Массовое наступление мягких роботов

Тот робот, которому братья Чапеки даровали это имя, был биологическим. Но в массовом сознании человечества робот прочно связан с архетипом «железного человека». Не важно, что рукодельные служанки Гефеста были золотыми – все равно же металл… а вот сейчас роботы все чаще и чаще становятся «мягкими». И появился даже специализированный журнал Soft Robotics. И уже из материалов его первого номера очень хорошо видно, зачем роботу нужна мягкость, и почему она предпочтительней твердости.  

Роботы ныне способны совершать быстрые и прекрасно скоординированные движения. Ну вот, скажем, теннис. Настольный, пинг-понг, традиционно считавшийся прекрасным средством для развития глазомера и моторики (ну и полезно же, когда пионеры или бойцы обретаются вкруг стола, а не броуновски бродят по территории, неустрашимые любыми карами…). Так робот нынче прекрасно играет в настольный теннис. И не какой там специализированный, а самый, что ни на есть серийный. Манипулятор KR Agilus от известной робототехнической фирмы KUKA.

Тимо Боллю робот проиграл, но это ведь бывшая первая ракетка мира…

Состоявшийся в марте 2014 года поединок между роботом и бывшей первой ракеткой мира Тимо Боллем выиграл человек; выиграл со счетом 11:9. Но сначала, до 0:6 лидировал KR Agilus aka KR 6 R900 SIXX. И только потом человек, вспомнив, что за ним миллиард лет эволюции и долгие годы тренировок вырвался вперед. Ролик с матчем Тимо Болля с роботом можно посмотреть по видеоссылке. А мы обратим внимание на то, что серийный манипулятор, спроектированный для высоких скоростей, 6 килограмм полезной нагрузки, 52 килограмма собственного веса, способен состязаться в ловкости с людьми.

И от людей ждать дальнейшего роста быстроты и координации вряд ли стоит – все было предопределено теми «конструкторскими» решениями, которые методом Монте-Карло приняла эволюция миллионы, а то и сотни миллионов лет назад. А роботов ограничивают лишь фундаментальные законы природы, разумный проектировщик, будь то человек или Watson, способен использовать куда более обоснованные схемы, вон, все тома «Механизмов» Артоболевского к услугам.

Но есть одна проблема… Взгляните, с какой скоростью движется подвижная часть манипулятора, весом в несколько десятков килограмм, и представьте, что будет с тем человеком, кто неосторожно окажется в радиусе ометания лапы машины. Ну, на заводе этого стараются избежать – при помощи установки ограждений и многочисленных блокирующих устройств. Но роботы же – в ипостаси сервисных роботов – все чаще и чаще выходят из цехов. Конечно, их системы управления становятся все изощренней и изощренней, и будут стараться предотвратить столкновения, но инерции никто не отменял… 

Так что во многих случаях предпочтительней иметь робота мягким. Какая-то часть (неизбежных…) столкновений не приведет ни к каким нежелательным последствиям, ни для людей, ни для мебели. А кроме того – об этом рассказывает директор лаборатории Компьютерных наук и Искусственного интеллекта в МТИ (MIT’s Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory) Даниэла Рус (Daniela Rus) у мягких роботов есть уникальная возможность повысить эффективность движения. Дело в том, что они не только не обязаны избегать столкновений, но даже могут использовать их для повышения своей динамики.

Вернемся на несколько десятилетий в прошлое. Вот книга великого популяризатора науки Мартина Гарднера «Математические досуги», изданная «Миром» в 1972 году. Глава «Задачу решает… бильярдный шар». И в ней Гарднер писал, что некогда придуманная Льюисом Кэроллом задача о движении бильярдного шара в кубе может иметь практическое значение, связывавшееся в то время с предстоящим развитием космических сооружений. Ну, МКС крутится вокруг планеты, но ИТ развиваются много быстрей, и задача оптимизировать свои движения стоит в первую очередь не у космонавтов, а у роботов…  

И для реализации такого подхода и был придуман мягкий робот-рыбка. Построил его трудящийся под началом профессора Рус докторант Эндрю Маркези (Andrew Marchese). При создании использовалась очень удобная для экспериментальных поделок технология объемной печати, по которой формировался «скелет» рыбы, затем обтягивавшийся силиконовой резиной. В движение робота-рыбу приводят пневматические мышцы, в его хвосте размещено два длинных извилистых канала, по одному с каждой стороны.  

Профессор Рус и докторант Маршез разглядывают своего робота-рыбку в потрошенном виде.

Подаем большее давление в один – хвост изгибается в одну сторону, подаем в другой – выгибается в противоположную. Скорость функционирования системы (работающей на углекислом газе) зависит от сечения сопел, через которые подается давление; очень знакомо всем, кто когда либо имел дело с пневматическими рулевыми машинками. Гибкость роботу данная схема обеспечивает очень существенную – ихтиобот может изгибаться под углом до ста градусов…  

Ну а вот так выглядит ихтиобот в опытовом бассейне.

И вот эта способность к очень быстрым и очень резким изгибам придает роботу-рыбе гибкость и резвость, позволяющие поспорить с живыми существами. Правда – на очень кратком промежутке времени. Пневматика – не самый лучший источник энергии. На нем работали двигатели только самых первых мин Уайтхеда. В более поздних торпедах стали греть сжатый воздух керосиновым подогревателем. Затем в ход пошел кислород (Интересующиеся историей техники могут прочесть об этом прекрасную статью – «Но разведка доложила точно: “61-см торпеда обр. 93”»)  

Ну а американском роботу-рыбке углекислоты хватает только на несколько десятков резких движений. Так что это пока – только эксперимент, а отнюдь не пригодная к практическому машина. Да и следующая модель – использующая уже гидравлику – будет также проходить по ведомству «демонстраторов технологий». Но технологий – очень и очень интересных, прежде всего в силу своей «мягкости».

Ну, прежде всего «мягкость» будет очень полезна во многих практических применениях. Поверьте, через некоторое время вы будете выбирать детям или внукам роботов – нянек или компаньонов-игрушек. И – с весьма высокой вероятностью – «мягкость» окажется в этом случае важнейшим конкурентным преимуществом. Ведь и сам ребенок движется весьма резко и по малопредсказуемым траекториям – и пусть уж это будет происходить в компании мягкого изделия, что убережет чадо от излишних шишек, а мебель – от совсем уж губительных повреждений.

Но есть и более важный, почти философский аспект. (Философский, конечно, лишь в том смысле, в каком за океаном пишутся книги о «философии баскетбола»…) Движение мягких роботов можно программировать совсем по-другому. Кроме аналогии с бильярдными шарами приведем еще аналогию с движением космических аппаратов с использованием тяготения попутных планет… так и мягкому роботу не обязательно, в отличие от своего жесткого собрата, выбирать из пучка доступных траекторий лишь те, что не чреваты столкновением.

Он наоборот, как шар у умелого бильярдиста, сможет нарочито использовать столкновения (правда – степень упругости будет зависеть от массы факторов) для того, чтобы двигаться по недоступным жестким роботам траекториям. Именно это считает главным достоинством мягких роботов Барри Триммер (Barry Trimmer), профессор биологии из Университета Тафта. По его мнению мягкие роботы окажутся более эффективными там, где приходится действовать в малопредсказуемой среде (будь это подводные пещеры или детская комната). Так что арсенал робототехники пополнился новой технологией…