Roboti, kas skrien šādā veidā

Homestead-Maiami spīdveja boksu joslā Floridā, trasē, pa kuru sacīkšu mašīnas dažkārt pārvietojas ar ātrumu vairāk nekā 300 kilometru stundā, neliels pūlis vēro kaut ko ievērojami lēnāku, bet, iespējams, daudz iespaidīgāku. Saulainā sestdienas rītā tieši pirms Ziemassvētkiem robots, kas aptuveni atgādina lielu cilvēku, apsver pagaidu durvis uz asfalta. Tā apseko durvis, izmantojot lāzerskeneri un galvā esošās kameras; tad pēc ilgas pauzes robots izstiepj mirdzošu alumīnija roku, atgrūž durvis un lēnām iziet cauri.

Robots, ko sauc par Atlas un ko izgatavojis Boston Dynamics, piedalās DARPA Robotics Contest, ko organizē ASV Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūra. Nedēļas nogalē roboti ar dažādu formu un dizainu, kas visi tiek vadīti attālināti, izmēģina izaicinājumus, lai pārbaudītu mākslīgās uztveršanas, manipulācijas un veiklības robežas. Katrs uzdevums ir iedvesmots no darba, kas varētu palīdzēt apturēt noplūdi cietušā atomelektrostacijā. Darbi ir šķietami vienkārši, bet ne robotiem. Vienā mašīnām jātiek pāri šķembu kaudzei; citā viņiem jākāpj pa augstām kāpnēm.

Daudzi roboti cīnās, lai izpildītu uzdevumus, nedarbojoties nepareizi, nesasaldējot vai neapgāžoties. No visiem izaicinājumiem, ar kuriem viņi saskaras, viens no grūtākajiem un, iespējams, vissvarīgākajiem, kas jāapgūst, ir vienkārši staigāt pa nelīdzenu, nestabilu vai vienkārši pārblīvētu zemi. Bet Atlas roboti (vairākas akadēmiskās grupas ir iekļuvušas Boston Dynamics mašīnas versijās) staigā pa šādu reljefu ar iespaidīgu pārliecību.

Pāris reizes katru dienu pūlis var redzēt divus citus robotus ar kājām, ko izgatavojis Boston Dynamics. Vienā demonstrācijā pa trasi rikšo apmēram zirga lieluma četrkājaina mašīna, nesot vairākas lielas pakas; tas gudri maina kājas, lai paliktu vertikāli, kad to uz brīdi izsīk līdzsvars no tā operatora spēcīga sitiena. Citā mazāka, veiklāka četrkājainā mašīna paaugstina skaļu dīzeļdzinēju, pēc tam maniakāli traucas pa sacīkšu trasi kā liels kaķis, ātri sasniedzot gandrīz 20 jūdzes stundā.

Pūlis, kas piepildīts ar robotikas pētniekiem no visas pasaules un ziņkārīgiem sabiedrības locekļiem, elpo un aplaudē. Taču Boston Dynamics izstrādātajās iekārtās atrodamā staigāšanas un skriešanas tehnoloģija ir vairāk nekā tikai žilbinoša. Ja to var uzlabot, šie roboti un citi līdzīgi tiem varētu izkļūt no pētniecības laboratorijām un apdzīvot pasauli ar viedām mobilajām mašīnām. Tas palīdz izskaidrot, kāpēc dažas dienas pirms DARPA Challenge Boston Dynamics iegādājās Google.

1. daļa
Mācīšanās lēkāt

Dažus mēnešus pirms DARPA konkursa es apmeklēju Boston Dynamics, kas atrodas parasta izskata ēkā klusā industriālā parka malā Voltemā, Masačūsetsā, 20 minūšu brauciena attālumā no Bostonas. Ieejā parādās dažādas formas un izmēra četrkājainie roboti, kas stāv sardzē. Lielajā darbnīcā iekšā desmitiem inženieru strādāja pie visa veida mehāniskiem zvēriem. Vienā stūrī neliela četrkājaina mašīna ar garu kaklu un satvērēju galvas vietā, izmantojot piedēkli, mētājot pa grīdu plēnes bluķus.

Visas šīs mašīnas ir radušās novatoriskā darbā, ko veicis Marc Raibert, Boston Dynamics dibinātājs un galvenais tehnoloģiju speciālists. Uz Raiberta biroja sienas blakus lielam plakātam, kurā ļoti detalizēti attēlots Atlass, atrodas neliels plakāts, kas identificē dažādus dinozaurus. Viņš atceras, ka sāka interesēties par dzīvnieku pārvietošanos, studējot doktorantūrā smadzeņu un kognitīvo zinātņu nodaļā MIT 1970. gadu beigās, kad divi ievērojami fiziologi ieradās runāt par kaķu pārvietošanās pētījumiem. Aizraujoties ar to, kā smadzenes var radīt tik vieglu veiklību, Raiberts izstrādāja plānu sākt būvēt mašīnas, lai izpētītu šo fenomenu, kad viņš 1980. gadā ieguva darbu par docentu Kārnegija Melona universitātē.

Citi akadēmiķi bija uzbūvējuši staigāšanas mašīnas. Dažiem bija daudz kāju, lai nodrošinātu, ka vienas no tām pacelšana, lai ietu uz priekšu, neizjauktu viņu līdzsvaru. Citi pārvietojās ārkārtīgi uzmanīgi un apzināti, lai saglabātu nedrošo līdzsvaru. Mašīnas bija neveiklas, lēnas un kopumā slikti atdarināja lielāko daļu bioloģisko kustību. Daudzos gadījumos pat mazākā slīdēšana vai grūdiens var izraisīt to apgāšanos.

Parādot izcilu ieskatu, Raiberts nolēma, ka viņa pirmais staigājošais robots nebūs paredzēts, lai izvairītos no nestabilitātes, ko var izraisīt kustība; tas to aptvertu. Sešu kāju vai pat četru vietā viņš iedeva tikai vienu.

Robotam būtu jāatlec uz vienas kājas, katrā lēcienā novērtējot savu kustību un orientāciju, un ātri jāpielāgo kājas un ķermeņa pozīcija, kā arī enerģijas daudzums, ko tā kāja patērēs ar nākamo lēcienu. Aprēķini bija pārsteidzoši vienkārši.

Jāatzīmē, ka robots strādāja nevainojami, lēkājot apkārt kā apsēsts pogo nūja. Lai gan pirmās versijas kustība bija ierobežota, nākamā varēja brīvi lēkāt pa laboratoriju. Es joprojām atceros — manuprāt, tā bija 1983. gada augusta diena, atceras Raiberts. Mēs visi tikai stāvējām un smīnējām. Mēs stumjam mašīnu, un tā ceļoja pa istabu, līdz otrs puisis to dabūja, un tad viņš to atgrūda.

Raiberts zināja, ka lecošs dzīvnieks, lecot, kļūst nelīdzsvarots un viņam pastāvīgi jāpielāgojas, un ka tas izmanto gravitāciju, lai pārvietotos. Rudimentārais lēciena robots atrisināja tās pašas problēmas, un tas parādīja, kā izveidot veiklākas mašīnas. Man šķita, ka tā ir [bioloģiskās kustības] dinamika, kur ir daudz enerģijas un kustības, kur visu laiku notiek sasvēršanās — ka tās patiešām bija īpašības, kuras jūs gribējāt iegūt, viņš atceras.

Iedvesmojoties no šīs pieejas panākumiem, Raiberts un viņa skolēni sāka būvēt citas mašīnas ar kājām, izmantojot to, ko robotiķi sauc par dinamisko līdzsvaru — spēju izmantot kustības, lai saglabātu līdzsvaru. Nākamā versija rikšoja pa divām priekšējām un divām aizmugurējām kājām. Citiem robotiem bija daudz sarežģītāki savienojumi, izpildmehānismi un vadības programmatūra.

1986. gadā Raibert’s Leg Lab pārcēlās no CMU uz MIT, kur tā izstrādāja citus robotus, kas varēja staigāt, lielīties, skriet un lēkt tādos veidos, kas bieži šķita dīvaini atpazīstami. Mašīnām bija nosaukumi, kurus iedvesmojuši bioloģiskie kolēģi. Pavasara flamingo un Pavasara tītari kā milzīgi putni streipuļoja pa laboratoriju, savukārt Unirū lēkāja līdzi, izmantojot asti, lai līdzsvarotu, kā neveikls vienkājains ķengurs.

Raiberts nodibināja Boston Dynamics 1995. gadā, lai sākotnēji pārdotu simulācijas programmatūru, kas izstrādāta viņa laboratorijā. Taču uzņēmums konsultējās arī par komerciāliem robotikas projektiem, tostarp par AIBO un QRIO, robotu rotaļlietu izstrādi, kuras Sony ražoja attiecīgi 1999. un 2003. gadā. Un līgums ar DARPA 2003. gadā lika Boston Dynamics sākt ražot savas kājas mašīnas.

2. daļa
Mācīšanās skriet

Liels suns

2003. gadā, bruņojoties ar DARPA līgumu par transportlīdzekļa prototipa izveidi, kas spēj sekot karaspēkam pa zemi, kas nav pieejama riteņu vai kāpurķēžu transportlīdzekļiem, Boston Dynamics sāka izstrādāt BigDog — četrkājainu mašīnu, kas ir aptuveni liela Bernes ganu suns izmērā. Robotam bija jāspēj pārvietoties nekārtīgā, neparedzamā reālās pasaules reljefā. Tas nozīmēja, ka tai bija jābūt izturīgam, īpaši veiklam, jāspēj pārnēsāt savu enerģijas avotu un jāspēj uztvert savu kustību un apkārtējo vidi daudz detalizētāk nekā jebkurai no iepriekš ražotajām staigāšanas mašīnām.

Lielākā daļa laboratorijas darbu, ko bijām paveikuši līdz BigDog, atradās diezgan labdabīgā laboratorijas vidē, saka Raiberts. Tas bija tīrs, sauss un plakans.

Iegūto mašīnu darbināja kartinga dzinējs, un tajā tika izmantoti 69 sensori, lai uzraudzītu tās kāju kustību, spēkus, kas iedarbojas uz šīm ekstremitātēm, un faktorus, tostarp temperatūru un hidraulisko spiedienu. Izmantojot dinamisko līdzsvaru, tas varētu staigāt pa smiltīm, sniegu un pat ledu. Pats iespaidīgākais ir tas, ka tas varēja noturēties kājās, kad tam tika dots spēcīgs sitiens. BigDog var vadīt attālināti, taču tā līdzsvarošanas uzvedību, tāpat kā citiem Boston Dynamics robotiem, automātiski kontrolē borta dators.

LS3

Ar papildu militāro finansējumu, tostarp nedaudz naudas no jūras kājniekiem, Boston Dynamics 2009. gadā sāka veidot lielāku, jaudīgāku BigDog versiju. Robots, kas nodēvēts par Alpha Dog, bet oficiāli saukts par Legged Squad Support System jeb LS3, ir viena izmēra robots. zirgs un var pārvadāt 180 kilogramus vai četras jūras kājnieku pilnībā piekrautas mugursomas līdz 20 jūdzēm dienā pa nelīdzenu reljefu.

Tāpat kā BigDog, arī LS3 savā galvā izmanto lāzera attāluma mērīšanas instrumentu jeb lidaru un stereo videokameras, lai identificētu šķēršļus, kartētu apkārtni un sekotu karavīram, kurš iet līdz 45 metriem uz priekšu, un to identificē ar atstarojošu plāksteri. Pagājušajā vasarā jūras kājnieki sāka testēt LS3 tuksneša bāzē Kalifornijā un mežā Fort Devensā Masačūsetsā. Šie testi ir ietvēruši simulētas kaujas misijas ar LS3 kā mūli.

Savvaļas kaķis

DARPA arī nodrošināja finansējumu mobilākam, veiklākam un ātrākam četrkājainam robotam. Pirmā versija, Cheetah, var skriet ar ātrumu 47 kilometri stundā uz skrejceļa, kamēr tā ir piestiprināta pie stabilizējošā stieņa. Uzņēmums Boston Dynamics 2013. gadā izstrādāja lielāku, nepiesietu versiju ar nosaukumu WildCat. Tāpat kā Cheetah, WildCat izliek savu ķermeni, lai paplašinātu savu soli un palielinātu ātrumu. Ar tālvadības pulti tas var braukt ar ātrumu 26 kilometri stundā. Boston Dynamics tiešsaistē ir ievietojis video, kurā redzams, kā robots robežojas un steidzas ap savu autostāvvietu.

3. daļa
Mācīšanās staigāt

1989. gadā viens no Raiberta absolventiem Robs Pleiters, kurš bija Ohaio štata čempions vingrotājs, palīdzēja viņam uzbūvēt brīvi staigājošu, divkājainu robotu, kas varētu veikt kūleņus un citus akrobātiskus varoņdarbus uz skrejceliņa vai vingrojot apkārt. lab. Salts bija dižs, atzīst Raiberts. Bet tas demonstrēja vadības līmeni, kas solīja palīdzēt robotiem pārvietoties daudz sarežģītākā reljefā. Tas arī norādīja uz to, kā mašīnas kādu dienu varētu pārvietoties pa vidi, kas paredzēta cilvēkiem. Riteņi ir lielisks pārvietošanās veids, kad zeme priekšā ir līdzena un skaidra, bet ritenis nevar viegli uzkāpt pa kāpnēm vai tikt garām apgāztam krēslam. Ja roboti kādreiz tiks plaši izmantoti mūsu mājās, visticamāk, viņiem būs jāiet.

Tā kā mēs iekārtojam savas mājas tā, lai tās būtu piemērotas cilvēkiem, ir ļoti svarīgi, lai robotiem būtu tādas pašas pārvietošanās un manipulācijas prasmes kā cilvēkiem, saka Džils Prats, DARPA programmas vadītājs, kurš ir atbildīgs par robotikas izaicinājumu. Kājas var nodrošināt milzīgas priekšrocības salīdzinājumā ar riteņiem un kāpurķēdēm; kājai nav nepieciešams nepārtraukts atbalsta ceļš; kāja var pārspēt lietas, kas ir ārkārtēja lieta.

Īpaša iedvesma DARPA Robotics Challenge radās dramatiskos apstākļos, kad 2011. gada martā pie Japānas krastiem notika zemestrīce. Mēģinājumi iztīrīt bojāto Fukishimas kodolreaktoru atklāja labāko esošo robotu ierobežojumus un vajadzību pēc mašīnām. kas var labāk orientēties cilvēku pasaulē. DARPA izstrādāja savu izaicinājumu, lai iedvesmotu robotus, kas varētu palīdzēt, ja šāda situācija atkārtojas. Robotiem jāspēj ne tikai strādāt vidē, kas paredzēta cilvēkiem, bet arī pārvietoties pa šīm vietām pēc tam, kad tie ir nopietni bojāti.

Atlas Maiami uzstājās labi, taču tas ir tālu no perfekta. Pirmkārt, jauda, ​​kas nepieciešama tās hidraulisko sistēmu vadīšanai, ierobežo tās lietderību. Sacensībās izmantotajiem robotiem bija nepieciešami ārēji ģeneratori, lai darbinātu to hidrauliku; ģeneratori ir pārāk lieli, lai pārnēsātu, salīdzinoši neefektīvi un skaļi. Lai gan turpmākajām Atlas versijām ir paredzēts nodrošināt savu enerģijas avotu, tas joprojām būs rudimentārs risinājums, līdz pētnieki varēs izdomāt, kā padarīt mašīnas daudz energoefektīvākas.

Uztvere ir vēl viens liels izaicinājums. Atlas izmanto dinamisko līdzsvaru, un tas var skenēt apkārtni, meklējot šķēršļus, taču veids, kā tas izmanto šo informāciju, lai pārvietotos, joprojām ir lēns un neapstrādāts. Ja skatāties, kā kāds dejo, kāpj vai spēlē parkūru, mēs esam neticami tālu [no] robota, kas to spēj, saka Prats.

DARPA izaicinājuma laikā Atlas darbojās daļēji autonomi, proti, komandas varēja sniegt konkrētus norādījumus un pavēlēt tam veikt kādu uzdevumu, taču liela daļa robota uzvedības, tostarp tās sekundes daļas līdzsvarošana, notika automātiski. DARPA vīzija ir, lai glābšanas roboti darbotos šādā veidā, cilvēkiem sniedzot vadību un palīdzību, bet robotiem, kad tas ir nepieciešams, darbojoties autonomi, piemēram, ja sakaru savienojums neizdodas. Bet, ja roboti kādreiz veiks tādus uzdevumus, kādus daži iedomājas, piemēram, palīdzēt vecāka gadagājuma cilvēkiem mājās, viņiem būs jāspēj strādāt ar vēl lielāku autonomiju.

Atgriežoties boksu celiņā, netālu no garāžas, ko vada Boston Dynamics atbalsta komanda, Raiberts saka, ka cilvēkiem un dzīvniekiem ir ārkārtēja mobilitāte, vairāk nekā jebkuram cilvēku radītam transportlīdzeklim, tāpēc ir lietderīgi izgatavot robotus ar kājām. Ļaujiet man tikai pateikt, ka es domāju, ka robotikas nākotnei ir jāsniedzas tur, viņš saka, tieši pirms kāds no viņa robotiem sāk droši staigāt pa gruvešu kaudzi. Tagad jūs varat darīt lietas bez tā, taču galu galā jūs patiešām to vēlēsities, un mēs to arī ceram iespējot.

Stāsta autors
Vils Naits

Priekšgala izstrādes autors
Drū Čendlere

Galvenā fotogrāfija
Ādams DeTour

Papildu fotogrāfija un video pieklājīgi no
Bostonas dinamika

Radošais direktors
Ēriks Mongeons

Vecākais tīmekļa producents
Kjana Satona

Vecākais programmatūras inženieris
Mollija Freja

paslēpties