Металлические друзья: зачем разрабатывают роботов-собак
В октябре 2023 года стало известно, что инженеры НИИ механики МГУ в рамках проекта «Братья Вольт» разработали вторую версию своего робота-собаки — первая была показана в 2021-ом. Конструкторы пересмотрели подход к внешнему виду, облегчили корпус, научили «щенка» новым движениям и упростили доступ ко внутренним подсистемам. Теперь у него есть лидар, система распознавания препятствий, режимы обнаружения угроз и т. д. Умный «пес» получил повышенное внимание в рамках «Экспоцентра» на Красной пресне. Но самый популярный вопрос, который звучал от обывателей в сети и на выставке — «Зачем это нужно?».
Действительно, для проведения спасательных операций или изучения местности больше подходят роботы в другом форм-факторе — например, вездеходы наподобие марсианских аппаратов. Так для чего так упорно по всему миру разрабатываются роботы-собаки? Попробуем разобраться.
Как это устроено: конструкция четвероногих роботов
У большинства роботов такого типа схожая конструкция:
ноги со сгибающимися назад коленями (обеспечивают равномерное распределение нагрузки на все суставы, подсмотрено у природы);
мышцы под управлением отдельных электродвигателей (по сути, каждая конечность автономна и способна двигаться независимо от остальных, что расширяет применимость);
кости — облегченные, но прочные материалы (вариант подешевле — алюминий, подороже — углепластик);
нервы — система датчиков, сканеров и искусственный интеллект.
Что дает «четвероногий» форм-фактор? Преодоление практически любых препятствий. Например, гусеничный или колесный робот не сможет подняться по крутой лестнице, а «пес» — легко. Другая особенность — способность подниматься после падения на бок или спину. Робот поджимает конечности и встает в первоначальное состояние, как это делают животные. Проблемы возникают только на рыхлой или вязкой почве, где ноги утопают и не позволяют помощнику нормально перемещаться. Поэтому роботы-собаки не пришли на замену гусеничных и колесных — они созданы для другой работы.
В каких сферах полезны металлические псы
Применимость роботов ограничивается лишь фантазией владельца. Чаще всего они встречаются в следующих сферах:
спасательные операции в труднодоступной и опасной для человека местности (задымленные пространства, высокая температура, едкие вещества, радиация, риски обрушения и т. д.);
промышленность (обход и осмотр территории удаленных промышленных объектов, контроль безопасного производства работ, сбор данных о параметрах оборудования и т. д.);
доставка грузов (например, грузоподъемность робота Spot от Boston Dynamics — до 14 кг);
охрана, военные цели (разведка, круглосуточный осмотр территории, контроль границ, разминирование, эвакуационные мероприятия из горячих точек и т. д.);
в быту (транспортировка вещей, помощь малоподвижным людям, патрулирование территории дома);
обучение, развлечение, медицина и другие.
Интересные примеры
Роботы-полицейские в Нью-Йорке
Новый эксперимент нью-йоркской полиции по выводу на улицы роботизированных полицейских. Два года назад аналогичную инициативу сочли неудачной (власти обвинялись в растрате средств и закупке дорогостоящего оборудования, в котором не было необходимости), но сегодня технологии ушли далеко вперед. Новые роботы DigiDog умеют патрулировать улицы, выявлять нарушения с помощью ИИ и ставить GPS-метки на пытающиеся скрыться автомобили.
Роботы-инспекторы в Тюмени
Небывалую эффективность показали работы-инспекторы из Тюмени, ПО для которых разрабатывала компания 3Logic Group. Так, с помощью четвероногих удалось создать 3D-модель строящегося объекта одной из крупных горнодобывающих компаний всего за 12 минут. Уточняется, что у геодезиста на это ушло бы до 72 часов. Также роботы помогали контролировать сроки, выявлять нарушения и сравнивать реальный объект с проектной документацией.
Роботы, выявляющие нарушителей в Москве
Госинспекция по недвижимости Москвы старается не отставать от прогресса. С 2021 года на вооружении службы есть «улыбчивые» роботы-собаки, выявляющие нарушения в вопросах незаконного использования земельных участков, расширения границ, игнорирования строительных норм и других. Отметим, что все «железо», включая самих роботов и лидары, поставляют китайские компании.
Военные четвероногие роботы в российской армии
Миниатюрная «собака» в камуфляжной защитной одежде была представлена на выставке «Армия-2022». Помимо классических задач по перемещению через завалы и доставке медикаментов робот способен вести прицельный огонь, указывать объекты для авиации, патрулировать и охранять территорию, подносить боеприпасы бойцам. Другие технические особенности не разглашаются.
Кто лидирует на рынке
В сфере робототехники лидируют две страны — США и Китай. Стараются не отставать европейские государства с Японией, есть свои разработки и в Индии. Рассмотрим несколько компаний с международным статусом:
Boston Dynamics (США). Самый известный производитель роботов в мире. В свое время поставлял модели BigDog для Министерства обороны США. В 2013 году Boston Dynamics была куплена Google, но IT-гигант избавился от компании уже через 3 года, поскольку члены правления не поверили в финансовое благополучие проекта. В модельном ряду помимо четвероногих помощников есть шести- и двуногие.
Ghost Robotics (США). В марте 2022 года Ghost Robotics поставила роботов-собак пограничникам США. Их модель Vision 60 стоит 150 тысяч долларов, оснащена тепловизором, специальным ПО для обнаружения нарушителей границ, камерами ночного видения и особо проходимыми «лапами». В будущем Ghost Robotics планирует решать не только проблемы военных, но и помогать крупным корпорациям на промышленных объектах.
ANYbotics (Швейцария). Разработка первых шагающих роботов в Швейцарской высшей технической школе Цюриха началась еще в 2009 году, а первый рабочий прототип StarlETH показали публике в 2015-ом. С 2016-го берет начало бренд ANYbotics, под крылом которого создавалась одна из самых «умных» робо-собак своего времени ANYmal. Главная «фишка» модели — высокоинтегрированный модульный привод роботизированного соединения ANYdrive.
DEEP Robotics (Китай). Лидер китайского рынка. Во многом был первооткрывателем: первым внедрил робо-псов в реальный B2B-сегмент КНР, а в 2021 году представил первого водонепроницаемого робота Китая. DEEP Robotics специализируется на моделях для промышленности и крупных производств, при этом есть недорогие по сравнению с американскими варианты.
Xiaomi (Китай). Китайский гигант представил своего первого робота-собаку в 2021 году, через пару лет появилась обновленная версия — CyberDog 2. Специализация — бытовое применение. Xiaomi выпускает роботов-компаньонов в стильном корпусе, способных следовать за своим хозяином на скорости до 12 км/ч. Радуют расценки, если сравнивать с аналогами — новые версии стоят в районе 1700 долларов.
Unitree (Китай). Еще один поставщик из Поднебесной, который под заказ соберет практически любого по техническим возможностям робопса. В этом основное преимущество моделей Unitree: их роботы зачастую используются в качестве базы для программирования. Стоят они дешевле аналогов из Boston Dynamics, при этом ПО очень гибкое.
Welian (Китай). Компания специализируется на роботах-компаньонах для слабовидящих и малоподвижных людей. Самая известная модель — AlphaDog, способная «лаять», оценивать опасности и вести за собой людей по оптимальным маршрутам. AlphaDog умеет принимать данные через сети 5G, поэтому считается максимально автономным. Стоимость — около $2400.
Sony (Япония). Японский технологический гигант производит одну из самых известных серий робособак с 1999 года — называются они AIBO. Это имитация живых щенков, практически доведенная до идеала. Цель разработки — обучение детей, использование в медицинских учреждениях, развлечение. Интересная особенность: у каждого AIBO с течением времени формируется собственный характер, зависящий от поведения хозяев.
А что в России?
Россия славится в первую очередь программным обеспечением, а все «железо» для экспериментов закупается в Китае. Так работает один из лидеров отечественного рынка 3Logic Group, ставший официальным дистрибьютором робособак Unitree. Поставщик входит в десятку крупнейших IT-компаний России. Доработанные модели помогают строителям находить недочеты на объектах, а промышленным предприятиям — отслеживать качество продукции.
Еще один заметный четвероногий помощник — HyperDog от Лаборатории интеллектуальной космической робототехники. Это уже самобытная разработка, призванная решать специализированные задачи: поиск утечек жидкостей и газов, мониторинг безопасности труднодоступных объектов, лазерное сканирование местности, создание трехмерных моделей и т. д. HyperDog понимает жесты оператора и легко адаптируется под изменяющиеся условия.
Некоммерческие версии роботов конструирует объединение «Братья Вольт», с которого мы начали обзор. Команда инженеров обучает детей и студентов робототехнике и постоянно дорабатывает собственные экспериментальные модели. В целом, им удалось достичь успехов в своей области. Из особенностей разработчики выделяют «новый алгоритм управления, вдохновленный центральными генераторами упорядоченной активности, расположенными в спинном мозге млекопитающих».
«Сберпёс»
«Сбер» проектирует собственного робота-собаку на базе китайской модели Unitree B1 с манипулятором Z1. Производитель из КНР поставляет хорошее «железо», но программное обеспечение пока отстает. Задача, которую ставит «Сбер» — реализовать передовое ПО из робототехнического стека: картографирование, локализация, планирование движения, управление, манипуляция. При этом комплектующие тоже модернизируются: так, «Сберпёс» оснащен рюкзаком с новым оборудованием — лидаром, камерами и вычислителем.
Перспективы
В октябре 2023 года исследователи из Стэнфордского университета и Шанхайского института Ци Чжи разработали новый алгоритм, основанный на компьютерном зрении, который позволяет робопсам справляться с различными препятствиями без детальной отработки прохождения каждого из них. То есть, машина будет адаптироваться к изменениям в окружающей среде гораздо быстрее, минимизируя при этом вероятность ошибки. Если учесть, какой рывок в развитии получил ИИ в последние годы, технология позволит роботам-собакам стать еще умнее и лучше расходовать свои ресурсы. Поэтому прогнозы по четвероногим инспекторам и охранникам благоприятные. Сейчас остаются лишь физические ограничения вроде емкости батареи, а в программном плане проблем практически не осталось.
