Г. МАЛЬЦЕВ
ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
А мы шагаем, шагаем, шагаем…
Странного гостя в царстве автомобилей можно было увидеть на очередном Московском автосалоне. В лучах прожекторов, отражавшихся в хрустальных фарах автомобилей, время от времени показывался человекоподобный робот ASIMO, привлекая внимание к автомобилям. Надо сказать, интерес к роботу был необычайный.
Биография ASIMО и его родственников такова. Само имя человекоподобного робота — аббревиатура английского выражения Advanced Step in Innovative Mobility — «Новый подход к движению».
Этот подход заключается, в частности, в том, как при ходьбе ASIMО переносит центр тяжести на опорную ногу и, уверенно сохраняя равновесие, поднимается и спускается по лестнице. Способен он для развлечения зрителей станцевать твист. Однако для того чтоб понять, как робот может ходить на двух ногах, не падая, ученым и инженерам понадобилось 20 лет. Первый двуногий экспериментальный робот Honda по имени Е0, созданный в 1986 году, мог лишь медленно двигаться по прямой линии на ровной поверхности.
Робот ASIMО.
Неужели ходьба такое трудное испытание? Да! Воспользовавшись методами, разработанными еще в первой половине XX века советским ученым Н.А.Бернштейном, японские инженеры тщательно изучили движения человека при ходьбе и выявили, что каждый шаг — это, по существу, контролируемое падение.
Шагая, мы перемещаем центр тяжести тела вперед и, чтобы не упасть, выставляем для опоры ногу. Кроме того, мы постоянно слегка наклоняем корпус в поперечном направлении, чтобы центр тяжести находился над опорной ногой. Но если человек делает это подсознательно, то робот должен постоянно просчитывать самые элементарные движения. Может быть, потому он и поныне выглядит несколько медлительным. А на первых порах так и вообще то и дело заваливался на бок.
В последующих модификациях экспериментальных роботов, разработанных в 1987–1993 годах, инженеры Honda осваивали «динамичную ходьбу». И лишь добившись, чтобы роботы перестали падать на ровной поверхности, стали учить их ходить в гору, под гору, по ступенькам… Причем все это время роботы имели лишь ноги.
И только в 1993 году к ногам добавили туловище, руки и голову. Впрочем, первый настоящий прототип робота Р1 при росте 1,87 м и весе 175 кг особых симпатий не вызывал.
Следующий прототип Р2 передвигался лучше, и внешность его была приятнее. Он ухитрялся сохранять равновесие, даже когда его толкали. Модель РЗ имела рост 1,57 м и вес 130 кг. Чтобы изменить направление движения, роботу необходимо было сначала остановиться и только затем повернуться.
История развития роботов: 1986 г. — роботы Е0 и Е1 пытались освоить азы ходьбы; 1987–1993 годы — роботы ЕЗ и Е6 научились ходить, не падая; 1993–1997 годы — роботы Р1 и Р2 получили в дополнение к ногам туловище, руки и голову; 2000–2006 годы — роботы Р3 и ASIMО ходят почти как люди.
По сравнению со своими предшественниками, ASIMО, или Асимо, появившийся в 2001 году, совсем малыш: рост всего 120 см, вес около 50 кг. При этом вычислительные способности его электронного мозга эквивалентны тридцати персональным компьютерам.
Электроника нужна не только для того, чтобы координировать движения; Асимо еще способен видеть, слышать и говорить. Он распознает и может хранить в памяти до трех десятков человеческих лиц, а также понимает 50 команд на японском и английском языках. Реагирует он и на некоторые жесты. Например, если протянуть ему руку, он вежливо и аккуратно ее пожмет своей механической рукой. Поприветствовав вас, он может даже представиться.
Впрочем, главное достижение создателей Асимо — новая технология движения, названная ими «умной ходьбой». «Мышцы» робота — 26 сервомоторов, а шарниры-суставы обладают 26 степенями свободы. Поэтому робот гораздо подвижнее предшественников. Сохранять равновесие ему помогает трехкоординатный гироскопический акселерометр. Потому Асимо способен ходить по горизонтальной плоскости, двигаться по наклонным поверхностям, подниматься и спускаться по лестницам. Его «коленный» сустав имеет одну степень свободы, а «тазобедренный» и «голеностопный» — соответственно три и две, что обеспечивает вращение вокруг горизонтальной оси и перемещение в поперечном направлении. Перед тем как сделать первый шаг, робот переносит центр тяжести на одну ногу, а затем производит такое движение при каждом шаге. Общее впечатление — Асимо ходит по-матросски, вразвалочку.