FEDOR Первый: русский антропоморфный робот
Человек преобразует природу активнее, масштабнее и успешнее прочих видов. Большинство из нас плохо знает мир, помимо того, что создали сами люди. От домов и дорог до шкафа и клавиатуры — здесь все приспособлено под наше удобство и нашу анатомию. Какому-нибудь неантропоморфному гостю останется только посочувствовать, когда он попытается подняться по ступенькам или открыть дверной замок.
С теми же трудностями сталкиваются и роботы, которых судьба забросила в антропогенный мир. Сложнейшая колесная платформа марсохода, такая великолепная в каменистой пустыне Красной планеты, спасует перед обыкновенной лестницей, а мощные и точные промышленные роботы не всегда способны справиться с чашкой воды. Если роботу необходимо жить среди людей, бок о бок с нами, ему придется сделаться как мы — человекоподобным, или просто андроидом.
«Настоящим, живым мальчиком» никакой робот, конечно, не станет. И это к лучшему: не нуждаясь ни в кислороде, ни в тепле, не боясь жары, вакуума и радиации, не требуя обеденного перерыва или выходного, андроиды смогут стать помощниками, готовыми отправиться туда, где для людей слишком опасно или просто тяжело.
«Семь-восемь часов без перерыва — это максимум времени, которое сегодня человек может проработать в скафандре, в открытом космосе, причем обходится такой выход в несколько миллионов долларов. Поэтому здесь андроиды могут стать отличной заменой людей. Но вообще этим список их занятий далеко не исчерпывается, — рассказал нам Алексей Богданов, главный конструктор НПО «Андроидная техника». — Обезвреживание опасных предметов, спасение пострадавших, оказание первой медицинской помощи — мы развиваем все направления».
Первая профессия
Прототип антропоморфной робототехнической системы FEDOR (полное имя — Final Experimental Demonstration Object of Research, или просто «Финальный экспериментально-демонстрационный объект исследований»), первоначально создавался как спасатель. Он способен пробраться через завалы разрушенного здания пешком или даже ползком, найти пострадавшего и оказать ему первую помощь — по крайней мере, доставить воду, ввести обезболивающее и организовать связь.
Осенью FEDOR успешно продемонстрировал это, пройдя испытания перед комиссией Фонда перспективных исследований (ФПИ), под эгидой которого в «Андроидной технике» ведутся работы над проектом. Уникальный механизм нижних конечностей позволил ему не только ходить и ползать, но и сесть на шпагат, перелезть через препятствие и даже самостоятельно сесть в машину — на водительское место.
«Он вошел в здание, поднялся по лестнице, открыл дверь ключом, зашел в квартиру, включил свет, открыл кран с водой, — рассказал нам технический директор НПО «Андроидная техника» Евгений Дудоров. — Были и задачи на преодоление препятствий: проползти 10 м, влезть в невысокое окно, пройти по груде битого кирпича…» Также FEDOR продемонстрировал уверенное обращение с бытовым инструментом, от кусачек и шуруповерта до циркулярной пилы, со специальным оборудованием спасателей и медиков. Наконец, он сел в автомобиль (УАЗ с механической коробкой передач), выжал сцепление, перекинул рычаг скорости — и поехал.
Рожденный действовать
Электроприводы общей мощностью 5 КВт дают роботу приличную «мускульную» силу, эквивалентную 6,8 лошадиной. Механические сочленения обеспечивают телу 46 степеней свободы, а с учетом зависимых видов подвижности, в которых сопрягаются несколько отдельных скоординированных движений, их число уже достигает 72. Каждую миллисекунду управляющий компьютер обновляет информацию с датчиков и отдает новые команды приводам.
Основной компьютер дополняется парой вычислительных систем Nvidia, которые решают задачи по ориентации и навигации в пространстве. Здесь, в головном модуле, интегрируется информация с двух камер, оснащенных функциями автофокуса и автозума, а также тепловизора и микрофонов, 16 дальномерных лазеров, датчиков GPS и ГЛОНАСС. Учитывается также давление на опору и данные с трех встроенных инерциальных систем, которые позволяют роботу оценить положение своего тела.
На основе этих данных FEDOR — совсем как мы — автоматически конструирует трехмерную картину окружающей обстановки, добавляя в нее модель себя и выделяя на ней людей, препятствия и другие ключевые объекты: инструменты, лестницы, двери, стулья и т. п. Для каждого из распознанных предметов память робота хранит библиотеку стандартных действий, выбирая нужный сценарий по мере необходимости. В выполнении универсальных операций, не требующих высокой точности и скоординированности, FEDOR автономен. «Можно сказать, что он наполовину разумен», — добавляет Алексей Богданов.
Дистанционное образование
Если речь идет об обычной ходьбе и взаимодействии с обыкновенными предметами, FEDOR справится сам: «Например, когда он режет арматуру «болгаркой», он работает полностью в автоматическом режиме, — поясняет Алексей Богданов. — Выбирает момент включения и выключения инструмента, величину давления, которое нужно приложить, и т. д.». Однако если речь идет о работе в недетерминированной, сложной обстановке или о манипуляциях с очень тонкими и мелкими объектами, тогда на помощь роботу приходят люди.
Нехватку специальных навыков дополняет система «копирующего управления», позволяющая ему просто повторять наиболее ответственные движения за оператором, который может оставаться на комфортном удалении от происходящего. Добраться в нужное место, взять в руки шуруповерт или шприц, сбалансировать собственное тело, сфокусировать камеры, надавить — все это робот проделает самостоятельно. Но вот попасть иглой в мышцу или битой шуруповерта в саморез — задача уже для дистанционного управления. Этот подход можно сравнить с нашим собственным телом: большинство рутинных операций, включая поддержание баланса или управление автомобилем, мы выполняем без участия сознания, которое подключается лишь при решении особо сложных задач.
Дополнительного обучения для работы с FEDOR людям не требуется. «Сама концепция «копирующего управления» создавалась с той задумкой, чтобы человек мог видеть «глазами» робота, как своими, двигать его «руками», как собственными», — добавляет Алексей Богданов. В «шкуру» робота-аватара может влезть любой специалист, поделившись с ним своими навыками и движениями сапера, парамедика, спасателя или даже космонавта.
Дистанционно управлять роботом можно по проводам, оптоволокну или радиосвязи
-
FEDOR может быть оснащен системой голосового управления и выполнять четко поставленные устные команды.
-
Большинство рутинных операций он совершает в автоматическом режиме.
-
Для сложных движений и манипуляций применяется система «копирующего управления».
-
До полной автономности роботу придется подождать — по крайней мере, до создания достаточно мощного искусственного интеллекта.
Рабочая династия
По словам разработчиков, на освоение «Федором» новой и сложной профессии космонавта уйдет весь запланированный трехлетний срок. До 2021 года предстоит отработать защиту от радиации, обеспечить бесперебойную работу двигателей, механики и электроники в глубоком вакууме, при резких перепадах температуры и почти полном отсутствии гравитации. Понадобится освоение и особых сценариев работы со специальным инструментом. Однако в 2021 году, когда FEDOR отправится в первый полет на борту нового космического корабля «Федерация», у нас будет двойной повод для гордости — новейший корабль и робот, первый в своем роде.
«В России аналогов этому проекту нет, да и в мире работы такого уровня проводятся лишь несколькими компаниями, — говорит Евгений Дудоров. — Одно время в США существовал близкий проект SAFFiR, андроид, который предназначался для тушения пожаров на морских кораблях. Самым проработанным из них можно назвать робота ATLAS, созданного под патронажем агентства DARPA». Однако, по словам разработчиков из НПО «Андроидная техника», FEDOR во многом совершеннее американского конкурента, который не способен ни ползать, ни управлять автомобилем с механической коробкой передач, ни просто сесть в него самостоятельно.
«Изначально наша задача состояла в разработке универсальной системы управления антропоморфным роботизированным комплексом, независимо от конкретных способностей и предназначения, — продолжает Евгений Дудоров. — Для этого были реализованы несколько режимов: автоматизированный, супервизорный, телеуправляемый и комбинированный. И если первоначально мы действительно ориентировались на создание робота-спасателя, то теперь смотрим на его возможности намного шире. Все эти варианты управления реализуются и подходят для выполнения самых разных задач и на Земле, и в космосе. Мы прорабатываем проекты и корабельного робота, и робота-сапера, и другие».
«Мы живем в интересное время, — заключает Алексей Богданов. — Мы входим в новый, шестой технологический уклад. Вспомните распространение сотовой связи: нас ждет такой же взрыв робототехники. В следующие 20−30 лет андроиды начнут все чаще встречаться нам на улицах».
