Кажется, почти каждую неделю появляется новый робот, созданный по образцу какого-нибудь животного. От собак и летучих мышей до тараканов и пустынных ящериц — природа давно служит инженерам источником идей. Но если большинство исследователей в робототехнике берут за основу биологию и движения животных, то команда инженеров из Duke University решила пойти другим путем: создать машину, форма и способ передвижения которой основаны не на живых организмах, а на базовой физике Вселенной.
Знакомьтесь: Argus — 20-ногий робот, похожий на бесформенную сферу, способный одновременно видеть во всех направлениях и почти мгновенно двигаться в любую сторону. У этой аморфной конструкции нет ни верха, ни низа, ни левой, ни правой стороны, и она продолжит движение по песку, грязи и гравию даже после того, как часть ее ног будет повреждена. Кроме того, с помощью многочисленных ног он может протискиваться по узким стенам, что напоминает прыжок от стены в “Super Mario”.
Инженеры, создавшие Argus, утверждают, что их необычная, если не сказать пугающая, разработка — это не просто еще один небольшой шаг вперед в робототехнике. По их словам, это первый представитель совершенно новой категории «машин динамической симметрии». Результаты опубликованы на этой неделе в журнале Science Robotics.
«Наблюдать за движением Argus совсем не так, как за любым другим роботом, с которым мы работали», — сказал в заявлении соавтор исследования и аспирант Duke Jiaxun Liu. «Когда мы впервые увидели, как он маневрирует среди деревьев и по пересеченной местности, даже при сильных столкновениях, мы поняли, что это нечто особенное».
Биологические компромиссы
Хотя сегодня в моде человекоподобные двуногие роботы от компаний вроде Figure и Tesla, инженеры давно обращаются и к другим животным за вдохновением, потому что в ряде задач они попросту лучше Homo sapiens. Собаки и другие четвероногие более проворны, летучие мыши умеют летать, а насекомые способны пробираться в труднодоступные места.
Однако даже с точки зрения движения у каждого из этих природных преимуществ есть и обратная сторона. Собаки и другие четвероногие очень быстры и маневренны при движении вперед, но если попросить их так же эффективно двигаться назад, возникнут проблемы.
Учитывая такие врожденные биологические компромиссы, команда General Robotics Lab при Duke решила создать нечто принципиально иное. Опираясь на базовую физику, исследователи хотели проверить, можно ли построить робота на принципе «динамической симметрии», который они определяют как способность создавать силы и ускорение одинаковой величины во всех направлениях.
Иными словами, такой робот вообще не делил бы направления на «лево» и «право» или «верх» и «низ». Вместо этого он мог бы двигаться в любую сторону в любой момент, не отдавая предпочтения какому-то одному направлению. Целью было фактически создать, возможно, первого в мире «всенаправленного» робота.
Argus продолжает двигаться, даже если повредить ему ноги
В итоге команда остановилась на сферическом корпусе, от которого во все стороны отходят ноги. В симуляции они протестировали несколько вариантов: от модели с восемью ногами до версии с 40 ногами. В финальной физической версии решили использовать 20 ног. На конце каждой ноги находится камера, которая работает как один из множества «глаз» Argus. Название тоже выглядит уместным: в греческой мифологии Аргус был великаном с множеством глаз. Исследователи сравнивают Argus с морским ежом, но даже это сравнение не передает его полностью. На самом деле он не похож ни на одно живое существо, и именно это делает его странное движение в реальных тестах особенно тревожным.
В испытаниях Argus одинаково уверенно и быстро двигался в любом направлении. Плюс в том, что при такой конструкции этот «шар» оказался весьма приспособленным к разным типам поверхности, несмотря на необычный вид. Он легко проходил через лес, по мокрой поверхности и по песку, а также мог преодолевать некоторые препятствия. Умение быстро перераспределять вес помогало ему и тогда, когда исследователи пытались сбить его с курса. Хотя Argus не первый робот, способный выравниваться после ударов со стороны исследователей, его особенность в том, что он может перераспределять вес даже при повреждении части ног или полном отказе нескольких из них.
Иными словами, если отрезать Argus ноги, он все равно будет двигаться дальше.
Argus пополнил семейство роботов при поддержке DARPA
Исследователи Duke объясняют интерес к созданию этого нового класса машин прежде всего желанием расширить границы возможного в механике. Но при этом сложно не заметить и самого заметного спонсора проекта — Defense Advanced Research Projects Agency, агентство перспективных оборонных исследовательских проектов Пентагона. DARPA известно тем, что поддерживало многие из самых известных военных научно-технических разработок — от гуманоидного Atlas от Boston Dynamics до большого экспериментального беспилотного подводного аппарата, вдохновленного скатом манта.
Пока неясно, для чего именно когда-либо будет использоваться Argus, но соавтор статьи и постдокторант Duke’s General Robotics Lab Boxi Xia говорит, что уже сам факт эксперимента и поиска был успехом.
«Argus — это доказательство существования, — сказал Xia в заявлении. — Он показывает, что проектирование на основе динамической симметрии — это не просто теоретическая любопытная идея. Это позволяет создать робота, которого можно использовать в реальных условиях: на неровной поверхности, среди препятствий и даже в условиях низкой гравитации. Это меняет возможные сценарии».
Этот проект может быть полезен читателю как пример того, куда движется робототехника за пределами привычных человекоподобных платформ. Для инженеров и разработчиков здесь интересны подходы к всенаправленному движению и устойчивости к повреждениям. Для остальных читателей материал показывает, как физические принципы могут менять саму логику конструкции роботов.
