Презентация этого чуда современной техники состоялась в рамках международной конференции по проблемам активной ходьбы Dynamic Walking 2008. Автор разработки – Даан Хоббелен (Daan Hobbelen) из Делфтского технического университета (Technische Universiteit Delft).
Именно он создал новый алгоритм перемещения в пространстве, который,
как утверждается, наиболее точно воспроизводит движения людей.

На
самом деле причина возникновения прямоходящей походки у человека – не
просто случайная прихоть природы, а эволюционно обусловленная
необходимость.

Передвигаясь на
двух ногах, мы постоянно смещаем центр тяжести и как бы немного падаем
вперёд, сами того не замечая. Это нестабильное движение позволяет в
значительной мере экономить энергию, прикладывая минимум усилий.

Планета Шелезяка: полезных ископаемых нет, воды нет, растительности нет, населена роботами. Вот что представляет собой настоящая эволюция прямоходящих роботов. И протекает она, кстати говоря, гораздо быстрее биологической (слева направо и сверху вниз): Stappo – 1995, Simplest Walker – 1999, Bob -2000, Baps – 2001, Museon Walker – 2001, Mike – 2002, Max – 2003, Denise – 2004, Meta – 2005. Правда, на разработку новой модели понадобилось целых три года – серьёзная вещь (фото Technische Universiteit Delft).

Но именно кажущаяся
простота шага, отшлифованная миллионами лет эволюции, – настоящий вызов
для специалистов по робототехнике. Реализовать человеческую походку на
практике очень и очень сложно.

Ступая
вперёд, человек наклоняется и «начинает падение», которому препятствует
выдвинутая нога. Такой процесс – результат сложной и скоординированной
деятельности многочисленных групп мышц. Ими, в свою очередь, управляет
многоуровневая иерархическая система соответствующих импульсов
головного мозга.

Вес «Огонька» – около 15 килограммов, рост – 1,3 метра. Он может переступать (в буквальном смысле) через препятствия высотой до восьми миллиметров (фото Technische Universiteit Delft).

Построить робота, просто
перемещающегося в пространстве из точки А в точку Б, – тоже задачка не
из лёгких. В частности мы уже писали о ковыляющем роботе, установившем рекорд дальности ходьбы. Этот рекордсмен очень напоминает первые самодвижущиеся модели на иллюстрации вверху.

Видимо, некий эволюционный путь, пусть и искусственный, для решения столь сложной задачи неизбежен.

А
для создания человекоподобной (и наиболее энергоэффективной) походки
требуется решить проблему ещё более высокой сложности: спроектировать
схему управления равновесием в динамическом режиме.

В качестве примера имитации двигательного аппарата человека Даан демонстрирует «лодыжку» Flame (слева). Привод этой части ноги реализован в виде группы специальных пружин – они выполняют роль сухожилий и очень близки к ним по эластичности. Ещё один важный компонент системы – инерциальные датчики производства компании Xsens (справа), обладающие самой высокой точностью измерения положения в пространстве (фото Technische Universiteit Delft).

Почему всё это важно?
Потому что поможет глубже понять принцип передвижения самого человека.
Что, в свою очередь, позволит людям, которые восстанавливаются после
травм или имеют другие осложнения, улучшить реабилитационные методики и
создать специальные вспомогательные устройства для тренировок.

Вообще
говоря, Делфтский университет является одним из пионеров в области
создания самодвижущихся роботов. Можно сказать, что голландские учёные
решили застолбить эту нишу. Новые разработки в области механики
двигательного аппарата должны закончить эру неловких, зомбиподобных
походок у железных братьев наших меньших. Да и больших тоже.

Как вы можете видеть, «производственные мощности» одного из ведущих в мире исследовательских центров робототехники весьма скромные. Такое чувство, что отряд тимуровцев решил на досуге свинтить что-нибудь бесполезное из остатков собранного на субботнике металлолома (фото Technische Universiteit Delft).

Даан Хоббелен говорит, что
многоуровневая система управления впервые позволит роботам быть более
пластичными и энергоэффективными. Сравняться с людьми то есть.

Голландец
утверждает, что его разработка – это первый электронный гуманоид,
который одновременно и устойчив, и потребляет сопоставимое с
человеческим организмом количество энергии. По его мнению,
технологический прорыв состоит в разработке наиболее продвинутой
математической модели двигательных функций человека.

Основу
изобретения составляет некий прототип вестибулярного аппарата – с его
помощью происходит анализ информации о движении, и робот не теряет
равновесие, переставляя ноги.

По
словам автора, Flame – самый продвинутый прямоходящий робот в мире. По
крайней мере среди антропоморфных, то есть копирующих движения
человека, машин.

В качестве мышечного «привода» в нём используются электромоторы. Программное обеспечение, между прочим, на базе Linux.

На
первый взгляд, результаты не сильно впечатляют. Особенно стороннего
наблюдателя, далёкого от проблем разработки биомеханических систем. Но
заложенные в конструкции ресурсы – «железо» – позволят в будущем
существенно улучшить все параметры ходьбы. По мере того как софт будет
доводиться до ума.

Предлагаем вам самим сравнить походку «Огонька» с самым известным на сегодняшний день роботом-гуманоидом – ASIMO, о котором мы писали многократно. Например, о том, как он разносит кофе или в очередной раз наращивает интеллект. Что там говорить, ASIMO – настоящая звезда.

Вроде
бы японец выглядит более подвижным и устойчивым. Он даже умеет
поворачивать чуть ли не на бегу. Но всё-таки передвигается «на
полусогнутых» – не так, как человек. На наш взгляд, походка голландца
более соответствует своему прототипу. Будем надеяться, что не
историческому.

Отметим, что просто
ходьба – это только вершина айсберга. В течение нескольких лет
разработчики из Делфта планируют добиться ещё более грандиозных успехов
в эволюции robotus erectus.

Например,
добавить им «органы чувств» и некое подобие искусственного интеллекта –
для интерпретации полученных от окружающего мира сигналов. Впрочем,
искусственный интеллект это, как говорится, совсем другая история.

Зато,
по мнению учёных, дальнейшее развитие двигательных алгоритмов и
соответствующего «железа» позволит роботам очень резво бегать.

Знакомьтесь: TUlip – участник сборной Нидерландов на чемпионате по футболу среди роботов (2008 RoboCup Soccer) в китайском Сучжоу. Это тот самый международный чемпионат, о котором мы уже писали и не раз. Только пока в таких состязаниях выступали небольшие машины – от наноботов до коробочек на колёсах. А андроидов, способных бросить вызов человеку, мы ещё не видели (иллюстрация с сайта eurekalert.org).

Технологии, опробованные
на Flame, уже в самом ближайшем будущем могут привести к созданию
самодвижущегося робота нового поколения. И с его помощью можно будет не
только помогать людям, но и развлекать их.

Голландцы
даже хотят сделать настоящую футбольную команду. И ездить с
выступлениями по городам и весям. Футбольные симуляторы ведь уже давно
и успешно существуют – команда противника, управляемая компьютером,
умеет действовать и самостоятельно. Осталось реализовать всё это «в
металле».

«Футболист» без формы (слева) и в форме (справа). Его высота – 1,2 метра. Скорость передвижения на данный момент составляет 0,5 метра в секунду. Каркас состоит из анодированного алюминия – за счёт этого достигается лёгкость конструкции. Бегать без подзарядки TUlip может в течение 30 минут (иллюстрация с сайта dutchrobocup.com).

К 2050 году планируется
создать полностью автономную команду, которая выиграет чемпионат мира
по футболу… среди людей. У бразильцев, например.

Будет
также создана юниорская лига. Только отбирать туда станут не по
возрасту, а по росту: допускаются участники высотой до 1 метра.
Дриблингу их будут обучать мастера футбола из Нидерландов. Быть может,
сам Гус Хиддинк.

Почему «юниоры»?
Видимо, потому что у невысоких роботов лучше устойчивость. В программу
обучения войдут: максимально быстрое пересечение футбольного поля,
визуальное восприятие положения мяча в пространстве, координация
действий между членами команды и многое из того, чему настоящие
футбольные тренеры обучают своих воспитанников.

Даже
сложно предположить, какие ещё возможности открываются с созданием
прямоходящих гуманоидов. Да что там футбол! Представьте, что машина
будет бегать за чем-нибудь вам нужным – как в фильме «Я, робот» (I, Robot).

Главное, чтобы уникальными способностями роботов не воспользовался какой-нибудь коварный злодей.