PR2 — ещё один важный шаг на пути к обретению роботами подлинной самостоятельности. Ведь наряду с поиском розеток в программу машины можно заложить уборку помещений, охрану "периметра" или сервировку стола. При этом человеку не придётся думать о том — заряжен робот или нет. Пусть отныне он думает об этом сам.

В этом плане PR2 способен на настоящие подвиги. В одном из тестов он автономно прошёл настоящий марафон — 42 с хвостиком километра по офису. Правда, на это у робота ушло четыре с лишним дня (включая 32 часа собственно движения). Но ведь главное не победа, а участие, не так ли?

Только подумайте — батарея робота (ёмкостью 1,3 киловатт-часа) даёт ему возможность двигаться лишь от трёх до шести часов, в зависимости от выполняемых действий и скорости перемещения. Сколько раз страннику пришлось "прикладываться" к живительным розеткам?

Авторы PR2 также сообщают, что в ходе последнего теста у него случались небольшие запинки при неожиданной встрече с людьми. И всё же столкновений не происходило. К тому же максимальная скорость машины не так уж и велика – 2 км/ч (кадр Willow Garage).

Идеология проекта PR2 — развитие бытовых роботов с "умом" на базе специальной операционной системы робота (ROS) с открытым исходным кодом. Никаких тайн от коллег, напротив, американские инженеры мечтают о широком распространении своего софта и появлении на его базе новых машин.

К примеру, недавно специалисты Токийского университета (University of Tokyo) модифицировали ROS от "гаража", чтобы построить что-то своё. И это только расширяет возможности проекта, к которому так или иначе подключается всё больше специалистов.

Willow Garage приветствует расширение своей исследовательской программы путём партнёрства с другими организациями. Для этого компания даже намерена построить около десятка PR2. Они помогут разработать и проверить в деле различные новые компоненты и инструменты для такой платформы, исследовать её слабые и сильные стороны и, в идеале, придумать новые сценарии применения PR2 в быту.

Хотя поиск розеток становится настоящим коньком PR2, впереди его ждёт более важная (для нас) работа вроде доставки еды и напитков, или лекарств, из холодильника. "Холодильный" опыт на снимке, впрочем, выполнялся ещё в режиме управления человеком-оператором (кадры Willow Garage).

"Наша конечная цель заключается в том, чтобы обеспечить набор возможностей, столь общих и универсальных, что они смогут быть использованы в качестве составных элементов в более сложных приложениях", — объяснил замысел изобретателей Себастьян Тран (Sebastian Thrun), директор Стэнфордской лаборатории искусственного интеллекта (Stanford Artificial Intelligence Laboratory) и член совета директоров Willow Garage.

А если подходить к роботам с точки зрения живой природы, какие базовые возможности им необходимы для выживания? Питание — одна из главнейших. И теперь роботам для этого не нужна помощь человека. Берегите ваши розетки.