Кажется, что едва ли не каждую неделю появляется очередной робот, скопированный с какого-нибудь реального обитателя животного мира. Собаки и летучие мыши, тараканы и пустынные ящерицы — живая природа служит инженерам неиссякаемым источником идей. Однако если большинство исследователей берут за основу движений то или иное животное, то команда инженеров из Университета Дьюка поставила перед собой принципиально иную задачу: создать нечто совершенно новое — робота, чья форма и способ передвижения продиктованы не биологией, а фундаментальными законами физики.
Всенаправленный робот на 20 ногах не имеет ни верха и низа, ни левой и правой стороны. Источник изображения — popsci.com
Знакомьтесь: Argus — похожий на бесформенную кляксу робот на 20 ногах, который способен одновременно смотреть во все стороны и почти мгновенно двигаться в любом направлении. У этой аморфной сферы нет ни верха, ни низа, ни левой и правой стороны, и она продолжает пробираться сквозь песок, грязь и гравий, даже когда часть её ног выведена из строя. Множеством конечностей робот умеет и карабкаться по узким стенам — приём напоминает отскок от стены в «Super Mario».
Создатели Argus подчёркивают, что их любопытное, а местами и слегка пугающее детище — не просто очередной небольшой шаг вперёд в робототехнике. Это первый представитель совершенно нового класса устройств — «динамически симметричных машин». Результаты работы опубликованы на этой неделе в журнале Science Robotics.
«Наблюдать за движением Argus — совсем не то же самое, что смотреть на любого другого робота, с которым мы работали, — рассказал соавтор исследования, аспирант Университета Дьюка Цзясюнь Лю. — Когда мы впервые увидели, как он пробирается между деревьями по пересечённой местности, выдерживая при этом сильные столкновения, стало ясно: перед нами что-то принципиально иное».
Компромиссы, навязанные биологией
Хотя сегодня на пике популярности прямоходящие человекоподобные роботы вроде машин компаний Figure и Tesla, инженеры давно черпают вдохновение и у других животных — просто потому, что в определённых задачах те превосходят человека. Собаки и прочие четвероногие проворнее, летучие мыши умеют летать, а насекомые забираются в самые труднодоступные места.
Однако у каждого из этих преимуществ, по крайней мере в том, что касается движения, есть обратная сторона. Собаки и другие четвероногие поразительно быстры и ловки при движении вперёд, но попробуйте заставить их так же уверенно двигаться назад — и начнутся проблемы.
Учитывая эти врождённые биологические компромиссы, команда лаборатории General Robotics Lab в Университете Дьюка решила пойти совершенно другим путём. Опираясь на законы физики, исследователи задались вопросом: можно ли построить робота вокруг принципа «динамической симметрии» — способности создавать силу и ускорение одинаковой величины сразу во всех направлениях.
Иными словами, такой робот попросту отказывается от понятий «лево — право» и «верх — низ». Вместо этого он может двигаться в любую сторону в любой момент, не отдавая предпочтения ни одному направлению. По сути, задача состояла в том, чтобы построить, возможно, первого в мире всенаправленного робота.
Argus не остановить — даже если отрезать ему ноги
В итоге разработчики остановились на сферическом ядре-основании, из которого во все стороны торчат ноги. В симуляциях они опробовали разные варианты — от восьми ног до сорока, — а для реального образца выбрали ровно 20. На конце каждой ноги установлена камера, служащая роботу одним из множества глаз. Оттого и имя подходящее: Аргус — многоглазый великан из древнегреческой мифологии. Исследователи сравнивают Argus с морским ежом, но и это сравнение мало что объясняет: робот не похож толком ни на что в природе, отчего его неестественные движения в реальных испытаниях выглядят ещё более тревожно.
В ходе тестов Argus двигался в любом направлении так же быстро и уверенно, как и в любом другом. Плюс такого подхода в том, что «клякса», несмотря на необычный вид, отлично приспосабливается к разным поверхностям: она легко преодолевает лес, мокрые участки и песок, а также перебирается через некоторые препятствия. Способность мгновенно перераспределять вес позволила роботу превосходно восстанавливать равновесие, когда исследователи пытались сбить его с курса. Argus — не первый робот, умеющий подниматься после толчков, но его уникальность в том, что перераспределять вес он может, даже если часть ног повреждена или полностью вышла из строя.
Проще говоря, Argus можно лишить части ног — а он всё равно будет двигаться вперёд.
Argus пополнил семейство роботов при поддержке DARPA
Исследователи из Дьюка объясняют интерес к созданию нового класса машин прежде всего стремлением раздвинуть границы возможного в механике. И всё же трудно не заметить их самого известного спонсора — Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов Пентагона (DARPA). Известное тем, что вынашивает одни из самых громких военных разработок, DARPA стоит за самыми разными проектами — от человекоподобного силача Atlas компании Boston Dynamics до огромного экспериментального беспилотного подводного аппарата, вдохновлённого скатом-мантой.
И хотя пока неясно, для чего именно однажды пригодится Argus, соавтор статьи, постдокторант лаборатории General Robotics Lab Бокси Ся считает, что сами по себе эксперименты и поиск уже стали успехом.
«Argus — это доказательство самим фактом своего существования, — заявил Ся. — Он показывает, что проектирование ради динамической симметрии — не просто теоретическая диковинка. В результате получается робот, которого можно выпустить в реальный мир: на неровный грунт, в захламлённое пространство и даже в условия пониженной гравитации. Это меняет представление о том, что вообще возможно».
