Компания Agility Robotics представила Digit 5 — человекоподобного робота, который задуман как первый гуманоид, способный безопасно и экономически оправданно выполнять полезную работу в промышленных масштабах. Робот рассчитан на то, чтобы поднимать контейнеры массой 23 кг на высокие стеллажи, а его батареи хватает на 90 минут работы при зарядке всего за 9 минут. Цель Digit 5 — закрывать тяжёлые складские задачи смену за сменой там, где труд слишком изматывающий или слишком монотонный для людей.
Сооснователь Agility Robotics Джонатан Хёрст рядом с новым гуманоидным роботом-рабочим Digit 5. Источник изображения — spectrum.ieee.org
Digit 5 — результат более чем десятилетней работы компании. При этом робот получился тяжёлым и массивным, лишённым плавной естественной пластики своих предшественников, и он оказался куда дальше от первоначальной инженерной мечты, чем казалось возможным в начале пути. Чтобы выпустить коммерчески жизнеспособный продукт, Agility пошла дорогой, сильно отличающейся от того, что задумывалось изначально.
От ATRIAS к Digit
Изначальная идея сооснователя компании, инженера Джонатана Хёрста, всегда состояла в том, чтобы строить роботов, которые сочетают локомоцию и манипуляцию — то есть перемещаются по миру и взаимодействуют с ним так же, как это делает человек. В основе лежало стремление к мастерству движения, достигаемому за счёт устройств, элегантно вписанных в ограничения физики. Когда в 2008 году в Орегонском университете была создана Лаборатория динамической робототехники, отправной точкой послужила теория, выросшая из десятилетий исследований биомеханики: простая модель «пружина-масса» (тело на ногах-пружинах) должна воспроизводить любую известную походку и бег животных.
Теорию проверили на практике, построив двуногого робота ATRIAS — название расшифровывается как «Assume The Robot Is A Sphere», шуточная отсылка физиков к привычке сводить сложную систему к простейшей форме. ATRIAS напоминал большую микроволновку на ходулях, потому что предназначался лишь для демонстрации физики человеческой ходьбы и бега. И всё же это был первый проблеск мечты: не будучи похожим на человека, робот выглядел естественно и даже словно живым, когда входил в ритм шага.
После успеха ATRIAS препятствия сместились из научной плоскости в инженерную и организационную, и стартап показался способом перекинуть мост от разового исследовательского прототипа к настоящему робототехническому продукту. Основатели были уверены в двух вещах: что смогут построить роботов, способных пройти везде, где проходит человек, и что эта способность окажется невероятно полезной. Именно сочетание амбиций и наивности и подталкивает людей создавать новые компании.
Классический совет для стартапа — понять проблему клиента, а затем решить её с помощью своих уникальных возможностей. Хёрст и его сооснователи Дэймион Шелтон и Михаил Джонс поступили иначе: они полагались на убеждённость, что технология откроет новые возможности, и рассчитывали разобраться в бизнесе по ходу дела. Поэтому команда просто сосредоточилась на первом продукте — двуногом роботе Cassie.
Cassie стал первым динамическим двуногим роботом, который исследователи могли купить: он удерживал равновесие за счёт активного, текучего движения, а не осторожных жёстких шагов. У него были ноги, напоминающие страусиные — не ради подражания бегающим птицам, а исключительно из инженерных соображений производительности. Коммерческим продуктом он не задумывался: у него не было ни торса, ни рук, ни головы. Роботов Cassie купили Гарвард, Калтех, Мичиганский университет, Калифорнийский университет в Беркли и ещё несколько исследовательских центров — рынок двуногих исследовательских платформ по 250 000 долларов насытился после продажи всего 10 штук.
ATRIAS, Cassie и Digit 4 EVT (слева направо) на стенде фабрики RoboFab компании Agility Robotics в Сейлеме, штат Орегон. Площадь предприятия около 6500 кв. м, его мощности рассчитаны более чем на 10 000 роботов Digit 5 в год. Источник изображения — spectrum.ieee.org
Поскольку аппаратная часть Cassie открыла путь к исследованию физики ходьбы и бега, передний край науки о шагающих роботах сместился к управляющему ПО. Традиционно такими машинами управляли с помощью детальных математических моделей. На Cassie исследователи впервые применили обучение с подкреплением для двуногой локомоции: виртуальный робот учится методом проб и ошибок, а полученная нейросеть управляет уже физической машиной. Именно этот подход лежит в основе практически всех динамических трюков современных шагающих роботов. Cassie выглядел живым, восстанавливая равновесие при спотыкании на лестнице, пробежал 5 километров по кампусу и установил мировой рекорд среди роботов в беге на 100 метров.
Cassie приблизил команду к уверенному и грациозному перемещению, но для практической пользы требовалась манипуляция. Перебрав множество конфигураций, инженеры обнаружили, что вертикальный торс помогает балансировать, а две руки у его верхней части позволяют поднимать крупные предметы и подстраховываться при падении. Digit 1, добавивший торс и руки к ногам Cassie, стал первым мобильным роботом-манипулятором компании и ещё одним шагом к продукту, способному приносить пользу коммерческим заказчикам.
Почему Digit начинал со складских контейнеров
Когда компания искала первые области применения Digit, потенциальные заказчики постоянно задавали два вопроса: зачем ноги и зачем вообще гуманоид? Отвечать было непросто, потому что эти вопросы обнажали ключевую бизнес-реальность: для Agility не имело значения, красиво ли решена эффектная научная задача. Значение имело решение реальных проблем клиентов.
После нескольких лет работы с промышленными партнёрами ответ нашёлся на складах и производствах — это перемещение контейнеров. Задача чётко очерчена: две руки нужны, чтобы поднимать крупные контейнеры высоко, а ноги лучше всего подходят для баланса и движения в узких проходах. При этом сценарии сильно различаются от площадки к площадке, поэтому узкоспециализированная автоматизация их почти не закрывает. Но задача была достаточно ограниченной, чтобы дать Digit экономически оправданную первую работу, пока он осваивает более широкий набор навыков.
В 2019 году Digit начал демонстрировать способность к реальной работе. Вместе с Ford Motor Company показали, как Digit 1 переносит посылки из автономного автомобиля к крыльцу дома. Digit 2 и 3 разрабатывали в партнёрстве с крупной службой доставки, отрабатывая перемещение и сортировку картонных коробок. Amazon тестировал Digit 4 на переноске и штабелировании контейнеров, а у логистического оператора GXO робот стал первым в мире коммерчески развёрнутым гуманоидом. В 2024 году Digit попал на обложку журнала Time.
Несмотря на видимый успех Digit, противоречия между инженерной мечтой и потребностями реальных клиентов нарастали. Это уже были не терпеливые университетские лаборатории: чтобы выжить, Agility должна продавать роботов, а покупают их лишь тогда, когда они приносят ценность. Если контейнеры не перемещались, клиенты теряли деньги. Огромные силы уходили на поддержание первых внедрений в рабочем состоянии, что фактически съедало прибыль, — зато компания училась так, как не научил бы ни один лабораторный показ.
Оказалось, что управление компанией связано с массой вещей, не имеющих отношения к технике: внедрения по всей стране; логистика, сервис и поддержка клиентов; привлечение инвестиций и работа с инвесторами; снова привлечение средств; кадры и ИТ; разработка ПО для управления парком роботов; управление цепочкой поставок — и опять фандрайзинг. Инженерные задачи взаимодействия робота с миром оказались лишь крошечной частью построения успешной робототехнической компании.
Превращение Digit в продукт
Стало ясно, что Agility нужно куда сильнее сосредоточиться на роботе как на продукте. Нанять для этого нужных людей означало отдать значительную часть контроля, но иного выхода не было. Компания собрала новую управленческую команду с опытом коммерциализации технологий, и та быстро начала перемены — болезненные, но необходимые.
Digit версий 1, 2 и 3 (слева направо) показывают, как платформа для динамической ходьбы превращалась в полезного мобильного манипулятора. Источник изображения — spectrum.ieee.org
Следующую ревизию, Digit 4 EVT (Engineering Validation and Test), планировали как относительно скромное обновление. Но новое руководство настояло, что роботу недостаёт ключевых функций, без которых он не станет настоящим продуктом. В итоге Digit 4 EVT в сжатые сроки получил целый ряд серьёзных изменений — более ёмкие батареи и общесистемные доработки по безопасности и соответствию нормам, — которые добавили достаточно массы, чтобы заметно изменить облик и возможности робота.
Ранние версии Digit были безголовыми, но для Digit 4 голову удалось обосновать оптимальным размещением антенн и камер — и она неожиданно оказалась полезной для взаимодействия человека и робота. Источник изображения — spectrum.ieee.org
Хёрсту оставалось лишь наблюдать, как другие вкладывают свои таланты в превращение Digit в успешный продукт — порой мучительными способами, не всегда совпадавшими с его видением. Решения перестали быть зоной его единоличной ответственности, и приходилось признать, что Digit вырос далеко за пределы личной мечты: теперь важнее было влиять на решения, а не диктовать их. В моменте это сильно расстраивало, ведь Digit 4 EVT отступил на пару шагов назад от представления о том, как должен выглядеть и двигаться гуманоид.
Слово «agility» (ловкость) стоит в названии компании неслучайно — оно в основе её будущего. Хотелось, чтобы Digit был гибким и грациозным, чтобы с первого взгляда было понятно, на что он способен, и чувствовалось, что он здесь, чтобы помогать. Но в Digit 4 EVT всё это принесли в жертву функциональности — ведь клиенту нужно прежде всего, чтобы робот делал работу. Проектирование превратилось в жёсткую сортировку приоритетов, где эстетика и плавность движения раз за разом откладывались ради грубой практичности. Зато коммерческие внедрения Digit 4 EVT помогли по-настоящему понять конкретные сценарии: команда описала первые 10 вариантов использования и затем спроектировала Digit 5 с чистого листа на основе всего накопленного опыта.
Digit 5
Digit 5 станет первым реальным шагом Agility к универсальному роботу. Он знаменует переход от фантазий о том, каким должен быть гуманоид будущего, к проектированию продукта под реалии клиентских внедрений. Среди этих реалий — соответствие европейским нормам CE, североамериканская сертификация электробезопасности UL и ограничения FCC на электромагнитное излучение. Всё это казалось побочным по отношению к мечте, но было абсолютно обязательным.
Digit 5 задуман как первый гуманоид, способный безопасно работать рядом с людьми по 20 часов в сутки и поднимать больше, чем человек. Источник изображения — spectrum.ieee.org
Требования заказчиков показали, что именно безопасность — один из самых критичных барьеров для масштабирования. В коммерческих внедрениях Digit 4 роботы вынуждены были работать за физическими ограждениями, постоянно отделённые от людей, чтобы удовлетворить страховые и регуляторные требования. Поскольку защитные клетки резко ограничивали пользу, возможность Digit 5 безопасно работать рядом с людьми стала главной целью проектирования — на неё ушло два года.
Digit 5 опирается на массив датчиков, чтобы сертифицированно безопасно определять находящихся рядом людей и действовать с учётом этого. Когда человек приближается, робот запрограммирован остановиться, опустить груз, сесть на пол и обесточить двигатели ещё до того, как к нему можно будет прикоснуться. Такой консервативный подход проверяемо снижает риск для окружающих, и в компании считают его единственным разумным первым шагом к работе бок о бок с людьми.
При этом такая стратегия ощущается как серьёзное замедление на пути к повседневному сосуществованию роботов и людей. Сосуществование повлияло почти на каждый аспект конструкции Digit 5: форму ног и корпуса, сертифицированные по безопасности датчики в защитных кожухах, изолированные вычислители, отвечающие только за безопасность, и многое другое. Все эти решения увеличивают сложность, энергопотребление, массу и габариты робота.
Digit 5 — самый крупный, тяжёлый, сильный и возможностный гуманоидный робот-рабочий Agility. Источник изображения — spectrum.ieee.org
Основой конструкции стала безопасность: защита интегрирована и для самого робота, и для людей, рядом с которыми он работает. Источник изображения — spectrum.ieee.org
При массе более 120 кг Digit 5 — огромный робот. Ему нужно было выйти на пределы подъёма, рекомендованные руководствами NIOSH (Национального института охраны труда США) для людей: многократно поднимать контейнеры по 23 кг и дотягиваться до полок на высоте 1,75 метра. Digit рассчитан делать это по 20 часов в сутки — то, что не под силу ни одному человеку. Для этого нужны мощные моторы с высоким крутящим моментом и одновременно с точным контролем усилия при контакте с миром. Их питает крупная батарея и док для быстрой автономной зарядки, выдающий 240 ампер при 48 вольтах — такого тока хватает, чтобы толстые кабели заметно подрагивали от магнитных сил, пока вентиляторы прогоняют воздух через каналы охлаждения в торсе. Система батареи и охлаждения занимает около 75% торса, но позволяет роботу работать 90 минут и полностью заряжаться за 9-минутный перерыв, обеспечивая почти непрерывную работу.
Вся эта дополнительная масса означает, что Digit 5 больше не умеет бегать и прыгать, как предыдущие поколения, а стройная форма, о которой мечтали инженеры, стала физически невозможной. В чём-то Digit 5 ближе к погрузчику, чем к грациозному гуманоиду. Но рационально это вынужденный компромисс для любой компании, которая утверждает, что её гуманоид способен выполнять такую работу уже сегодня: если робот выглядит как человек и работает на складе, он либо не поднимает нужный вес, либо не выдерживает всю смену, а если он не усыпан датчиками — рядом с ним, скорее всего, небезопасно стоять.
Самое заметное изменение Digit 5 — человекоподобные ноги вместо «страусиных» у прежних версий. «Обратная» конфигурация колена была оптимальна для ходьбы и бега, но мешала приседать: лодыжка упиралась в пол. А Digit 5 много времени проводит, поднимая тяжести почти с пола, поэтому инженеры выбрали человекоподобную схему, где моторы колена и бедра вместе помогают роботу вставать.
Обнаружив приближающегося человека, робот опускается на пол и обесточивает двигатели. В Agility считают это единственным ближайшим способом проверяемо снизить риск при работе рядом с людьми. Источник изображения — spectrum.ieee.org
Другие производители гуманоидов копировали человеческую форму, так и не поняв её назначения. Со стороны теперь может показаться, что Agility отказалась от своей фирменной конструкции ног и просто сделала как все. Но к этой форме пришли исключительно из функциональных инженерных соображений: сделать робота похожим на человека — самое простое; без соответствующей функции и понимания физики, которая за ней стоит, весь смысл человеческой формы теряется.
Благодаря мощности, запасу хода и функциям безопасности, заложенным в Digit 5, компания получит действительно полезного робота. Но этот робот идёт на компромиссы по тому, что составляло суть первоначального видения. Каждое решение можно объяснить и оправдать, и всё же вместе они оставляют чувство неудовлетворённости — такова, по словам Хёрста, «расплата инженера».
Что будет после Digit 5
В компании уверены, что Digit 5 станет моментом масштабирования — точкой перегиба, после которой роботов можно будет разворачивать в больших количествах. Робот продолжит переносить контейнеры, но дорожная карта куда шире: от захвата отдельных предметов и обслуживания станков до подготовки деталей к сборке и отгрузке и, в перспективе, самой сборки. Сменные интерфейсы инструментов и модульная конструкция позволят постепенно обновлять подсистемы. Digit 5 одновременно станет платформой для улучшений, источником данных для обучения будущего поведения и жизнеспособным продуктом.
Инженер Agility стоит между предыдущей версией — Digit 4 EVT (слева) — и Digit 5. Источник изображения — spectrum.ieee.org
И всё же полюбить Digit 5 трудно: это самый крупный, тяжёлый и дорогой робот, который Agility когда-либо строила, полный компромиссов, делающих его именно тем, кто нужен прямо сейчас, а не роботом мечты. Изначально предполагался плавный прогресс ловкости и подвижности с каждой версией, но разработка Digit 5 потребовала больших обходных манёвров ради требований, казавшихся посторонними. Теперь ясно, что решать эти задачи было необходимо: клиенты и требования к продукту не разрушили видение, а показали, чего ему не хватало. Именно так роботы добиваются коммерческого успеха и реального влияния.
Полноценного гуманоида, равного человеку по возможностям, не будет, пока не будет достигнуто то самое мастерство движения, которое и вдохновило на создание компании более десяти лет назад. Его проблески виднелись в пружинной локомоции ATRIAS и в беге Cassie.
Такое мастерство физически достижимо уже с нынешними инструментами и железом, и, несмотря на все компромиссы, Digit 5 даёт практический фундамент для погони за этой мечтой. Каждая следующая версия Digit, по замыслу, должна становиться легче и грациознее, естественнее взаимодействовать с людьми и лучше манипулировать объектами. С Digit 5 Agility построила робота, который будет полезен в реальном мире, — и теперь предстоит сделать его ещё и красивым.
