На сегодняшний день Робот-саламандра «Pleurobot» Федеральной политехническаой школы Лозанны, Швейцария, наверное, больше всего напоминает настоящую саламандру. Разработчики этого робота потратили годы, пытаясь убедиться, что способ, которым передвигается их робот максимально близок к способу передвижения саламандры. Чтобы робот точно воспроизводил «походку» животного, робототехники использовали «высокоскоростную рентгенокинематографию, динамическое масштабирование, трехмерную печать, высокопроизводительные сервоприводы».
Почему же так много внимания уделяется саламандрам? Может потому, что они нравятся «биовдохновлённым» робототехникам. Однако есть более важные соображения, которые делают саламандру интересным объектом изучения. Саламандры — относительно примитивные четвероногие животные, что делает их проще в изучении и моделировании. Они также представляют переходной вид между рыбами и сухопутными животными.
Что ещё более уникально: способность саламандры плавать в воде и ходить по земле обеспечивается её скелетно-мышечной структурой и периферической нервной системой (без участия головного мозга). Если у саламандры (без головы) стимулировать спинной мозг электрическими импульсами, она начнет идти. Если усилить стимуляцию – саламандра пойдёт быстрее. А, если далее продолжать стимуляцию спинного мозга, то безголовая электросаламандра зомби начнёт делать плавательные движения.
Зачем это нужно? Причина состоит в том (помимо очевидного применения: пополнение армии зомби) что большинство человекоподобных роботов тратят слишком много своего программного обеспечения лишь для того, чтобы сохранять равновесие во время движения. Переход к разумно разработанной конструкции с низкоуровневым управлением мог бы быть выгодным для роботов, используемых как на суше, так и в водной среде.
Pleurobot (так разработчики назвали свою модель саламандры) означает, что этот робот «реалистическая модель, основанная на структуре и физиологии животного». Реализовать такой подход в роботе (в противоположность обычному моделированию) очень важно. Потому что невозможно точно смоделировать способ, которым физические объекты взаимодействуют с окружающей средой просто в программном обеспечении.
Чтобы максимально точно скопировать движения саламандры, разработчики использовали скоростную (500 кадров в секунду) рентгеновскую фотографию движений животного. При этом удалось создать робота в 9 раз большего по размерам саламандры. Нежелательное увеличение размеров произошло из-за того, что движения робота обеспечиваются сервомоторами, а у них есть минимальный размер. В роботе используются 27 сервомоторов вместе с 11 сегментами «позвоночника». Это — намного меньше, чем у реальной саламандры. Исследователи говорят, что робот согласно расчётам ещё может «в достаточно хорошей степени подражать изгибу позвоночника саламандры при различных её походках». Вычисления были тщательно калиброваны, чтобы удостовериться, что скорость и сила движений робота сопоставимы с меньшей по размеру саламандрой. Всё это было проверено экспериментально.
Цели экспериментов:
— продемонстрировать, что можно воспроизвести два основных способа передвижения саламандры, так хорошо, что можно будет воспроизвести более сложные виды движений, если они будут зарегистрированы у животного;
— убедиться, обеспечивают ли воспроизведённая на основе скоростной рентгеновской фотографии кинематика движений животного, коэффициенты масштабирования поведение, сопоставимым с саламандрой. Второй пункт особенно поможет робототехникам запланировать будущие эксперименты, в которых в робот будет включена нейронная модель вместо записанной заранее кинематики движения саламандры.
Сами по себе эксперименты были прямые: сравнивались рентгеновские фильмы передвижения робота и саламандры, и оценивалось, как близко они соответствовали друг другу. Результаты оказались довольно хорошими. Было обнаружено несколько несущественных отличий: длина шага робота (с учётом масштабирования) оказалась немного короче, чем должна была быть, и скорость перемещения оказалась чуть более быстрее. Плавающие движения оказались также довольно похожими. В целом, более крупный робот воспроизводил «походки» с замечательным правдоподобием.
В отличие от копий животных в парках развлечений, которые прикреплены к земле, перемещение робота в трехмерном пространстве — результат сложных физических взаимодействий между движениями робота и окружающей средой. Робот должен быть разработан так, что эти взаимодействие должны быть такими же, как у животного. Например, во время передвижения по земле, неточное распределение массы тела может привести к неправильной ориентации тела и к неправильному контакту с поверхностью земли. Например, конечность не касающаяся земли, когда она должна это делать. Точно так же, плавание робота может сильно отличаться от плавания животного, если геометрические и динамические свойства робота не были должным образом согласованы с такими же характеристиками саламандры. Косвенные и прямые сравнения робота и животным, указывают на то, что движущие силы взаимодействия близко соответствую друг другу.
Таким образом, швейцарские робототехники создали очень точную роботизированную саламандру. Дальше что? Во-первых, будучи исследователями, они хотят сделать то, что исследователи всегда хотят сделать: сделать ещё более точным. Например, экспериментальная проверка показала, что пальцы на ногах робота важны, и что ноги-шарики — нехороший компромисс. Они также хотят использовать лучше управляемые приводы, чтобы лучше подражать работе мышц саламандры.
…Робототехников-исследователей часто ставят в тупик простые вопросы. Какова практическая польза от вашего робота? Где его можно использовать? Гипотетически, земноводного робота-саламандру, способного к эффективному передвижению в двух средах, можно использовать для поиска и спасения людей в зонах бедствия. Данный робот добавляет оптимизма в том, что можно создавать роботов, которые могут эффективно передвигаться, используя простые нейронные и скелетно-мышечные структуры. При этом отпадает необходимость перенапрягать «мозг» робота, и он сможет думать о более важных вещах.
Нет комментарий