Подробности создания управляемого человеком спортивного робота весом 3600 кг

в 13:00, , рубрики: битвы роботов, бои роботов, будущее здесь, гонки роботов, мехи, робототехника, роботы, шагающие роботы

«Это как кататься на горном велосипеде», — только, конечно, на велосипеде весом 3600 кг и высотой в 4,5 м

Подробности создания управляемого человеком спортивного робота весом 3600 кг - 1

Если бы всё было так, как хочет Джонатан Типет [Jonathan Tippett], то на Олимпийских играх будущего выступали бы не только люди — он предсказывает появление роботов-спортсменов, управляемых людьми. На технологической выставке в Торонто в июле 2017 этот канадский инженер-механик предложил нам представить гонки, в которых пилоты облачались бы в массивные экзобионические ме́хи [не путать с эксгибиционистами; экзо — от греческого exō, «внешний», а бионика — прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы / прим. перев.]. Относитесь к этому как к чрезмерно раздутой версии двуручного погрузчика, которым Рипли управляла в «Чужом», или к оборудованию, знакомому игрокам в Titanfall.

Долго напрягать своё воображение нам не потребовалось. Типет вскоре продемонстрировал нам первого участника предлагаемых им гонок, и комната быстро наполнилась вздохами удивления. Типет представил нас Простезису [англ. prosthesis — протез], 4,5 м экзобионической платформе весом в 3600 кг, работающей на электричестве, и усиливающей движения пилота, сидящего в кабине в центре меха. Он сделан из легированной стали, содержащей добавки хрома и молибдена [англ. chromoly], и в пределе способен бежать со скоростью в 34 км/ч, подпрыгивать на 3 метра, и работать без подзарядки два часа.

Подробности создания управляемого человеком спортивного робота весом 3600 кг - 2
Для масштаба — команда инженеров

Всё это, конечно, впечатляющий результат работы производства и инженеров. Но, беседуя с нашим журналом несколько месяцев спустя, Типет говорит, что его цель более философская, чем кажется многим. «Простезис можно представлять себе как высокотехнологичную машину, но это метафора весом в 3600 кг тому, как технологии позволяют нам делать то, что мы хотим, и тому, какую важную роль в робототехнике до сих пор играют люди».

Подробности создания управляемого человеком спортивного робота весом 3600 кг - 3
Робот из Titanfall (конечно, проработанный гораздо сильнее)

Именно в таком духе Типет с его командой из компании Furrion, расположенной в Индиане, и работающей вместе с ним над Простезисом, решили добавить меху кабину и сделать ему интерфейс для управления человеком, вместо того, чтобы делать удалённо управляемого робота, которых мы видели сражающимися в клетках и в гонках дронов. «Простезис — это продолжение тела пилота, — говорит Типет. — Это как кататься на горном велосипеде, ощущения с непосредственным восприятием, а не в качестве наблюдателя».

Сейчас Типет работает над тренировкой пилотов и подстройкой механики, чтобы гарантировать готовность мехов к гонкам. Двигаться он будет на манер гориллы — используя для ходьбы и бега все четыре конечности — в отличие от нас, двуногих. Если Типет хочет, чтобы Простезис участвовал в гонках без проблем, каковы его дальнейшие шаги в реализации этой НФ-мечты?

Подробности создания управляемого человеком спортивного робота весом 3600 кг - 4
Рипли (с эстетической точки зрения ближе к Простезису)

Но сначала, шагающий паукоробот

Люди встречаются с Простезисом не впервые. Гигантский мех появлялся на различных технологических выставках, например, на CES 2017 и на фестивале Burning Man этим летом.

Именно Burning Man пробудил в Типете изобретателя до того, как тот начал работу над Простезисом. Типет занимался инженерным делом по окончанию программы подготовки инженеров-механиков Университета Британской Колумбии. Благодаря небольшому гранту, полученному от фестиваля в Неваде в 2006 году, Типет и его соотечественники, инженеры из Ванкувера, построили робопаука Мондо — механического шагающего паука, работающего от гидравлики и моторов. Позже организация CODE Live поручила инженерам переделать Мондо на работу от электричества для его демонстрации во время зимней Олимпиады в Ванкувере в 2010 году. Это позволило Мондо работать относительно тихо, заряжаться от солнечной энергии и выступать в помещении, не создавая выхлопа.

Подробности создания управляемого человеком спортивного робота весом 3600 кг - 5
Паук Мондо, прямой предок Простезиса

В 2013-м Типет сказал в интервью сайту Tested: «Если можно перевести шагающего паука весом 750 кг с бензина на электричество, значит, это можно сделать вообще с чем угодно!»

Проект Мондо раззадорил аппетит инженера у Типета. И когда он начал вращаться в среде любителей роботов, он уже подготавливал чертежи Простезиса. Типету нужно было нечто больше, быстрее и круче.

«Давайте дадим пилоту ощущения катания на диких американских горках, — вспоминает Типет начальные этапы разработки. — Находиться в кабине в четырёх метрах над землёй, использовать свои конечности для контроля движений меха — это дезориентирует, ужасает, захватывает — и всё одновременно».

Типету знакомы захватывающие ощущения — среди его хобби есть мотоцикл, горный велосипед и сноуборд. Но работа над Простезисом окажется обескураживающей ещё до того, как у него появится шанс забраться в кабину.

Создание тела робота

При первом подходе к разработке Простезиса одни только технические требования обескуражили Типета. Как должна работать подвеска у шагающего агрегата весом 3600 кг? Как обеспечить постоянное равновесие меху с четырьмя ногами, а не восемью?

Правильная схема кабины управления была главной для реализации идеи. Пилот, используя упряжь с креплением в пяти точках, размещает предплечья в металлических скобах, а ноги — в держателях, обёртывающихся вокруг икр. Затем они фиксируются при помощи устройств, похожих на рукав для измерения давления.

Типет решил отказаться от подражания человеческой походке, и вместо этого позаимствовать систему ходьбы у гориллы, вплоть до низко расположенных рук и ног. Движения пилота в кабине управляют движениями Простезиса: согните локоть, и робот попытается присесть. Вытяните конечности вперёд, и Простезис выполнит крен.

Для управления конечностями каждая из ног меха оборудована двумя гидравлическими силовыми приводами. Привод «бедра» соединён с верхней частью ноги и позволяет ей качаться вперёд-назад. Второй привод приделан к задней части соединения четырёх труб. Сокращение этого привода укорачивает ногу и поднимает её с земли в то время, как привод бедра переносит ногу вперёд. При отрыве от земли движущаяся вперёд нога удлиняется, чтобы встретиться с землёй. Привод бедра может тянуть ногу назад, а амортизаторы поддерживают вес машины и смягчают поездку.

«Самое интересное во всём этом — отзывчивость движений, — говорит Типет. — Мы несколько недель подстраивали упряжь, амортизаторы, буферы кабины так, чтобы всё работало идеально для пилота». Он вздыхает. «Скажу лишь, что управлять Простезисом очень сложно и сильно выматывает».

Можно ожидать, что завышенные цели при разработке Простезиса привели ко множеству проб и ошибок. Типет вспоминает, как несколько раз переворачивался вместе с мехом, сравнивая свои ощущения с другим спортом. «Это как сноуборд — сколько раз нужно упасть до того, как освоишь? — говорит он. — С Простезисом было тоже очень много проб и ошибок».

Первым шагом Типета и команды было найти правильный баланс, а теперь они работают над плавной походкой меха — пока ещё даже не над бегом, предупреждает Типет. Чтобы научиться бегать, сначала надо научиться ходить [согласно американской поговорке walk before you run / прим. перев.].

«Понаблюдайте за людьми, управляющими монстр-траками, как они тренируются для создания нужной хореографии, — говорит Типет. — С Простезисом всё примерно так же. Это физически тяжело. Но в итоге фанатам понравится наличие у человека навыков по пилотированию этих роботов».

Он подчёркивает, уже не в первый раз, что «машина разработана так, чтобы подходить пилоту, и не наоборот». Типет добавляет, что мех должен быть продолжением тела человека, и создавать чувство симбиоза, которое сложно воспроизвести.

Перепрыгивая через препятствия

Я поговорил с несколькими экспертами по робототехнике, чтобы узнать, какие проблемы ожидают Типета на его пути. Может показаться, что принцип передвижения на ногах воспроизвести легко, но это обманчиво — согласно Джонатану Хёрсту, техническому директору Agility Robotics, это чрезвычайно сложно. «В таком движении используется тщательно проработанная механическая система с точно подобранными пружинами, инерцией и иерархией управления». Он добавляет, что любая помеха для шагающего меха, например, пересечённая местность, может нарушить не только траекторию движения ног, но и их инерцию.

Кому, как не ему знать об этом: в 2017 году компания представила своего новейшего шагающего робота Кэсси [Cassie], не обладающего пока торсом, и с бёдрами с тремя степенями свободы, похожими на бёдра человека. Такое устройство позволяет Кэсси махать ногами вперёд-назад, вбок, и в то же самое время поворачивать их.

Подробности создания управляемого человеком спортивного робота весом 3600 кг - 6
Cassie, двуногий робот авторства Agility Robotics

Хёрст с коллегами вскоре приделают Кэсси руки, торс и датчики, но пока что исследовательские лаборатории могут заказать эти ноги с бёдрами. «Мы считаем, что робот может оказаться полезным для доставки грузов и исследования территории», — говорит Хёрст о возможностях применения Кэсси.

То, что пытаются делать Хёрст и Типет, вызывает в памяти LS3, недолго существовавшего шагающего робота от Boston Dynamics, которого рекламировали, как решение для задач военной логистики. Из-за своих ограничений проект LS3 отправили на полку в 2015 году. Он издавал громкие звуки, был сложен в починке, и его с трудом интегрировали в традиционный патруль морской пехоты.

Хартмут Гейер, адъюнкт-профессор в Институте робототехники при Университете Карнеги-Мэлон, не хочет, чтобы Простезиса постигла та же судьба, что и LS3, но ему кажется, что идея о том, что Простезис вдохновит создание гоночных соревнований для мехов — это несбыточная мечта.

«Основная проблема лежит в управлении, — говорит Гейер. — Могут ли мощные ноги бегать достаточно быстро, или они подходят только для определённых движений? А ещё есть проблема с перегревом мотора».

Некоторые четвероногие роботы уже учатся преодолевать пересечённую местность, но позитивные новости в этой области связаны с разработкой из Калифорнийского университета в Сан-Диего, где делают мягкого робота размером с манго. Это, конечно, не мех. Но всё же, его сделали из резинового материала, распечатанного на 3D-принтере, и рекламировали, как первого робота этого типа, способного ходить по таким грубым поверхностям, как песок или галька. Также их робот способен менять способ передвижения с ходьбы на ползание, чтобы забираться в труднодоступные места.

Потенциал создания шагающих роботов такой привлекательный, что некоторые университеты посвящают этой задаче целые подразделения — например, Leg Laboratory в MIT. На их сайте можно отслеживать прогресс в исследованиях различных этапов передвижения роботов, от Uniroo 1991 года, скопированного с кенгуру, до первого робота, использующего ступни и активные лодыжки.

Занимайтесь гонками, а не войнами

Пока Простезис проще всего сравнивать с похожими мехами от таких гуру робототехники, как MegaBots, сталкивающих гигантских мехов друг с другом в боях. В сентябре мех от MegaBots, Mk. III сражался с японским Kuratas, произведённым японской компанией Suidobashi Heavy Industry. Сооснователь MegaBots Гай Кавальканти рассказал мне, что это была «первая в мире битва гигантских роботов». Вес Mk. III — 6 тонн, рост — 4,5 м, и он способен стрелять шариками с краской размером с пушечное ядро.

Кавальканти сравнивает битвы роботов, управляемых людьми из кабин, с тем, что Типет хочет сделать с гоночной лигой мехов. «Тут всё завязано на человеческий драматизм, на историю человека и спорта, — говорит он. — Уберите людей, и драматизм спадёт. Посмотрите на BattleBots: это отличное шоу, но когда робот разваливается на десяток частей, камеру переключают на расстроенного оператора с пультом управления. Это не очень интересно. Мы хотим видеть, как сносят квотербека, как нокаутируют боксёра».

Как человек, прошедший процесс крупного производства, он положительно оценивать осторожность Типета в том, чтобы не делать слишком много всего сразу и не торопиться с подготовкой Простезиса. «Начинать нужно, не торопясь, поскольку у наших роботов есть большой простор движения, — говорит Кавальканти. — Он может сам себя ударить по носу, и у пилота есть риск получить клешнёй по кабине».

Ну а кроме опасных повреждений, Кавальканти предупреждает ещё и о сложностях создания роботов для инженеров, отмечая, что «роботы — очень большая проблема дизайна». Он рекомендует вспомнить Модель Т и представить, как сильно изменились автомобили за несколько десятилетий — основная технология претерпевала постепенные изменения. «А роботы сложнее автомобилей, — говорит он. — У машин относительно мало движущихся частей по сравнению с гуманоидными роботами, и у такого массивного робота, как мех, всё должно работать слаженно. С увеличением масштаба всё меняется. Каждую новую платформу, такую, как робототехника, требуется очень долго пестовать перед тем, как выпускать её на всеобще обозрение».

Подробности создания управляемого человеком спортивного робота весом 3600 кг - 7
Простезис рядом с офисным зданием

Кроме заботы о самом роботе, Типет думает и о спорте гонок на мехах. Сейчас он черпает вдохновение из других роботов-спортсменов, например, у лиги гонок на дронах (The Drone Racing League). Тедди Цанетос, бывший глава инженерных разработок в DRL, а теперь технолог по робототехнике в НАСА, говорит, что ключевым навыком для Типета будет управление шумихой, связанной с запуском нового спорта.

«Нужно управлять тем, какое он производит впечатление, и какие от него будут ожидания, — говорит Цанетос. — Люди, услышав про „гонки мехов“ очень легко представят себе что-то вроде компьютерной игры». Но, несмотря на такой разумный подход, у любителя роботов Цанетоса есть множество вопросов к лиге гонок на мехах. «Как сделать реально быстрого меха? Почему обязательно использовать ноги, а не что-то другое? Мне это было бы интересно».

Пока что Типет продолжает неспешные тренировки пилотов. Сначала команда хотела представить меха в Дубае, где в декабре пройдут всемирные спортивные игры будущего, но перевозка массивного зверя была бы сложной задачей, а, кроме того, над ним ещё надо поработать. Согласно новому плану, Типет хочет устроить дебют Простезиса в апреле 2018 на первой гонке, место проведения которой будет объявлено дополнительно. Но отложенный дебют и несколько препятствий не остановили Типета, и он постоянно размышляет о том, как могла бы развиваться эта гоночная лига.

Он говорит, что каких-то мехов можно создать для гонок по обычной местности, а другие могут специализироваться по пересечённой. У каждого меха будет своя личность, возможно, связанная с человеком в кабине. Если гонщики Формулы 1 могут привлекать фанатов своим стилем и вкусом, почему этого не смогут сделать пилоты мехов?

Возможно, гонки нескольких мехов не состоятся прямо сразу. Сначала это могут быть просто забеги на время, когда спортсмены будут сменять друг друга в кабине Простезиса. Поскольку мех управляется движениями человека, скорость и мощь его бега зависят от навыков пилота. «Создать меха — задача амбициозная, и я знаю, что барьер входа в эту область весьма высок».

Но, несмотря на все проблемы, Типет оптимистично оценивает возможность создания гоночной лиги мехов. «Когда пилоты будут демонстрировать свои умения и всё, на что способны их машины, это раззадорит всех, особенно людей с деньгами». И, как в любой индустрии, появление шумихи и денег начнёт подпитывать разработку в этой области.

Типет не собирается останавливаться на гонках мехов. «Святым Граалем» для него служит участие мехов в Олимпийских играх. Но, как Простезису нужно сначала научиться ходить, перед тем, как бегать, не говоря уже о том, чтобы состязаться, Типет готов на время ограничиться менее смелой мечтой. Он не исключает и другие виды мероприятий, способных продемонстрировать все возможности Простезиса и ему подобных.

«Почему бы не сделать шоу в перерыве Суперкубка? Это было бы идеально!, — восклицает он. Затем замирает, и видно, как в его голове вращаются шестерёнки. — А вообще, если уж мечтать по полной, почему бы не сделать контактный американский футбол на мехах?!»

Автор: Вячеслав Голованов

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля