Топ питань
Часова шкала
Чат
Перспективи

Робот-гуманоїд

З Вікіпедії, вільної енциклопедії

Робот-гуманоїд
Remove ads

Робот-гуманоїд (людиноподібний робот) — це машина, чиє шасі (ходова частина) виконано у вигляді людиноподібного тіла. Гуманоїдний дизайн робота зумовлений певною метою: функціональністю — для використання людських інструментів чи середовищ життя людини; з експериментальною метою — для вивчення прямоходіння; з медичною метою — вивчення впливу на організм тих чи інших навантажень; або для інших цілей. Загалом, людиноподібні роботи мають тулуб, голову, дві руки і дві ноги; хоча деякі види людиноподібних роботів можуть моделювати тільки частину тіла, наприклад, від голови — до пояса. Деякі людиноподібні роботи можуть мати голову, призначену для реплікації людських рис обличчя (таких, як очі і рот тощо).

Коротка інформація Робот-гуманоїд, Автор ...
Remove ads

Загальні відомості

Узагальнити
Перспектива
Thumb
Робот TOPIO[a][1][2]
Thumb
Робот Nao[b].[3]
Thumb
Робот Enon[c].

Людське пізнання — це таке поле наукового дослідження, що фокусується на вивченні принципів того, як людина навчається завдяки сенсорній інформації, щоб набути чуттєвих чи моторних навичок. Це знання застосовують для вироблення концептуальних моделей людської поведінки і її вдосконалення. Припускають, що дуже досконалі роботи будуть використовувати досвід звичайних людей — а також служитимуть меті покращення життя звичайних людей, особливо людей із вадами здоров'я (Див.: Трансгуманізм).

Роботів-гуманоїдів будуть використовувати як інструмент дослідження в кількох наукових царинах. Дослідникам може бути необхідно зрозуміти структуру людського тіла і його біомеханіку, щоб виготовити, дослідити моделі і побудувати людиноподібних роботів. З іншого боку, спроба імітувати людський організм приводить до кращого розуміння вказаних задач.

Початковою метою створення гуманоїдних роботизованих систем були проблеми ортопедії і протезування для людей; здобутки у цій царині використовували обидві наукові дисципліни. Ось кілька прикладів: роботизований протез для ноги із нейро-м'язовими порушеннями; гомілковостопна ортопедія, біологічно-реалістичні протези ноги і передпліччя тощо. Окрім цих досліджень, гуманоїдні роботи розроблено виконувати завдання, які раніше виконували люди: особиста допомога хворим і літнім людям, брудні і небезпечні види роботи, бойові системи, реклама і мас-медіа тощо. Рутинна робота, наприклад, на посаді реєстратора чи спеціаліста на ресепшені; на конвеєрі, де потрібна точність і вправність людських рук і людських рішень — усе це також царина застосування гуманоїдних роботів. По суті, людиноподібні роботи можуть використовувати усі інструменти, якими користуються люди; теоретично, гуманоїд може виконати будь-яке завдання, призначене людині, — якщо у робота є відповідне програмне забезпечення. Тим не менш, складність досягнення цього надзвичайно велика.

Роботи-гуманоїди стають винятково популярними у царині розваг. Наприклад, Урсула, жінка-робот співає, грає музику, танцює і розмовляє з аудиторією у компанії «Universal Studios». Кілька Диснеївських атракціонів використовують аніматронів — роботів, які виглядають, рухаються і розмовляють, як люди. Ці аніматрони виглядають настільки реалістично — що здалеку навіть важко розрізнити робота і людину, яку він зображає. Проте, незважаючи на реалістичний вигляд, вони не мають свідомости чи фізичної автономії. Різні гуманоїдні роботи і їх можливе застосування у повсякденному житті показано у документальному фільмі «Plug & Pray[en]»,[d] який вийшов на екрани 2010-го року[4].

Гуманоїдні роботи, особливо ті, що їх буде наділено штучним інтелектом, будуть винятково необхідні на майбутніх небезпечних професіях, наприклад, при освоєнні космосу або експериментальній космонавтиці, де повернення космонавта на Землю після закінчення місії не є обов'язковим чи можливим.

Remove ads

Сенсори

Узагальнити
Перспектива

Сенсор (або давач) — це пристрій, який вимірює чи оцінює певні характеристики довкілля. Оскільки є одним з трьох основ робототехніки (крім планування і контролю), збір інформації про довкілля сенсорами відіграє важливу роль в основах робототехніки.[e]

Сенсори можна класифікувати відповідно до фізичних процесів, із якими вони мають справу, — чи відповідно до типу виміряної (оціненої) інформації, яку вони збирають, і забезпечують нею центральний процесор робота. У цілому ж, сенсори можна розділити на два типи: пропріоцептивні і екстероцептивні.

Опишемо ці типи.

Пропріоцептивні сенсори

Пропріоцептивні[f] сенсори оцінюють положення, орієнтацію і швидкість людиноподібного тіла (і його окремих членів) робота.

У людини є внутрішнє вухо, яке, головним чином, відповідає за сприйняття балансу і орієнтації тіла в просторі. Гуманоїдні роботи використовують Акселерометри, щоб вимірювати прискорення, із чого швидкість можна вирахувати шляхом інтегрування; датчик нахилу вимірює нахиленість корпуса відносно певної осі; силовий сенсор поміщено у руки і ноги робота, щоб виміряти силу впливу на робота довкілля; сенсори положення, що вимірюють положення робота у певний момент (із чого швидкість можна вирахувати шляхом ділення різниці між двома послідовними положеннями [відстані] на час) або й навіть датчики швидкості.

Екстероцективні сенсори

Щоб виміряти дані про той об'єкт, до якого маніпулятор робота доторкнувся, можна використовувати масив тактильних сенсорів[g]. Цікавим напрацюванням є Shadow Dexterous Hand (букв.: «Спритна тіньова рука») від компанії «The Shadow Robot Company» (Лондон). Це роботизований маніпулятор гуманоїдної форми («механічна рука» точно копіює людську руку за розміром і формами, а також вона наділена тими ж ступенями свободи, що і людська)[6]. Ця «Тіньова рука» має 34 тактильні сенсори під поліуретановим «шкірним покривом» кожного із кінчиків пальців[7]. Тактильні сенсори також надають інформацію про силу і імпульс (крутний момент), що виникає між роботом і іншими об'єктами.

Комп'ютерний зір[h] здійснює оброблення даних за будь-яким методом, який використовує електромагнітний спектр для отримання зображення. У гуманоїдних роботів цей «зір» використовується для розпізнавання об'єктів та визначення їх властивостей. Візуальні датчики працюють подібно до очей людини. Більшість роботів використовують ПЗЗ для камер чи датчиків зображення.

Звукові сенсори допомагають роботам-гуманоїдам чути мову і звуки довкілля, тож вони працюють ніби як вуха (зовнішні вуха) людини. Для таких задач використовують мікрофони.

Існує ряд інших сенсорів: сенсори інтенсивности потоку світла, радіації (і іншого забруднення), шуму, температурні датчики — усе це зумовлюється конкретною практичною потребою, заради якої і було побудовано робота.

Remove ads

Приводи

Узагальнити
Перспектива
Thumb
Штучна рука тримає лампу

Сервоприводи — у нашому випадку це спеціальні пристрої (мотори), що відповідають за рух частин тіла робота.

Гуманоїдні роботи сконструйовані таким чином, щоб мімікувати людське тіло; тож вони використовують силу-силенну сервоприводів, здатних діяти як м'язи і суглоби, хоча і мають відмінну конструкцію. Щоб досягти схожости на людину у русі, гуманоїдні роботи використовують, в основному, поворотні приводи. Ці пристрої можуть бути як електричними, так і пневматичними, гідравлічними, п'єзоелектричними чи ультразвуковими.

Гідравлічні й електричні приводи мають стійкі режими роботи і можуть взаємодоповнювати одне одного в єдиній системі шляхом відносно складної стратегії оцінки і прийняття рішень. У той час як електричні безсердечникові двигуни краще пристосовані для високих швидкостей і незначного навантаження — гідравлічні працюють краще на невисоких швидкостях і з великими навантаженнями.

П'єзоелектричні актуатори генерують крихітний рух, проте надзвичайно велику силу (якщо дозволяє електронапруга). Такі сервоприводи можна застосовувати для надточного позиціонування і вироблення високої сили пресу у статичних і динамічних ситуаціях.

Ультразвукові актуатори створюють, щоб продукувати рухи на мікроскопічному рівні за допомогою ультразвуку (понад 20 kHz). Вони корисні для контролю вібрацій, позиціонувння і швидкого переключення режимів роботи.

Пневматичні актуатори використовують одну із властивостей газу стисливість. Коли газ розпиляється — то рухається к хаотичних напрямках. Коли ж стискається — всі молекули рухаються в одному напрямі (до центру контейнера). Якщо одну зі сторін контейнера з газом у сервопривода закрити, то молекули будуть рухатися лінійно. Ці властивості говорять про те, що сервоприводи такого типу мають низьку швидкість і низьке навантаження. Серед пневматичних сервоприводів розрізняємо: циліндровий двигун, міхи, пневматичні м'язи, пневматичні двигуни звичного типу і пневматичні крокуючі двигуни.

Remove ads

Планування і контроль

Узагальнити
Перспектива

У плануванні й контролі головною відмінністю між людиноподібними і іншими видами роботів (наприклад, промисловими) є те, що рухи і поведінка робота мають бути людиноподібними, включаючи власне спосіб пересування (із допомогою ніг), особливо двох — що називається ходінням. Ідеальне планування «людських» рухів під час звичайної «прогулянки» робота має передбачати мінімальне споживання енергії, як це має місце в людському тілі. Із цієї причини набуває виняткової важливости вивчення таких наукових дисциплін, як Динаміка і теорія управління процесами.

Для підтримки динамічної рівноваги під час ходіння, робот потребує інформації про силу контакту з поверхнею, а також інформацію про його поточне положення і бажане переміщення (про його рух). Розв'язання цієї проблеми спирається на основи концепції, відомої під назвою «Точка нульового моменту руху» (ZMP)[i].

Іншою важливою особливістю гуманоїдних роботів є те, що вони рухаються, збирають інформацію про довкілля (за допомогою сенсорів) і взаємодіють із довкіллям (із «реальним світом»). Вони не залишаються нерухомими, як фабричні автоматизовані системи чи інші роботи, що працюють у дуже структуризованому (алгоритмізованому) середовищі. Аби гуманоїди рухалися у складних середовищах, планування і контроль мусять зосередитися на самостійному виявленні зіткнень із перешкодами, плануванні шляху обходу перешкод і на виконанні цього плану.

Насамкінець слід зазначити, що роботи-гуманоїди ще не мають деяких особливостей людського тіла: структури зі змінною гнучкістю, які забезпечують безпеку (самого робота — і людини відповідно); надмірности можливих варіантів рухів, тобто більше ступенів свободи і, отже, ширшого діапазону доступних для виконання завдань. Більшість гуманоїдних роботів — не універсальні, а спроектовані під специфічні завдання. Хоча із чисто теоретичної точки зору ці характеристики є бажаними для людиноподібних роботів, на практиці вони принесуть більше складності і породять велику кількість нових проблем планування і контролю.

Remove ads

Хронологія розвитку досягнень у царині людиноподібних роботів

Узагальнити
Перспектива
Більше інформації Рік, Розвиток ...
Remove ads

Див. також

Цифровий організм

Список деяких відомих людиноподібних роботів:

Примітки

  1. TOPIO («TOSY Ping Pong Playing Robot») — робот-андроїд, розроблений для гри в настільний теніс проти людини. Має зовнішність, що дуже нагадує людську, переміщається на двох ногах. Робота розробила 2005-го року в'єтнамська компанія TOSY (англ.), що займається дослідженнями в царині робототехніки
  2. Nao (вимовляється нау) — програмований робот-гуманоїд (автономний робот), якого розробила компанія "Aldebaran Robotics", французька компанія зі штаб-квартирою в Парижі. Розроблено для участи в змаганнях між роботами (зокрема, футбольних).
  3. Enon — це персональний робот, якого створила японська корпорація "Fujitsu".
  4. "Plug & Pray" — це документальний фільм 2010-го року, де показано перспективи, проблеми і питання етики штучного інтелекту і роботів. Головними протагоністами є колишній професор Массачусетського політехнічного університету (MIT) Джозеф Вайзенбаум (Joseph Weizenbaum) і вчений-футурист Реймонд Курцвейл (Raymond Kurzweil). У назві фільму гра слів: "Plug & Play" означає "Увімкни і користуйся" (англ. Play  — «грай»), це уживаний комп'ютерний вислів; заміна однієї букви ("англ. Pray — «молись») перетворює смисл фрази на «Увімкни і благоговій».
  5. Осно́ви ро́бототе́хніки (або "парадигми робототехніки") — це зв'язок між трьома ключовими поняттями робототехніки: Сенсорною оцінкою, Плануванням і Дією. Основи робототехніки можна також описати процесом оброблення і проходження сенсорних даних через систему, і процесом прийняття рішень. (Див.: Asada, H. & Slotine, J.-J. E. (1986). Robot Analysis and Control. Wiley. ISBN 0-471-83029-1.
  6. Пропріоце́пція, пропріореце́пція (від лат. proprius — «власний, особливий» і receptor — «той, що приймає»; від лат. capio, cepi — «приймати, сприймати»), глибока чутливість відчуття положення частин власного тіла відносно одне одного.
  7. Тактильний датчик — це сенсор, який чутливий до дотику, сили або тиску[5]
  8. Комп'ютерний зір — теорія й технологія створення машин, які можуть проводити спостереження, виявлення і класифікацію об'єктів.
  9. Zero moment point — це теорія, що пов'язана з принципами динаміки і управління процесами як науковими дисциплінами у вивченні пересування ногами, тобто проблем створення людиноподібних роботів. Відповідно до цієї теорії, існує точка, у якій динамічна сила, що виникає в результаті контакту стопи ноги (маніпулятора робота) з поверхнею приводить тіло в горизонтальне положення (тобто, точка у якій досягається рівновага між вертикальною інерцією і силою тяжіння). Концепція передбачає, що площа контакту є плоскою і має досить високе тертя, щоб запобігти ковзанню ніг по поверхні.
  10. PKD — перші літери імені "Philip Kindred Dick" (Філіп Дік), відомого американського письменника-фантаста.
  11. CoMan — від "Compliant huManoid robot → "CoMan")
  12. ASIMO — перший робот-гуманоїд, який здатний самостійно рухатися.
Remove ads

Джерела

Література

Додатково

Посилання

Loading related searches...

Wikiwand - on

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.

Remove ads