Движение, рожденное природой

Geminoid DK – клон профессора психологии

Ни для кого не секрет, что самые человекоподобные роботы в мире создаются в Стране восходящего солнца. И Geminoid DK – не исключение. Этот антропоморфный ультрареалистичный киборг разработан профессором Университета Осаки Хироши Исигуро в тандеме с коллегами из Японского научно-исследовательского института международных телекоммуникаций.

Андроид спроектирован по образу Хенрика Шарфа – преподавателя из Ольборгского университета в Дании. Удивительная особенность этого механизма в том, что «эффект зловещей долины» при взгляде на него появляется не сразу, а только в момент движения и жестикулирования модели. Сидящий неподвижно клон выглядит очень реалистично.

Хенрик Шарф с университетскими коллегами планирует использовать андроида для изучения взаимодействия человека и робота. Geminoid-DK будет встречаться с посетителями и общаться с ними на философские темы. Ученые хотят изучить так называемый эффект смешанного присутствия: они попытаются понять, изменяется ли наша реакция на человека, когда мы беседуем с ним дистанционно, в то время как он транслирует свои эмоции через мимику робота с помощью специального оборудования. Судя по уже проведенным экспериментам, в такой ситуации человек склонен испытывать замешательство и демонстрировать нестандартный феномен восприятия.

История

Название биомиметик было придумано Отто Шмиттом в 1950-х годах. Термин бионика был придуман Джеком Э. Стилом в августе 1958 года, когда он работал в Доме аэронавтики на базе ВВС Райт-Паттерсон в Дейтоне, Огайо. Однако такие термины, как биомимикрия или биомиметика, более предпочтительны в мире технологий, чтобы избежать путаницы между медицинским термином бионика. По совпадению, Мартин Кейдин использовал это слово в своем романе 1972 года Киборг, который вдохновил сериал Человек за шесть миллионов долларов. Кейдин долгое время писал об авиационной индустрии, прежде чем посвятить себя художественной литературе.

Зловещая долина перестаёт быть зловещей

— Как вы относитесь к эффекту зловещей долины?

— Действительно, есть такой феномен в человеческом сознании. Я бы назвал его «эффектом мумии» или «эффектом зомби». Он проявляется, если робот выглядит как человек, но при этом сохраняет некоторые «уродства», избавиться от которых очень сложно.

Чтобы не попасть в «зловещую долину», разработчики намеренно создают роботов, не слишком похожими на людей. Или наоборот — пытаются сделать идеальную копию человека. Второй путь, конечно, намного сложнее.

Но я думаю, что люди привыкают ко всему. Когда-то фильмы ужасов тоже не вызывали восторга у зрителей. Но потом все привыкли к ужастикам и стали воспринимать их как часть жизни и культуры. То же самое происходит сейчас и со «зловещей долиной». Роботы постепенно становятся привычными, а долина становится не такой уж и зловещей.

— Есть надежда на то, что мы не будем бояться роботов в будущем?

— Если непредвзято посмотреть на вкусы человечества в начале XXI века, то можно обнаружить, что у людей появилась несколько странная тяга к уродству. Пока она проявляется лишь в некоторых областях. Она ещё не очень ярко выражена, но уже заметна. Возможно, эффект зловещей долины со временем станет одной из граней этой тенденции.

— Люди когда-нибудь боялись ваших роботов?

— Нет. Видимо, их внешность ещё не настолько совершенна, чтобы попасть в «зловещую долину» (мы всё ещё «стоим на холме»). Когда люди видят наших роботов, то понимают, что это не человек. Им просто нечего бояться.

С точки зрения интеллекта мы тоже не заметили подобного эффекта. Когда робот с комбинированным интеллектом действует как человек, то зрители восхищаются. Ещё никто не убегал с криками: «Ой, какой умный робот, как страшно!»

E.ZIGREEN CLASSIC

Автоматизированная газонокосилка последнего поколения с системой объезда препятствий

Возможности робота:

• Косит траву
• Избегает препятствия

E.ZIGREEN CLASSIC — небольшая автономная газонокосилка, адаптирующаяся к окружающей среде с помощью датчиков. Программа определяет края участка, на котором нужно косить траву, а ультразвуковые датчики используются для обнаружения препятствий. Ножи и ведущие колеса газонокосилки приводятся в действие электромоторами, питаемыми от аккумуляторных батарей.

Группа отказобезопасных датчиков отключает ножи в случае внештатной ситуации, и газонокосилка самостоятельно возвращается на док-станцию для подзарядки.

Виды роботов

Общепринятой классификации роботов не существует. Основные характеристики, по которым можно условно поделить все модели – назначение и внешний интерфейс.

По внешнему интерфейсу роботы делятся на:

Андроиды

Андроиды внешне абсолютно идентичны человеку, поэтому имеют второе название «синтетический человек».  Они способны поддерживать разговор, используя большой словарный запас, а их поведение зависит от факторов внешней среды и логично изменяется. Сфера обслуживания теоретически может перейти на использование андроидов вместо многих сотрудников.

(Робот андроид)

Роботы, подобные животным

Применяются в качестве игрушек или в целях слежки за дикими животными в их естественных условиях обитания. Уже изобретены электронные зооморфы внешне идентичные гикконам, белкам, собакам, медузам, червям, гепардам и т.д.

(Робот собака)

Гуманоидные роботы

Внешне они отдалённо напоминают человека. В основном их корпус состоит из подобия головы, рук, ног и туловища. Но эти элементы более схожи с частями машины, нежели человека. Гуманоиды обычно имеют узкую направленность действий, например раздача рекламных листовок, определённая игра с детьми.

(Робот компаньон)

1. По выполняемым функциям выделяют:

Бытовые роботы

Ежедневное применение в быту отличает эту группу роботов от других. Помимо всеобще известных роботов-пылесосов и мойщиков окон, к этому классу относятся робоигрушки для детей и средства-коммуникаторы, создающие эффект присутствия человека, находящегося на большом расстоянии (передающие его сердцебиение или частоту дыхания).

(Робот-пылесос)

Промышленные роботы

Замена человеческого труда на производстве роботизированным механизмом широко распространена по ряду причин. Качество выпускаемой продукции возрастает за счёт исключения ошибок, связанных с «человеческим фактором». Работоспособность 24 часа в сутки, 7 дней в неделю повышает производительность предприятия минимум дважды.  Никакие вредные испарения или излучения не становятся помехой в работе.

(Робот для захвата предметов)

Операции, выполняемые промышленными роботами: штамповка, сварка, фрезеровка, транспортировка грузов, сборка, обработка, окрашивание и т.д.

Боевые роботы

Минимизация человеческих потерь в военных действиях достигается посредствам введения в вооруженные силы роботов. Для каждого рода войск разработаны определённые модели: роботы-сапёры, беспилотники, подводные и надводные корабли с дистанционным управлением, вертолёты-разведчики, роботы-минёры и т.п.

(Военный робот)

Из-за неоднозначности мнений по поводу ответственности за действия роботов их применение в реальных условиях ограничено.

Микророботы

Отличительной особенностью этого вида является сверхмалый размер – до 1мм. Чаще всего работа таких устройств связана с групповым взаимодействием (например, для быстрого построения сверхпрочной и лёгкой материи) или с объектами, площадь которых исчисляется микрометрами.

(Микроустройство размером с частицу — Наноробот)

Рассматриваются перспективы применения микроустройств — нанороботов в медицинских целях (для проникновения в организм с последующей диагностикой).

Персональные роботы

Персональные роботы предназначены для сопровождения определённого человека, выполнения его просьб, общения с ним. Из-за недостаточной совершенности ПО идеальный компаньон для человека ещё не создан. Разработчики предполагают, что он будет иметь чувствительные датчики для распознавания не только звуковых сигналов, но и мимики, жестов, манеры поведения объекта. Запоминание характерных черт поведения и самосовершенствование позволят добиться взаимопонимания между роботом и пользователем.

(Персональный робот будущего)

Специализированные роботы

Технические роботы определенных специальностей с узкой спецификой и олее широким применением определенных отраслей:

• Транспортные — основные направления деятельности транспортных роботов – это автономное управление средствами передвижения (автопилотирование, самоходные автомобили) и перемещение грузов.
• Исследовательские — используются для сбора данных из труднодоступных для человека областей, для направления их на изучение специалистам. При этом объекты исследования могут быть самыми разнообразными: от подземного пространства до поверхности планет.
• Сельскохозяйственные — применяются в основном для выполнения монотонных и трудных операций, таких как вспахивание земли, высадка, прополка, обработка удобрениями больших площадей и т.д.
• …и других специализированных областей.

Комбинированный интеллект для роботов будущего

— Можете рассказать про концепцию комбинированного интеллекта, которую применяете в своих роботах?

— Объясню упрощённо. Чтобы робот был таким же умным, как в голливудских фильмах, необходимо, чтобы в некоторых сложных ситуациях к нему на помощь приходил человеческий интеллект. Если робот сталкивается с нерешаемой проблемой, то оператор-человек подключается по системам связи и временно берёт управление на себя.

Причём это должен быть не один оператор, который просто сидит и ждёт, когда у машины случится затык. Здесь нужен целый колл-центр со множеством сотрудников, которые знают, как решить возникающие проблемы. И, в зависимости от вопроса, к каждому «затупившему» роботу подключается соответствующий специалист.

— Пользователь чувствует отличия между беседой с ИИ и беседой с оператором?

— В том-то и дело, что нет. Поскольку вся речь, которую вы слышите от робота, генерируется одним синтезатором, то вы не можете понять, говорит с вами ИИ или человек. Когда оператор подключается к роботу, то его ответы проходят через преобразования: speech-to-text и text-to-speech. Такая бесшовность очень важна, и голос не должен меняться.

В результате создаётся полное ощущение «машины из будущего». Ни один автономный механизм сегодня не может воспроизвести подобный эффект.

Искусственный интеллект
Комбинированный интеллект
На сегодняшний день является скорее имитацией искусственного интеллекта
Полностью соответствует понятию «интеллект» благодаря широкой базе знаний и группам экспертов
Может принять неверное решение, в том числе важное и необратимое. При этом ответственность за него будет размыта
Ответственные решения принимает человек, а его действия логируются
Если ПО работает исправно, участие человека не нужно
Человеку приходится участвовать в работе интеллекта (от 2 до 20% случаев)
Необходимо создавать и пополнять базу знаний с помощью программирования
Может автоматически обучаться в процессе штатной работы
Использует записанную заранее базу знаний, которую нельзя оперативно корректировать и пополнять
Может незаметно переключаться с базы знаний на эксперта по конкретному вопросу
Оценивать удовлетворённость пользователей можно только по косвенным показателям
Можно автоматически и объективно оценивать работу экспертов и их загрузку. Сравнение комбинированного интеллекта с обычным ИИ

Данные взяты с сайта: AlexRobotics.ru

Сравнение комбинированного интеллекта с обычным ИИ. Данные взяты с сайта: AlexRobotics.ru

— Оператор при подключении к роботу получает информацию, где тот находится и с кем общается?

— Совершенно верно. Примерно как при звонке в службу поддержки банка: если вас распознали, то дальше уже не спрашивают номер карты или фамилию. Эту информацию автоматически передают по всем этапам обработки запроса.

У нас так же: сотрудник при подключении к роботу получает от него историю действий (где находится, с кем разговаривает и что сказал до этого) и понимает, что именно надо ответить. Момент переключения на оператора ИИ маскирует рассказами анекдотов, переспрашиванием, уточнением деталей и так далее.

— Эта система работает через интернет?

— Да, через любой доступ к интернету. Оператор может быть где угодно. В колл‑центр мы трудоустраиваем в том числе и людей с ограниченными возможностями. Они с удовольствием устраиваются на такую работу и восполняют дефицит общения.

— У вас есть свой колл‑центр для связи с роботами?

Косморобот ROBONAUT 2

Первый человекоподобный робот в космосе, способный протянуть руку помощи космонавтам на МКС

Возможности робота:

• Идет туда, куда не отваживаются астронавты
• Твердая рука

Последняя версия «Робонавта» — настоящее чудо инженерной мысли. Мало того, что он выглядит просто круто, — он прокладывает путь будущим роботизированным системам, способным работать вместе с людьми в космическом пространстве и промышленности. МКС обеспечивает электропитанием суперсовременные системы компьютерного управления, расположенные в торсе «Робонавта», которые, в свою очередь, управляют бесщеточными электродвигателями. Смазка в двигателях представляет собой специальный огнестойкий состав, предотвращающий выделение газа в вакууме.

Робот постоянно совершенствуется для лучшего взаимодействия с персоналом станции. Так как он трудится на МКС вместе с космонавтами, индуктивная система управления робота достаточно мощная, чтобы выдерживать огромные нагрузки, но и достаточно чуткая, чтобы случайный контакт не причинил вреда человеку. Таким образом, будущим промышленным роботам не понадобятся экраны безопасности или кнопки аварийной остановки.

Geminoid F – очаровательная девушка-андроид

Geminoid F  – еще одно творение инженера Хироши Исигуро из Японии. У робота внешность двадцатилетней девушки с темными волосами, и он невероятно фотогеничен: умеет реалистично улыбаться, хмуриться и изображать некоторые другие чувства.

Эмоциями антропоморфного механизма можно управлять дистанционно: оператор-человек садится напротив компьютера с камерами, с помощью софта обрабатывается изображение его лица, и мимика оператора отображается на лице Geminoid F. Процесс синхронизации занимает доли секунды, и происходящее выглядит эффектно.

Изначально разработчики планировали сделать мимику андроида максимально естественной, не используя при этом большое количество актуаторов. Основная задача состояла в том, чтобы наделить Geminoid F дружелюбной убедительной улыбкой – и это удалось. Исигуро и его коллеги планируют тестировать робота в больницах, отправлять его на презентации в научных музеях и в другие публичные места.

Почему растёт рынок: люди стареют, умирают от вирусов, а роботы улучшаются

Инфографика: Майя Мальгина для Skillbox Media

Международная федерация робототехники (IFR) выделяет два типа роботов — промышленные и сервисные. В сервисной категории наряду с роботами-пылесосами находятся и похожие на людей механизмы, которых называют антропоморфными или гуманоидными. Роботов, неотличимых от человека даже в мелочах, называют андроидами.

Робот София от Дэвида Хэнсона. Один из самых реалистичных андроидов

Аналитики «Сбера» ожидают, что сектор сервисных гуманоидных роботов продемонстрирует более быстрый рост, чем сектор промышленных. Причина в том, что рынок промышленных устройств уже устоялся, а антропоморфные механизмы являются новинкой и их рынок продолжает формироваться.

«Развитие роботехнической промышленности идёт по тому же пути, что и компьютерный бизнес тридцать лет назад».

Билл Гейтс, статья «Робот в каждом доме»

Согласно отчёту ReportsnReports, к 2023 году рынок человекоподобных роботов достигнет 3,9 млрд долларов, что будет означать увеличение более чем в 10 раз по сравнению с 2017 годом (тогда объём был равен 320 млн долларов). Глобальный рынок сервисной робототехники всех видов к 2024 году достигнет 18,2 млрд долларов.

Аналитики выделяют три драйвера рынка:

• старение населения;
• пандемия COVID-19;
• развитие технологий.

Население Земли стареет, и это приводит к нехватке рабочей силы, которую невозможно восполнить за счёт трудовых мигрантов. По данным ООН, доля людей старше 65 лет в мире вырастет на 181% и может составить 16% от всего населения к 2050 году. Аналитики Mordor Intelligence выделяют Азиатско-Тихоокеанский регион, Европу и Северную Америку — области, в которых доля пожилых людей больше и потому спрос на сервисных роботов будет расти.

Согласно поддерживаемой IFR концепции 3D (Dull, Dirty, Dangerous), роботы в первую очередь могут заменить людей на тупой, грязной и опасной работе.

В Research and Markets констатируют, что пандемия COVID-19 способствует увеличению интереса к сервисным роботам. Их внедрение снижает интенсивность общения между людьми. Также андроиды, способные поддерживать беседу и выражать эмоции (социальные роботы), могут помочь людям скрасить одиночество в изоляции.

Робот-собутыльник из Кореи. Для тех, кому даже выпить не с кем

Развитие технологий позволяет производить антропоморфных роботов быстрее и дешевле, чем когда-либо. Например, стартап Agility Robotics создал своего шагающего робота Digit всего за пару лет. Раньше на это уходили десятилетия.

В России насчитывается более 70 организаций, производящих гуманоидных роботов. В 2019 году РФ заняла второе место (после США) в рейтинге IFR. Один из лидеров — Promobot — крупнейший производитель сервисных роботов в Европе с выручкой 192 млн рублей в 2019-м. Также интересные разработки есть у Alex Robotics, «Нейроботикс» (создатель робота «Пушкин») и НПО «Андроидная техника» (его FEDOR летал в космос в 2019-м).

Язык

Человеку и роботу свойственно пользоваться языками. Каждый из людей знает хотя бы один человеческий язык. В противном случае, его трудно будет назвать человеком. Каждое слово в языке – это ссылка на тот или иной образ. В свою очередь образ – это файл в человеческой памяти.

Если не знать значения слова, то оно не будет значить ничего. Оно просто будет выглядеть, как загадочный урл в адресной строке браузера. А если в языке не находится для какого-то явления определения, то и распознать его человеку становится невозможным, как и компьютеру страницу с кодом 404.

Дефицит слов в лексиконе человека приводит к дефициту мышления. Это научно доказанный факт. Аналогично, если в робота не заложена программа на то или иное действие, то выполнить ее он не сможет.

Источники

• Биомимикрия: инновации, вдохновленные природой. 1997. Джанин Бенюс.
• Биомимикрия для оптимизации, управления и автоматизации, Springer-Verlag, Лондон, 2005, Кевин М. Пассино
• Бионика и инженерия: значение биологии для инженерии, представленная на съезде Общества женщин-инженеров, Сиэтл, Вашингтон, 1983 г., Джилл Э. Стил
• Бионика: природа как модель. 1993. PRO FUTURA Verlag GmbH, München, Umweltstiftung WWF Deutschland
• Липов А.Н. «У истоков современной бионики. Биоморфологическое образование в искусственной среде» Полигнозис. № 1–2. 2010. Гл. 1–2. С. 126 –136.
• Липов А.Н. «У истоков современной бионики. Биоморфологическое образование в искусственной среде». Полигнозис. № 3. 2010. Часть 3. стр. 80–91.

Другие классификации роботов

Кроме назначения существует немало других критериев классификации роботов. Например, все роботы различаются:

по свойствам материалов

Жесткие роботы	Изготовлены из жестких материалов, подходят для выполнения однотипных операций, требующих высокой точности или больших физических усилий. Примером могут служить роверы-курьеры или даже машиноподобные андроиды.
Мягкие (гибкие) роботы	Выполнены из эластичных материалов, похожих на те, что встречаются в живых организмах. Способны менять форму, могут адаптироваться к условиям окружающей среды. Например, это роботы-черви, созданные инженерами из Университета Глазго. Такие роботы умеют вытягиваться в несколько раз больше своей длины, протискиваться в очень узкие места, недоступные для жестких конструкций.
Гибридные роботы	Иногда к жесткому роботу приделывают гибкие конструкции, например для захвата и манипулирования объектами. А еще бывает, что жесткий каркас робота полностью покрывают мягкими материалами.

Промышленных роботов классифицируют:

по позиционированию возможных перемещений

На шарнирах	Имеют несколько управляемых осей, благодаря чему могут выполнять движения с широкой траекторией. Как правило, это роботизированные руки, которые применяются в шлифовании, паллетировании, покраске, сварке и многом другом.
Роботы SCARA	SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) – шарнирно-сочлененный робот с избирательной податливостью манипулятора. В основе механизма лежит система, состоящая не менее чем из двух рычагов и двух отдельных приводов. Такие роботы характеризуются высокой скоростью выполнения задач. Удобны для операций по сборке и монтажу. Могут не просто захватывать объекты согласно программе, но также самостоятельно регулировать нагрузку и контролировать движение.
Сферические	Имеют две степени вращения и одну поступательную степень. Совершают вращательное вертикальное движение, благодаря чему образуют в пространстве сферу. Универсальны, выполняют широкий спектр задач в промышленности и на производстве.
Цилиндрические	Характеризуются наличием двух шарниров: поворотного (для вращения) и призматического (для углового перемещения вокруг оси шарнира). С помощью таких роботов происходят процесс управления станками, точечная сварка, сборка и прочее.
Декартовы роботы	Работают в декартовой системе координат, используют линейные оси для движения. Имеют простую систему программирования, но при этом отличаются высокой грузоподъемностью и точностью выполняемых операций.

по управлению

Жесткопрограммируемые (переобучаемые)	Они не могут корректировать свои действия в зависимости от меняющихся внешних условий, поэтому при их применении в промышленности внешняя среда должна быть организована. Информация программы не меняется в процессе работы, однако такие роботы подлежат переналадке.
Перепрограммируемые (обучаемые)	Их обучение осуществляется по первому рабочему циклу. Так, к примеру, перед началом работы захватного устройства человек-оператор сначала вручную проводит его по необходимой траектории. При этом программное обеспечение таких роботов позволяет на основе сигналов обратных связей корректировать управление машиной с учетом фактической обстановки.
Гибкопрограммируемые (самообучаемые)	Могут формировать программу в зависимости от поставленной цели и информации об объектах и условиях внешней среды. Кроме развитой сенсорной системы обладают мощной управляющей системой и передовым алгоритмическим и программным обеспечением, за счет чего способны распознавать образы и ситуации, моделировать окружающую среду, планировать поведение и самообучаться в процессе функционирования. Такие роботы применяются в самых сложных технологических процессах сборки, монтажа, контрольно-измерительных технологиях.

«Быстрее, выше, умнее»

Конечно, в дальнейшем роботы будут только развиваться. Сегодня тысячи талантливых ученых и инженеров по всему миру продолжают трудиться над тем, чтобы машины становились еще умнее, а качество выполняемых ими задач повышалось. Разрабатываются новые инновационные материалы для создания уникальных механизмов, приумножаются достижения компьютерной техники и программного обеспечения. Помощники в виде роботов уже никогда не уйдут из нашей жизни, а нам лишь остается с любопытством наблюдать за новыми открытиями в области робототехники.  

Полина ХИСМАТУЛЛИНА 

Фото: Unsplash 

Роботы-официанты

Мы говорили о роботах, которые заменяют человека. А как насчет тех, которые дополняют его? В лучших традициях «Призрака в доспехах» японский изобретатель Кентаро Есифудзи разработал роботов , которых анимирует человеческая воля. Машины работают в токийском кафе, а ими удаленно управляют люди с физическими и ментальными расстройствами. Люди, которые не могут покинуть свои дома.

Кафе с роботами OriHime

Некоторые из сотрудников страдают от бокового амиотрофического склероза и управляют роботами движениями глаз, которые считывает особый интерфейс.

Роботы, между тем, принимают заказы у посетителей и обслуживают их. Один из роботов ― бариста в коричневом фартуке. Для клиентов кафе официанты с огромными инопланетными «глазами» ― это интересный опыт и повод для селфи; для управляющих ими людей ― способ не отрываться от общества, и продолжить работать, несмотря на инвалидность.

Местные активисты уже предложили, чтобы OriHime стали средством для нового вида спорта на Паралимпиаде ― для тех атлетов, которым любой спорт закрыт.

Методы

Липучка был вдохновлен крошечными крючками, найденными на поверхности боры.

Изучение бионики часто подчеркивает реализацию функции, обнаруженной в природе, а не имитацию биологических структур. Например, в информатике кибернетика пытается смоделировать механизмы обратной связи и контроля, присущие разумному поведению, в то время как искусственный интеллект пытается смоделировать интеллектуальную функцию независимо от того, каким конкретным способом она может быть достигнута.

Сознательное копирование примеров и механизмов из природных организмов и экологий — это форма прикладной аргументация по делу, рассматривая саму природу как базу данных уже работающих решений. Сторонники утверждают, что селективное давление размещен на всех естественные формы жизни сводит к минимуму и устраняет сбои.

Хотя почти все инженерное дело можно сказать, что это форма биомимикрия, современные истоки этой области обычно связывают с Бакминстер Фуллер и его более поздняя кодификация как дом или область исследования для Джанин Бенюс.

Как правило, в фауне или флоре есть три биологических уровня, после которых можно смоделировать технологию:

• Подражая естественному методы производства
• Подражание механизмы найдено в природе (липучка )
• Изучение организационные принципы от социальное поведение организмов, такой как поведение стайки птиц, оптимизация муравьи и пчелы, и поведение роя на основе интеллекта (SI) косяк рыб.