29.12.2011

Впрочем, чтобы заниматься исследовательской деятельностью, роботам не обязательно быть человекоподобными. Участники океанографических экспедиций могут со временем остаться за бортом — из-за похожих на доски для сёрфинга устройств Wave Glider. Они способны днями и месяцами бороздить Мировой океан, добывая сведения не только о подводной его части (как почти все аппараты-аналоги), но и о надводном пространстве.

Устройства, разработанные стартапом Liquid Robotics, отличаются от своих предшественников гражданского и военного назначения, которые изучают океаническую среду, фауну и флору из-под воды. Wave Glider («Скользящий по волнам») движется по водной глади за счёт изменения плавучести отдельных частей своего корпуса, которое приводит к тому, что волны толкают его в нужном направлении. Управление производится удалённым оператором через спутниковую связь.
Поскольку верхняя часть этого похожего на доску для сёрфинга аппарата находится над водой, на неё установили солнечные батареи. Энергия светила используется для питания навигационного, исследовательского и другого оборудования, установленного на борту устройства и его подводном элементе, который крепится к днищу с помощью троса. 
В отличие от беспилотных мини-субмарин, Wave Glider способен собирать информацию о состоянии атмосферы, волнах и поверхностных течениях. Но ему подвластен и подводный сбор сведений. За программную поддержку датчиков, навигационных приборов и телекоммуникационных систем, а также «облачного» сервиса для хранения данных отвечал создатель Java Джеймс Гослинг, который ради работы в Liquid Robotics уволился из Google.

В США роботов довольно успешно приспосабливают к фермерству: местным владельцам сельхозугодий, видимо, останется лишь сидеть на веранде и играть на банджо, периодически подзаряжая аккумуляторы механических батраков. 

Веками сельское хозяйство бьётся над тем, чтобы добиться максимальной урожайности. Началось всё с примитивных орудий труда, а закончилось (закончилось ли?) механизацией и применением химических удобрений. От химикатов постепенно отказываются по экологическим соображениям, а дальнейшая модернизация сельхозмашин упирается в возможности и ограничения тех, кто ими управляет. Так что, наверное, единственным способом повысить эффективность становится постепенный отказ от человеческого труда.
И здесь есть два направления — создание «беспилотной» сельхозтехники на основе существующей и замена тракторов и комбайнов роботами. Последним как раз и занимается энтомолог по образованию и роботостроитель по призванию Дэвид Дорхаут из Эймса, что в штате Айова. Он намерен сконструировать устройство, которое сможет самостоятельно сажать растения, ухаживать за ними и собирать урожай. 
Пока что ему удалось создать систему из десятка похожих на пауков шестиногих механизмов Prospero, которые обучены оптимально засевать пашню. Места посадок определяются не через GPS-навигацию, а с помощью метода, который г-н Дорхаут позаимствовал у муравьёв. При нахождении еды насекомые выделяют особый феромон, чтобы обозначить пройденный путь. Учуяв его, их товарищи не идут следом. 
Роботы же распыляют в точке посадки немного красящего спрея, который изменяет отражающие свойства почвы. Другое устройство регистрирует это своими сенсорами и выбирает новую позицию. Чтобы искусственные сеятели не толпились и не сталкивались, они поддерживают коммуникацию через беспроводную связь. В результате достигается эффективное засевание нужной площади. 
Идеей г-на Дорхаута уже заинтересовались бразильские, японские и польские фермеры. Разработчик же справедливо полагает, что, прежде чем говорить о коммерческом использовании технологии, необходимо сделать Prospero более функциональными, продлить время их действия без подзарядки и, видимо, увеличить их размеры.

 А в Южной Корее роботов уже со следующего года сделают тюремными надзирателями, чья неусыпная бдительность и неподкупность наверняка заслужат похвалу начальства.

Роботы-надзиратели имеют традиционный для андроидов облик: корпус, голова и четырёхколёсная база. Их высота составляет 150 см, а вес — 70 кг. Рук нет за ненадобностью: в обязанности устройствам вменяется посредничество при переговорах между заключёнными и охранниками, а также наблюдение за поведенческими аномалиями осуждённых, такими как проявления жестокости и насилия или попытки суицида. А для этого достаточно видеокамеры и сенсоров.
Проект стоимостью 1 млрд вон ($863 тыс.) ведёт исследовательская группа Asian Forum for Corrections. Его руководитель и глава группы профессор Университета Кёнги Ли Пак-Чхуль говорит, что роботы освободят персонал тюрем от проверочной рутины, особенно в ночное время. 
Сейчас учёные заняты улучшением облика машин, чтобы они не выглядели устрашающе, поскольку их миссия не в контроле и наказании, а в том, чтобы помочь людям за решёткой приспособиться к их временному (а для кого-то и постоянному) месту обитания. 
По данным южнокорейского Минюста, первая троица искусственных охранников начнёт разъезжать по коридорам тюрьмы в городе Пхохан с марта 2012 года.

Если отойти от прагматичности, знаковым мероприятием для робомира стал первый марафон, который пока не вышел за пределы Японии. Но организаторы надеются, что он будет такой же неотъемлемой дисциплиной международных робокубков, как и футбол. Если в беге о состязании с человеком пока не может быть и речи, то в актёрском мастерстве RoboThespian («Роботрагик») может дать фору некоторым представителям этой профессии. Устройство является полиглотом, умеет менять тональность голоса и жестикулировать. Оно хорошо подходит как для заученных ролей, так и для импровизированного развлечения зрителей.

Теперь ты в армии

 Вооружённые силы развитых государств постепенно обзаводятся роботами, но тон задают, конечно, США. В основном это компактные разведчики, которых можно забросить в незнакомое помещение, как двухколёсную машинку Recon Scout XT, либо машины, способные под управлением оператора перепрыгнуть высокое препятствие, подобно искусственной блохе. Во втором эшелоне — системы транспортировки грузов.

Робот Sand Flea («Песчаная блоха») был построен два года назад по заказу Управления перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA) инженерами компаний Sandia National Laboratories и Boston Dynamics. Последняя известна поставками в армию четвероногих грузовых машин BigDog, а также разработкой робота-гепарда и безголового андроида PETMAN, предназначенного для реалистичных испытаний униформы и средств защиты солдатского тела.
Новое приспособление прозвано «блохой» не из-за внешнего сходства, а благодаря прыжкам, многократно превышающим его собственную высоту. 4,5-килограммовая машина представляет собой укреплённую на четырёх колёсах платформу величиной с ноутбук, внутрь которой помещены видеокамера, двигательная система, вспомогательная электроника, а также выдвижная толчковая «нога». 
Поскольку колёса возвышаются над корпусом на одинаковую высоту как снизу, так и сверху, робот может с лёгкостью передвигаться «вверх ногами». Такая конструкция обусловлена многократными переворотами, которые Sand Flea совершает во время прыжка. 
Сам прыжок (его высота достигает семи метров) обеспечивается пневматическим приводом. Запаса энергии роботу хватает на 30 подскоков, так что главная проблема его использования заключается в выборе нужного забора, здания и иной преграды, за которыми может скрываться противник или, допустим, склад оружия, говорит полковник Питер Ньюэлл. Он возглавляет службу оснащения армейских подразделений новейшим оборудованием Rapid Equipping Force (REF). 
Кроме того, по словам полковника, Sand Flea придётся выдержать конкуренцию с забрасываемым роботом-разведчиком Recon Scout XT, недавно закупленным REF для афганского контингента ВС США. Какая из систем эффективнее, можно будет судить после начала их использования на практике.

Вообще, раз уж зашла речь о блохе, интересна тенденция «анимализации» армейских роботов, которые либо помогает в маскировке, либо копируют полезные свойства животных. Только в этом году американские военные получили летательный аппарат в виде колибри и рассматривают возможность введения в строй робота-гепарда и робота-страуса — если у разработчиков получится удовлетворить требования оборонщиков, а у тех хватит финансов.

Роботизированный зоопарк вооружённых сил США продолжает пополняться — частью в виде готовых изделий, частью в виде проектов. К первым относятся, например, собака-мул BigDog, способная тащить на себе 150 кг груза на расстояние пары десятков километров. Среди вторых можно назвать робота-гепарда и его недавно представленного возможного конкурента робота-страуса FastRunner («Быстрый бегун»).

Авторами искусственной птицы являются инженеры из Института изучения когнитивных способностей человека и машины (IHMC) и Массачусетского технологического института (MIT). Они создали особую конструкцию конечностей, благодаря чему робот может разгоняться до 30 км/ч с помощью лишь одного привода на каждой ноге — чего и требовали заказчики из Управления перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA).
Правда, такая скорость достижима только на относительно ровной поверхности. На пересечённой местности с небольшими препятствиями она снижается до 15 км/ч. Для сравнения: реальный страус «разбегается» до 60–70 км/ч. 
Другие возможности птицеподобной машины пока точно не определены. Предполагается, что её высота составит 1,4 м, на голове расположатся видеокамера и различные датчики, а к корпусу можно будет крепить вспомогательное оборудование и, быть может, лёгкое вооружение.

Летающие убийцы

Особняком стоят боевые дроны, скорее не роботы, а роботизированные транспортные средства. Но заслуга инженеров здесь ещё более значительна. Как нетрудно догадаться, абсолютными лидерами в этой отрасли также считаются Соединённые Штаты.
Сейчас прослеживается две стратегии развития боевых беспилотников. Одна из них заключается в создании авиации, которая конструктивно близка к пилотируемым вариантам, но при этом управляется дистанционно, а то и вовсе автономна. В феврале состоялся первый полёт X-47B Northrop Grumman (к концу года появился второй прототип машины)

, а тремя месяцами позже Boeing поднял в воздух свой Phantom Ray.

Концептуальный проект беспилотного летательного аппарата Phantom Ray и его реализацию разделяют всего четыре года. Судя по таким темпам, настоящие автономные истребители и бомбардировщики станут вскоре неотъемлемой частью американских ВВС.

Самолёт, который компания Boeing начала строить в июне 2008 года, является модифицированной версией демонстрационной модели X-45. Машина, как вы видите на снимках, сконструирована по схеме «летающее крыло». Длина изделия — 11 м, размах крыла — 15 м. Максимальный взлётный вес составляет 16,6 т. Какой же это БПЛА, правда? 
Первый полёт Phantom Ray, длившийся 17 минут, состоялся 27 апреля на авиабазе Эндрюс. Самолёт развил скорость 330 км/ч (втрое меньше максимальной) и поднялся на высоту 2,3 км (потолок — 12,2 км). Летает машина на двухвальной турбореактивное системе General Electric F404, стоящей на многих боевых самолётах США и других стран. 
Руководители проекта, выразив удовлетворение испытаниями, пообещали провести ещё несколько полётов в ближайшие полгода. Интересно, что компания финансирует работу из собственного кармана. Однако, несмотря на это, руководители американской военной и военно-морской авиации крайне заинтересованы в скорейших закупках подобных крылатых бойцов.  

Ещё одно направление — вооружение компактных дронов-разведчиков. Самым очевидным решением является миниатюризация ракет и бомб и их подгонка под возможности аппарата, но и вариант самолётов-камикадзе, партия которых уже поступила в войска, тоже перспективен.

Потому что мы банда

Во многих областях деятельности требуется помощь не одного, а сразу нескольких роботов, как однотипных, так и разнородных. И тут важно, чтобы коммуникация между ними была быстрой. От самого простого способа — обмена радиосигналами с оператором или коллегой-роботом — постепенно отказываются, поскольку машины не должны тратить время на обработку полученной информации и обдумывание каждого шага.

   Командные действия становятся по-настоящему эффективными, когда каждый участник следит за изменениями в окружающем пространстве и активностью партнёров, принимая на основе этого решения о собственном поведении. Иными словами, роботы должны вести себя так, как это делали бы люди. Тогда они способны выполнять множество задач — от простых (выстраивание в формации, разведка) до куда более сложных (таких как строительство или поиск и доставка нужного предмета в незнакомой среде). А радиопереговоры можно при необходимости заменить псевдочеловеческим или поведенческим языком. 

Уникальный алгоритм передвижения позволяет механическим устройствам выстраиваться в форме букв без предварительных сведений о том, в какую точку нужно двигаться.Обычно процесс расстановки роботов состоит из двух этапов: вначале каждый из них узнаёт, где именно должен находиться, после чего происходит образование строя. 
Студент Лаборатории роботизированных и интеллектуальных систем (GRITS) Технологического института Джорджии Тед Макдональд объединил эти стадии. Созданная им технология выглядит так, как если бы группе людей дали задание выстроиться, скажем, в форме квадрата, но запретили общаться друг с другом. Люди просто смотрели бы за действиями соседей и занимали свободные места, поясняет исследователь. 
В эксперименте, проведённом г-ном Макдональдом, участвовало 15 роботов Khepera — мобильных малышей высотой 3 см и диаметром 5,5 см, которые считаются своего рода «модельным организмом» в робототехнике. Их глазами была 3D-камера, расположенная над группой и отслеживающая все перемещения. Khepera быстро формировали буквы G, R, I, T и S, поскольку каждый из них двигался к ближайшей незанятой точке. Даже если одного из роботов оттаскивали в сторону, остальные стремились заполнить пустоту и сохранить формацию, а «неудачник» становился на свободное место. 
Г-н Макдональд поясняет, что на практике можно поменять камеру на GPS-датчики, встроенные в каждое устройство. Сейчас он работает над модификацией технологии с участием робота-лидера, который мог бы управляться человеком и вести за собой остальные механизмы. 
Применять разработку можно в военной логистике или для выстраивания группы беспилотных летательных аппаратов.

Роботов-разведчиков учат работать в одной связке в незнакомом помещении.

Роботов учат коллективному строительству

Робогруппы становятся всё более эффективными

Роботов обучают универсальному языку поведения

Система, похожая на человеческий язык, поможет механическим созданиям наладить обоюдные коммуникации и слаженно действовать в команде.Над проектом работают два специалиста Университета Делавэра — инженер Берт Таннер и лингвист Джефф Хайнц. Создаваемая ими методика основана на тех же законах, на которые опираются естественные языки, хотя она и не предполагает использования словоформ. 
Ключевым принципом является построение сложных смысловых конструкций из более простых: роботы объединяют отдельные действия, выступающие в роли «слов», в последовательности-«предложения». Поскольку возможности роботов ограничены заложенными в них программами, набор совершаемых ими действий также относительно невелик. А значит, можно вычислить, какими будут «предложения», и научить других членов группы распознавать их и реагировать соответственно.
Кроме того, в подобном «языке действий» есть своя «грамматика» — свод правил. Например, необходимость взять мячик прежде, чем бросить его, можно сопоставить с лингвистическими правилами о последовательности слов в предложении. 
В конечном итоге исследователи намерены разработать универсальную систему, которая позволит любым роботам взаимодействовать в группе — определять лидера, подчиняться его командам, действовать с оглядкой на соседей и иным образом менять своё поведение ради наиболее эффективного выполнения задачи.

У роботов появился собственный язык

Группа механических устройств научилась обозначать условными словоформами участки территории, составив на основе этого пространственную карту.Слова «общение» и «коммуникация» применительно к роботам означают не употребление языка, а взаимную отправку электронных сигналов и команд. Точнее, означало до недавнего времени: теперь машины при помощи австралийских исследователей обзавелись своим языком. 
Чтобы понять суть проекта Lingodroid, запущенного Рут Шульц из Университета Квинсленда и её коллегами, представьте, что вы в один прекрасный день забыли родной язык. Но дар речи при этом не утратили. Затем вы встречаете человека, который тоже всё забыл. Если вы хотите рассказать ему о своём местонахождении, то используете случайный набор букв, связав получившееся слово с окружающим пространством. 
Искусственные подопечные г-жи Шульц поступают так же. Когда один из роботов оказывается в незнакомом месте, он называет его, используя случайное сочетание слогов из имеющегося словарика (например, kuzo). По праву первопроходца он транслирует этот «топоним» остальной команде. 
Для закрепления лингвистического достижения проводится игра: другому роботу дают задание отправиться в kuzo. Когда он оказывается вблизи от нужной точки, у него тоже формируется связь между словом и местом. У механического путешественника, узнавшего о месте, которое словесно отличается от того, в котором он уже был, появляется представление о таких абстрактных понятиях, как направление и расстояние. 
Сыграв в подобную игру несколько сотен раз, «лингводроиды» сформировали карту небольших участков, помеченных словами. Погрешность в направлении составила 10˚, в дистанциях — 37,5 см. 
Специалисты надеются, что разработанная ими технология пригодится в системах навигации или при создании комплексного метода взаимодействия между роботами и человеком.

Биороботы 

 Природа — лучший конструктор, и подражающие ей инженеры копируют не только человека. В начале 2011 года был показан итог работы группы европейских исследователей — искусственное осьминожье щупальце.

В марте германская компания Festo продемонстрировала изделие SmartBird — первый летательный аппарат, который использует те же законы перемещения, что и живая птица.

Устройство SmartBird представлено германской компанией Festo. Размах крыльев робота составляет 2 м, а длина корпуса — 1 м. Благодаря использованию лёгких полимерных материалов весит он всего 485 г.
Внутри, помимо навигационного оборудования и прочей электроники, имеются электродвигатель с трансмиссией, два литий-полимерных аккумулятора и четыре сервопривода для контроля головы, хвоста и крыльев. Для полёта робочайке достаточно всего 23 Вт мощности. 
Уникальность модели SmartBird заключается в том, что она не просто машет крыльями вверх-вниз, но и, подобно птице, изгибает их под определённым углом — за это отвечает специальный торсионный механизм. Таким образом достигается плавность и улучшенная аэродинамика. Хвост, как и у настоящих пернатых созданий, используется для стабилизации полёта и маневрирования, а короткие вертикальные движения головой и частями торса заставляют искусственную чайку поддерживать заданное направление. 
Оператор отдаёт команды по радиосвязи через протокол ZigBee. 
Какое-либо специфическое применение для SmartBird пока не придумано: по всей видимости, проект является частью отработки бионических технологий для дальнейшего создания ещё более совершенных «летунов». 

SmartBird снаружи:

Smartbird изнутри:

В сентябре команда британских учёных создала роботизированные тактильные сенсоры, которые и внешне, и принципом действия похожи на усы млекопитающих. А в самом конце 2011-го состоялась презентация мягкотелого робота, строение которого позаимствовано у беспозвоночных.

Строение робоземлеройки

Инженеры из трёх британских университетов — Шеффилдского, Бристольского и Шеффилд Хэллам — подобно многим своим коллегам обратились за помощью к матушке природе. На этот раз биологическим прототипом послужила землеройка, а точнее — вид карликовая белозубка.
Это крошечное млекопитающее обладает развитыми усами, которые подразделяются на два типа. Более крупные и редкие макровибриссы служат для начального ощупывания примечательных объектов на расстоянии, а менее крупные, но густые микровибриссы помогают тщательнее изучить выбранный предмет. И те и другие способны определять форму объектов и текстуру поверхности. 
Тем же умением наделили британского робота-землеройку. Его антенны, имитирующие усы, заключают в себе металлические трубочки, которые движутся внутри магнита. Когда искусственная вибрисса касается чего-либо, трубочка смещается, что можно отследить в трёх измерениях. Когда объекта касаются несколько антенн одновременно, полученных данных достаточно для того, чтобы программа могла определить форму и даже тип встреченного роботом предмета, рассказывает руководитель проекта профессор Тони Прескотт. 
Разработка представлена на конференции по робототехнике TAROS 2011, проходившей с 31 августа по 2 сентября в Шеффилде. 
Следующей своей задачей исследователи называют копирование ещё одной способности упомянутого зверька — слежения и охоты за добычей (например, сверчками) с помощью усов. В данном случае псевдоземлеройка должна с помощью одних только тактильных сенсоров преследовать радиоуправляемые Lego-машинки. 
  Проект является частью масштабной программы Евросоюза BIOTACT (BIOmimetic Technology for vibrissal ACtive Touch), которая предполагает создание к 2012 году полноценной системы тактильной навигации.

бесхребетный робот.

Вдохновением для специалистов могут служить не только животные, но и растения: сразу в нескольких проектах имитируются те или иные черты цветов-хищников.

Венерина мухоловка, одно из наиболее известных хищных растений, использует такую тактику охоты: когда насекомое касается крошечных волосков на поверхности листа, его края тут же захлопываются. Скорость реакции — около 100 мс.
Воссоздать этот «приём» пытается Сын-Вон Ким из Сеульского национального университета (Южная Корея). Вместе с коллегами он использовал материалы с памятью формы, которые возвращаются в исходное состояние под действием приложенной силы, нагрева или пропускании тока. 
Команда применила два типа материалов — углепластиковые «листья», имеющие форму раковины, и металлическую пружину с эффектом памяти. Севшее на такое устройство насекомое активирует механизм захлопывания. Чтобы открыть створки, нужно лишь пропустить электричество через пружину. 
А вот Мохсен Шахинпур из Университета Мэна (США) предлагает иной подход. Он соорудил роботизированную ловушку, состоящую из двух гибких пластин, расположенных параллельно друг другу. На их внутренних сторонах имеются сенсоры, которые создают электрическое напряжение под действием даже незначительной силы — например, от севшей на них мухи. 
Это незначительное напряжение запускает более мощный источник тока, который делает пластины разноименно заряженными. После этого они, естественно, притягиваются друг к другу. Описание способа опубликовано в журнале Bioinspiration and Biomimetics. 
Другое свойство венериной мухоловки копирует Ecobot, разработанный в Бристольской лаборатории робототехники (Великобритания). Энергоавтономная система может использовать для поддержания своей деятельности насекомых, а также пищевые отходы и сточные воды. Преобразовать их в электричество помогают бактерии. 
Ecobot не умеет самостоятельно добывать пропитание, и его приходится «кормить» вручную. Но, быть может, упомянутым группам исследователей удастся объединить свои силы?

Что же касается ближайшего будущего, стоит, наверное, ожидать того, что бездушные (хотя и весьма полезные) механизмы станут не только человекоподобнее, но и человечнее. Это направление тоже начинает понемногу интересовать роботостроителей...

Устройство Lovotics построено Хуманом Самани и его коллегами из Лаборатории социальной робототехники при Национальном университете Сингапура. По своим размерам и форме оно напоминает ставшие уже для кого-то привычными робопылесосы, но предназначено оно не для утилитарных задач (как большинство искусственных помощников человека), а скорее для развлечения.
Специалистам удалось имитировать упрощённую версию эндокринной системы, основанную на гормонах, секреция которых у человека связана с проявлением эмоций, — окситоцине, дофамине, серотонине и эндорфинах. При взаимодействии с человеком у Lovotics происходит «выброс» одного из гормонов, что заставляет его проявлять одну из шести эмоций либо демонстрировать один из шести типов поведения.О своём состоянии робот сообщает движениями, вибрацией, покачиваниями, изменением подсветки и писклявыми звуками, похожими на «речь» дроида R2-D2 из киноэпопеи «Звёздные войны». Машина не только напрямую реагирует на внешние раздражители (например, касания и поглаживания ладонями), но и может оценивать ситуацию по косвенным признакам. Так, если робот видит, что его визави общается с другим человеком, он выражает обеспокоенность и недовольство. Ревнует! 
Авторы Lovotics не объяснили, почему у человека может возникнуть эмоциональная привязанность к забавному, но в целом не вызывающему глубоких чувств изделию (симпатичной внешностью оно не отличается, да и заботиться о нём, как о виртуальном или механическом питомце, не нужно). Так что это, скорее всего, промежуточный вариант, не предназначенный для коммерческого использования. 

Тем не менее разработчики уже сейчас уверены в том, что их исследования заложат основу не просто для коммуникации, но для дружбы и даже любви между человеком и машиной. Давайте оставим это утверждение без комментариев.

по материалам science.compulenta.ru

---