или войти через:
Ваша корзина пока пуста
favorite_border
Доступно только зарегистрированным пользователям

Гуманоиды. Эволюция человекоподобных роботов

schedule 10.01.2014 в 12:27 link гуманоид
​Содержание:
  1. Введение
  2. История Asimo
  3. Коммерческие роботы
  4. Исследовательские роботы
  5. Роботы-космонавты
  6. Андроиды с человеческим обличием
  7. Роботы-гуманоиды для помощи и развлечений
  8. Заключение


Введение:

В статье рассматриваются вопросы эволюции и создания гуманоидных роботов, направления развития в отрасли роботостроения, технические приемы и методы, максимально приближающие робота к физиологии и интеллекту человека.

Древние папирусы III века до нашей эры, времён фараона Птолемея II Филадельфа, гласят о создании первого механического человека. Аристотель говорил о статуе Венеры с помещенным внутри механизмом, благодаря которому она могла двигаться. Гомер в "Илиаде" писал о человекоподобных существах. А римский император Карл V любил механические игрушки в виде пеших и конных рыцарей, которые маршировали и сражались между собой. Все это указывает, что люди во все времена интересовались механическими устройствами, имитирующими внешность и поведение человека.

Так в 1774 году швейцарский чесовщик Пьер-Жак Дро и его сын Анри Дро создали первого андроида "The Writer" (с англ. писатель). Следующим изобретением этих талантливых людей был гуманоидный робот Pianist или Lady Musician - робот-женщина, играющая на популярном клавишно-духовом музыкальном инструменте того времени.

Существуют множество легенд о создании других механических человекоподобных устройств: например, андроида Габриеля де Магеллана, великого мореплавателя; часов с фигурками движущихся людей мастера Кулибина; андроида Вольфганга Кемпелена, который играл в шахматы с самим Наполеоном; парового железного робота Джона Мора в конце XIX века и т.д.

Недостижимой задачей для мастеров того периода было создание умного, интеллектуального устройства, которое могло говорить, слушать, анализировать окружающую среду и самостоятельно принимать решения. Понадобилось очень много времени и знаний, чтобы достичь такого уровня возможностей, какими обладают современные роботы-гуманоиды и андроиды.

История ASIMO:

Цель современных ученых - создание робота, который будет максимально похож на человека. Специалисты в области робототехники разделились в сферах исследования отдельных частей гуманоидов. Одни работают над усовершенствованием ходьбы робота, придание ему максимальной устойчивости на различных поверхностях, разрабатывают четкую и плавную работу рук, идеальную моторику, другие стремятся создать естественную кожу, прочные кости и развитые мышцы, а третьи одушевляют робота, модернизируя искусственный интеллект до уровня взрослого человека.



Первым известным роботом-гуманоидом в 1986 году стал Е0 - экспериментальная модель 0 от японской компании Honda весом 16,5 кг и высотой 101,3 кг и имеющая 6 степеней свободы. Это была попытка имитировать человека при ходьбе, однако время между шагами составляло 5 секунд.

Honda E0 на видео:



С 1987 по 1991 года Хонда тестировала модели Е1 (12 степеней свободы, вес - 72 кг, высота - 128,8 см), Е2 (12 степеней свободы, вес - 67,7 кг, высота - 132 см) и Е3 (12 степеней свободы, вес - 86 кг, высота - 136,3), которые после тщательного изучения учеными процесса ходьбы, смогли передвигаться со скоростью 1,2 км/ч. Разработчики достигли результата в 3 км/ч по ровной поверхности, однако робот не был устойчив на такой скорости.

Honda E1 на видео:



Honda E2 на видео:



Honda E3 на видео:





Увеличив длину ног до 40 см, ученым удалось достичь скорости экспериментальных моделей в 4 км/ч и повысить их устойчивость. С 1991 по 1993 год появились роботы Е4 (12 степеней свободы, вес - 150 кг, высота - 159,5 см), Е5 (12 степеней свободы, вес - 150 кг, высота - 170 см), Е6 (12 степеней свободы, вес - 150 кг, высота - 174,3 см). Первые прототипы гуманоидов к 1993 году могли передвигаться по наклонным и неровным поверхностям.

Honda E4 на видео:




Honda E6 на видео:






Для создания полноценного робота-гуманоида следующим важным событием стало присоединение туловища к существующим ногам экспериментальной модели. Прототип-1, так назывался первый гуманоид компании Хонда в 1993 году, который имел 30 степеней свободы, высоту - 191,5 см, вес - 175 кг и Никель-цинковый аккумулятор 135В, 6А*ч. Исследовательский центр японцев разделился на две группы: одна совершенствовала ноги, а вторая занималась разработкой функционирования рук и корпуса гуманоида.

Honda Прототип-1 на видео:



в 1996 году Прототип 2 имел уже мощный компьютер, электромоторы, батареи, радиопередатчики и другое, которые позволяли ему без проблем перемещать тележку и двигаться в любом направлении по лестнице. Технические характеристики робота Прототип 2: 30 степеней свободы, вес-210 кг, высота-182 см, ширина-60 см, толщина-75,8 см, скорость ходьбы-2 км/ч, рабочую нагрузка на одну руку в 5 кг, время работы - 15 мин, Никель-цинковый аккумулятор 135В, 6А*ч.

Honda Прототип-2 на видео:





Полным экспериментальным роботом-андроидом в линейке Прототипов в 1997 году стала 3тья модель, имеющая 28 степеней свободы, вес - 130 кг, высоту - 160 см, ширину - 60 см, толщину - 55,5 см, скорость ходьбы - 2 км/ч, рабочую нагрузку на одну руку в 2 кг, время работы - 25 мин, Никель-цинковый аккумулятор 135В, 6А*ч. Уменьшение веса и габаритов обуславливалось применением новых более легких материалов для корпуса. Впервые разработчики Хонды применили управление роботом на расстоянии, т.е децентрализованную систему.

Honda Прототип-3 на видео:



Следующим шагом в 1998-1999 годах был более легкий андроид Прототип 4, который обладал 34 степенями свободы, весом -80 кг, высотой 160 см, скорость ходьбы - 2 км/ч и Никель-цинковым аккумулятором 135В, 6А*ч.

Honda Прототип-4 на видео:





2000 год ознаменовался появлением первого робота-андроида в линейке ASIMO (Advanced Step in Innovative Mobility, с англ. "продвинутый шаг в инновационной подвижности"). Данная модель имела маневренные руки, прекрасный дизайн и корпус из новейших материалов.

Honda Asimo на видео:



ASIMO имеет 4 поколения:

ASIMO (2000 год): 26 степеней свободы, вес - 52 кг, высота - 120 см, ширина - 45 см, глубина - 44 см, скорость ходьбы - 1,6 км/ч, Никель-гидридные батареи 38,4 В/ 10 А•ч/ 7,7 кг, цикл зарядки 4 часа, время работы - 30 мин.

ASIMO (2004 год): 30 степеней свободы, вес - 54 кг, высота - 130 см, ширина - 45 см, глубина - 37 см, скорость ходьбы - 2,5 км/ч, скорость бега - 3 км/ч, отрыв от земли - 0,05 с, Литий-ионные батареи 51,8 В/ 6 кг, цикл зарядки 3 часа, режим работы (в режиме ходьбы) - от 40 мин до 1 часа.

ASIMO (2005 год): 30 степеней свободы, вес - 54 кг, высота - 130 см, ширина - 45 см, глубина - 37 см, скорость ходьбы - 2,7 км/ч и 1,6 км/ч при переносе 1 кг груза, скорость бега - 6 км/ч по прямой и 5 км/ч с поворотами, отрыв от земли - 0,08 с, Литий-ионные батареи 51,8 В/ 6 кг, цикл зарядки 3 часа, режим работы (в режиме ходьбы) - от 40 мин до 1 часа.

ASIMO (2011 год): 57 степеней свободы, вес - 48 кг, высота - 130 см, ширина - 45 см, глубина - 33 см, скорость бега - 9 км/ч, Литий-ионные батареи 51,8 В/ 6 кг, цикл зарядки 3 часа, режим работы (в режиме ходьбы) - от 40 мин до 1 часа.

Робот-андроид имеет видеокамеры и датчики для распознавания движущихся объектов, жестов, лиц, звуков, окружения, а также может разговаривать, пользоваться интернетом и локальными сетями.

Сейчас all-new ASIMO такой:






Коммерческие роботы:

В данный момент создается огромное количество различных андроидов и, каждый из них, предназначен для определенной и конкретной цели. Популярность некоторых моделей привела к коммерциализации некоторых проектов. Например, все тот же ASIMO уже сегодня можно приобрести по цене чуть более 1 миллиона долларов. Существуют модели сервисных коммерческих роботов такие, как REEM-C от компании PAL Robotics, которые служат для владельца платформой для исследований ходьбы, захвата, навигации, контроля всего тела, взаимодействия между человеком и роботом и многого другого.

REEM-C на видео:





Также примером может быть андроид Kondo KHR-3HV, который стоит около $1800 и собирается из специального набора, продаваемого в магазине хобби товаров.

Сегодня каждый желающий может приобрести себе настоящего робота, который будет делать все то, что хочет его непосредственный хозяин. И планы человека ограничиваются не только исследованиями в области робототехники, а и в удовлетворении своих физических потребностей. Ярким примером служит детище инженера-электрика и ученого Douglas Hines - секс-роботы Rocky и Roxxxy, которые были разработаны японским National Institute of Advanced Industrial Science and Technology.

Roxxxy на видео:








Исследовательские роботы:

Одной из главных задач ученых остается научить робота точным человеческим движениям. Если с манипуляцией рук попроще, то с походкой или ходьбой по различной местности, в различных условиях, все намного сложнее. Над этой проблемой работает огромное количество различных компаний и организаций. Примером работы над сложным техническим процессом являются Roboray от Samsung, ATLAS от DARPA, iCub от RobotCub, WABIAN-2RIII от Humanoid Robotics и другие.

Некоторые из исследователей добились уже очень хороших результатов:

Samsung Roboray на видео:





DARPA Atlas на видео:





RobotCub iCub на видео:





WABIAN-2RIII на видео:





Вдохновленные био-роботами, ученые из Токийского университета (University of Tokyo) решили создать кости и мышцы для робота. Гуманоид называется Kenshiro, он имитирует тело среднего японца возрастом 12 лет, ростом 158 сантиметров и весом 50 килограммов. Kenshiro отражает 160 основных мышц человека: 50 в ногах, 76 в корпусе, 12 в плечах, и 22 в шее.

Kenshiro на видео:





Одно из пяти человеческих чувств - слух, воплощен в работе Научно-исследовательского института Honda, Япония (HRI-JP) - HEARBO. Целью создания такого робота, было научить устройство различать отдельные звуки, анализировать данные и в случае нестандартной ситуации, подать соответствующий сигнал. HEARBO уже способен отличать музыку, человеческий голос и звуки окружающей среды.

HEARBO на видео:





Остальным органам чувств ученые также уделяют пристальное внимание. Каждый отдельный элемент человеческого тела, включая интеллект, требует огромной работы и высокой подготовки специалистов по программному обеспечению. Для этого некоторые компании и исследовательские институты на базе роботов-гуманоидов разработали платформы для индивидуальных исследований. Например, такими устройствами являются роботы NAO от компании Aldebaran Robotics, Baxter от Rethink Robotics и другие.

Три исследователя в области робототехники David Hanson, Mark Tilden и  теоретик Gino Yu объединились в создании умного робота-андроида. Результатом их работы стал Adam Z1, который обладает интеллектом трехлетнего ребенка. Робот DeeChee учит первые слова, NICO способен распознавать себя в зеркале, а iCub учит человеческий язык - и это не все достижения современной робототехники.

Adam Z1 на видео:






Роботы-космонавты:

Отдельно следует отметить роботов-андроидов разрабатываемых для космоса. Самыми популярными "космонавтами" стали Kirobo и Robonaut 2. Коммуникационный робот-гуманоид Kirobo - разработка научного центра RCAST, Robo Garage и TMC и Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), который 9 августа 2013 года успешно прибыл на МКС. Рост андроида 34 см и вес 1 кг, он предназначен для общения с людьми в условиях работы в космосе, отправки собщений и фотографий членов экипажа и т.д.

Второй "космонавт" - Robonaut 2,  разработанный Центром НАСА Johnson Space (JSC) и General Motors, является автономным, интеллектуальным, высокотехнологическим устройством для выполнения очень сложных задач в открытом космосе. Недавно стало известно, что к туловищу прототипа добавились ноги. Андроид становиться все больше и больше похож на человека.

Kirobo на видео:






Robonaut на видео:






Андроиды с человеческим обличием:

Уже не новость, что гуманоиды и андроиды могут говорить, петь, играть в футбол, соревноваться друг с другом и даже общаться с людьми. Передовым исследователем и создателем роботов, максимально похожих на человека является японский профессор Хироши Ишигуро (Hiroshi Ishiguro). Его работы заставляют людей поверить в реальность существования андроидов в человеческом обличии. Ученый создал робота-копию самого себя. Гуманоид способен передавать эмоции, жесты и движения хозяина на расстоянии. Для этого используются специальные датчики, помещаемые на лицо, руки и тело человека. На выставке "Роботы в движении" (Robots in Motion) в Гонконге Хироши Ишигуро представил поющую робота-девушку Geminoid F, абсолютно передающую жесты и мимику живого исполнителя. Позже в Осаке появился робот-гуманоид Minami в женском обличии, который развлекал посетителей одного из универмагов.

Geminoid F на видео:





В 2013 году японская фирма Kokoro представила реалистичный андроид Actroid-SIT в виде копии настоящей женщины. В отличии от работ профессора Ишигуро, данный робот является автономным и способен выделить собеседника из толпы, наладить зрительный контакт, жестикулировать во время беседы и деликатно переводить темы разговора. Целью этого проекта стало изучение отношения человека к роботу.

Actroid-SIT на видео:





Нельзя не отметить российских разработчиков из Нейроботикс, город Зеленоград. Их прототипом человека стала Алиса Зеленоградова, робот-гуманоид в обличии молодой российской девушки, имеющая силиконовое лицо и парик, но вполне реалистично имитирующая эмоции, речь, мимику, жесты и реакции в процессе разговора. Хотя Алиса и не умеет ходить, а всего лишь имеет колесную платформу для передвижения, она спокойно танцует и гуляет по улицам города.

Алиса Зеленоградова на видео:






Ребенок-андроид Diego-san, являющийся детищем Лаборатории Восприятия университета Калифорнии в Сан-Диего (UCSD), на сегодняшний имеет самое реалистичное лицо, которое может передавать мимику и эмоции. Рост малыша 130 см, вес 30 кг, тело имеет 44 пневматических соединений, а его голова содержит 27 подвижных частей. Робот разработан в качестве исследовательской платформы для изучения когнитивного развития младенцев и будет содержать работу UCSD с естественной коммуникацией, включая такие возможности, как чтение и имитация мимики.

Diego-san на видео:






Роботы-гуманоиды для помощи и развлечений:

Психология людей устроена таким образом, что человек хочет видеть в своем помощнике не безликий механизм, а устройство с признаками одушевленности. Для этого разработчики в области робототехники стремятся придать их творениям человекоподобный вид. Роботы-гуманоиды или андроиды очень популярны среди народа. Они могут помогать престарелым, например, Romeo от компании Aldebaran Robotics, способен приносить еду, выносить мусор или просто развлекать хозяина.

Romeo на видео:





С помощью робота-няни Robovie ученные смогли узнать как дети взаимодействуют с роботом-гуманоидом, целью которого являлось наладить социальный и эмоциональный контакт. Роботы-повара, роботы-официанты, роботы-экскурсоводы и т.д. - все эти помощники создаются, что бы облегчить жизнь владельцу и избавить его от ежедневного рутинного труда.

Для обеспечения безопасности начинают применять автоматические устройства и механизмы, включая роботов-гуманоидов таких, как Thor-MANG от Robotis - робот для работы во враждебных средах, SAFFiR (Shipboard Autonomous Firefighting Robot) от NRL для тушения пожаров на морских судах и другие.

THOR-MANG на видео:





В индустрии развлечений представлено огромное количество андроидов, которые могут петь (Pre-made Me, Hubos), танцевать (mRobo от TOSY) и даже учавствовать в спортивных соревнованиях: боксеры Cloudrobots от TTTECHRobot, футболист RQ-TITAN от RoboBuilder, игроки в пинг понг BHR-4 и BHR-5.

Cloudrobots на видео:





RQ-TITAN на видео:





BHR-4 и BHR-5 на видео:






Такие роботы-гуманоиды, как популярная музыкальная группа Compressorhead, участвуют в коммерческих концертах, принося своим владельцам неплохую прибыль.

Compressorhead на видео:





Медицина с каждым днем преображается ввиду использования новых роботизированных систем и аппаратов. Для некоторых областей стало целесообразно применять роботов-гуманоидов, которые способны не только лечить людей, а давать им моральную и психологическую поддержку во время течения болезни. Примером медицинских андроидов служат: Kaspar и Zeno для помощи детям, страдающим аутизмом, HRP-2 от CNRS-AIST, робот-помощник для парализованных людей, которые смогут управлять им с помощью мыслей, Vomiting Larry - рвущий робот для исследования вредоносных вирусов.

KASPAR на видео:





HRP-2 на видео:





Vomiting Larry на видео:






Заключение:

Вспомните старые фильмы, где страшные железные роботы-гуманоиды, которые прилетели на космических кораблях, врываются в дома обычных людей и поражают их своими лазерами. Или самый популярный фильм про андроида "Терминатор", где робот из будущего хочет убить главных героев ленты. Отношение к гуманоидам нашего времени не такое агрессивное и неприязненное, как было несколько десятков лет назад. С появлением современных моделей роботов, люди стали понимать о всей значимости этих устройств в повседневной жизни, а также вклад их в развитии науки и техники. Создатели стремятся к автоматизации многих процессов, внедряют автономных помощников в быт, с целью облегчить существование владельца, не преследуя цели и не рождая мысли о вреде роботов для человека. Каждый день ученые со всего мира работают над процессом совершенствования роботов-гуманоидов, вдыхая в них новые возможности. Они стремятся приблизить андроидов к максимальному подобию с человеком: наделить их огромной функциональностью и великим неограниченным интеллектом, а также исследовать все органы чувств человека приблизившись к полному осознанию и понятию процессов, происходящих в живом организме.

Для одних эта статья станет открытием новых идей и разработок, для других - приятным воспоминанием. Наша задача - познакомить людей с миром робототехники, приблизив их к будущему. Роботы-гуманоиды являются одной из самых интересных тем. И, опираясь на постоянное противостояние человека и машины, с уверенностью можно сказать, что эти бездушные существа, называемые роботами, начали захват людей - захват их сердец и мыслей.

Комментарии: