Новые возможности роботов

Предлагаем вашему вниманию подборку материалов о реализованных проектах роботизированных устройств, способных выполнять работу в самых различных сферах человеческой деятельности.

 

А. В. Горбунов, журнал «Оборудование Разработки Технологии» (Новосибирск)

 

Робот, похожий на рыбу, способный погружаться под воду и преодолевать сотни километров

 

С той же настойчивостью, с которой космические исследователи стремятся создать автоматические устройства для исследования внеземного пространства, инженеры лаборатории в Мичиганском государственном университете под руководством Ксибао Тана (Xiaobo Tan) создавали робота, получившего название «робот-рыба». Им в итоге удалось создать роботизированное устройство, напоминающее обитателя морских глубин, способное с невероятной, по словам авторов проекта, эффективностью передвигаться в толще морской воды, при этом обладающее способностью выполнять различные исследовательские и навигационные задачи. Этот робот, способный преодолевать более 200 километров без подзарядки, получил имя Грейс (Grace). Главный его секрет — способность эффективного скольжения под   водой за счет применения оригинального технического решения. Внутри герметичного корпуса робота установлен блок аккумуляторов, причем они помещены в корпусе, а корпус, в свою очередь, на рельсах, по которым они перемещаются от хвоста к голове и обратно.

 

Благодаря этому робот-рыба способен изменять положение центра гравитации и, соответственно, наклон корпуса вверх или вниз. В сочетании с водоструйным двигателем робот может выполнять подъем и погружение, а за счет расположенных по бокам крыльев происходит эффективное и малозатратное преобразование вертикальных колебаний в горизонтальное движение.

 

Йети проложит безопасный путь в Антарктике

 

Если вам приходилось видеть на фото Антарктиду, то вы можете вспомнить, что на первый взгляд она производит впечатление обширных и ровных пространств. На самом деле под снегом скрыты трещины, достигающие в глубину нескольких десятков метров, выбраться из которых, если не повезет, практически невозможно. Более того, эти трещины могут исчезнуть и появиться на новом месте вследствие постоянного движения ледовых массивов. Все это в целом означает, что передвижение по поверхности Антарктиды, например для исследователей, представляет, мягко говоря, непростую задачу, связанную со смертельной опасностью. Именно поэтому инженеры-исследователи из Дартмута пришли к мысли о необходимости разработки роботизированного средства, получившего имя Yeti, управляемого посредством GPS робота, который снабжен георадаром для обнаружения трещин. Он уже зарекомендовал себя с положительной стороны, проработав в Антарктиде несколько лет, подтвердив правильность идеи и значительно упростив технологию полярной логистики. Схема применения устройства следующая. Оператор, находящийся на снегоходе или вездеходе, пускает вперед Yeti, который производит сканирование толщи поверхности. Дальнейший сценарий предполагает два варианта развития событий. Рабочий и основной — когда Yeti обнаруживает трещину и сообщает об этом оператору и тот, с учетом полученных данных, корректирует свой маршрут. Второй возможный вариант, хотя и по расчетам редкий, но печальный — робот может провалиться в коварную трещину раньше, чем успеет о ней сообщить оператору. В этом случае оператору остается только помянуть добрым словом своего механического помощника и вернуться на базу за новым Yeti. И как бы это не было грустно, такие жертвы оправданы, даже несмотря на то, что робот Yeti стоит, как новый внедорожник в США — около 25000 долларов, поскольку речь идет о безопасности. Робот-проводник, по словам исследователей, позволяет сократить транспортные расходы на 2 миллиона долларов в год. Кроме того, Yeti помимо обеспечения безопасности людей освобождает их от тяжелого труда, связанного с переноской, и является достаточно мощным, чтобы тащить за собой в санях трех оставшихся без дела исследователей.

 

Роботизированная рука

 

Этот проект демонстрирует почти фантастические возможности объединения современных технологий в области робототехники и методов 3D печати для применения с целью расширения человеческих возможностей. Но особенно интересным представляется тот факт, что проект был реализован с минимальными вложениями, для достижения и получения уникального результата не потребовалось строить специальные города со специальными лабораториями. Необходимо сказать, что полученные результаты и технологии доступны для каждого, необходимую информацию можно получить на открытом для всех желающих ресурсе Robohand. Начало проекта связано с несчастным случаем, в результате которого южноафриканец Ричард ван Ас потерял 4 пальца на правой руке, когда работал на деревообрабатывающем станке. Во время короткого пребывания в больнице он придумал, как заменить утраченные пальцы с помощью его знаний в области механики и электроники. К этому решению его подтолкнуло, кроме того, отсутствие на рынке удобных, функциональных и доступных по цене протезов. С этого момента началась история по созданию роботизированной руки. Спустя год Ричард изготовил несколько вариантов готового механического устройства и познакомился с американцем, так же, как и он, работавшим над созданием доступного для людей протеза. Они решили объединить свои усилия, тем более что им пожертвовали два 3D принтера, MakerBot Replicator, которые значительно облегчили задачу по прототипированию. Вскоре Ричард сделал для себя устройство Robofinger, заменившее ему пальцы, и, позже, уже саму механическую руку, детали для этих устройств были распечатаны на 3D принтере. Первым пациентом, получившим Robohand, стал пятилетний мальчик Лайем, который был буквально ошеломлен возможностями своей новой руки. Обладателями Robohand стали еще четверо детей из Южной Африки. В настоящее время на сайтах проекта на Facebook и блоге Robohand приведено уже много примеров, когда люди, потерявшие или не имеющие с рождения конечности, смогли значительно улучшить свои возможности благодаря созданному Ричардом ван Асом устройству.

 

Робот, которого можно послать в магазин

 

В робототехнике, как в жизни, часто необходимо совершить маленький шаг для достижения большой цели. На состоявшейся недавно в Стэнфорде международной выставке робототехники был продемонстрирован робот, который является подтверждением этих слов. Исследователи университета продемонстрировали робота модели PR2, в качестве испытания отправленного ими за чашкой кофе в магазин и успешно справившегося с задачей. Любой человек скажет, что в этом нет ничего особенного, и вообще, какое отношение это может иметь к прогрессу робототехники?

 

На самом деле то, что показал PR2, является большим шагом в направлении повышения функциональности роботов. Этому роботу пришлось самостоятельно определить маршрут, преодолеть двери, алгоритм открывания которых является сам по себе сложной технической задачей для робота, и вернуться на лифте к своим создателям с чашкой, полной горячего кофе. Видео, выложенное в Интернете, действительно впечатляет. По сути, доставка кофе является демонстрацией функциональности и практичности основного исследования в области робототехники. В этом смысле существуют четыре проблемы, которые были решены:

 

     Исследователям удалось научить робота использовать несколько 2D карт навигации и совершать переход между ними. Для навигации в ходе перемещения многие современные роботы используют двухмерные карты, поэтому, например, в здании с несколькими этажами или отдельными помещениями большинство роботов теряли ориентацию. Инженеры Стэнфорда смогли разработать систему Gateway, которая связывает одну навигационную 2D карту с другой через портал, в качестве которого выступают, например, дверь или лифт, что значительно расширяет для роботов возможности навигации и ориентации в пространстве.

 

    Надежное использование роботом лифта. Лифты до сих пор являлись серьезным препятствием для роботов, что еще больше осложнялось присутствием в них людей. В проведенном эксперименте робот работал абсолютно автономно. PR2 отыскал лифт, нашел кнопки вызова, нажал нужную и убедился в прибытии лифта. Затем он определил направление движения лифта, вошел в лифт (при условии отсутствия в нем людей), совершил привычные и простые для людей и непростые для него действия по выбору этажа и благополучно вышел на нужном ему. Это огромный ряд шагов, успех которых определяет эффективность работы системы ориентирования.

 

    Открытие тяжелой, прозрачной подпружиненной двери. Для робота обнаружение таких объектов, как, например, стеклянные двери или заборы из профнастила, тоже достаточно сложная задача. Исследователями был разработан эффективный алгоритм прохождения таких препятствий.

 

    Еще одна решенная техническая проблема — передача объектов между роботами и людьми. Сотрудники кафе не были робототехниками, они должны были быть в состоянии взаимодействовать с роботом без какого-либо предварительного обучения. Проблема в том, что для робота сложно определить момент, когда человек готов принять предмет, с тем чтобы его вовремя отпустить. Исследователи решили эту проблему, разместив камеру на предплечье PR2, в районе захвата.

 

Главный принцип автономности в робототехнике заключается в том, насколько робот может идентифицировать неудачную операцию и успешно ее повторить.

 

По словам участников эксперимента, PR2 преодолевал различные препятствия и исправлял ошибочные действия во время тестирования. В окружающем пространстве возникали ситуации, когда вблизи находились люди. Робот успешно справился с этим, либо обходя их, либо останавливаясь до тех пор, пока дорога не будет свободна. Еще одна проблема была связана с тем, что лифт купить вызывался людьми на другой этаж, прежде чем робот нажмет кнопку управления. В этом случае робот корректировал направление движения лифта в ходе перемещения внутри него. Также иногда отказывали кнопки управления лифтом. Робот повторно нажимал кнопку через 30 секунд.

Источник: www.stroyip.ru