7 Minutės
Nuo JAV kompanijos Boston Dynamics Atlas akrobatinių pasirodymų iki Figure ir kitų humanoidinių robotų skalbimo mašinų pakrovimo – šiuolaikiniai robotai atrodo stebėtinai pajėgūs. Žvelgiant į įspūdingus demonstracinius robotų vaizdo įrašus, lengva manyti, kad didžiausias iššūkis likęs tik programinėje įrangoje: tereikia patobulinti dirbtinį intelektą, pagerinti aplinkos suvokimą – ir mašinos sklandžiai įsilies į namų ir darbo aplinkas. Visgi pirmaujančios robotikos laboratorijos ir įmonės vis dažniau pripažįsta, kad didžiausias kliuvinys slypi ne protingose algoritmuose, o fiziniame roboto dizaine.
Sony pastarajame tyrimų kvietime aiškiai pabrėžė, kad daugeliui humanoidinių ir gyvūnų įkvėptų robotų stinga sąnarių, todėl jų judesiai neatitinka biologinių sistemų, kurias jie siekia imituoti. Kitaip tariant, kūnas dažnai riboja smegenų galimybes. Kompanija ragina kurti naujas lanksčias konstrukcijas ir išmanesnę, prisitaikančią techninę įrangą, kad būtų galima leisti robotams judėti natūraliau ir efektyviau.
Dabartinė problema: kodėl „smegenų prioritetas“ neefektyvus Daugelio šiuolaikinių humanoidų architektūra paremta „smegenų pirmiau“ principu: sudėtingi procesoriai, kameros, LIDAR ir centralizuotas valdymas padeda kompensuoti standžią mechaninę struktūrą. Tačiau šios mašinos, sukurtos iš tvirtų rėmų ir didelio sukimo momento variklių su ribotu sąnarių kiekiu, negali prilygti biologiniam lankstumui.
Sportininkas juda efektyviai, nes jo kūno sąnariai, elastingi sausgyslės ir lankstus stuburas natūraliai kaupia bei išleidžia energiją. Robotas su standžiais pavarais tokių pasyvių dinamikos dėsnių neturi, todėl jam tenka atlikti milijonus aktyvių korekcijų kiekvieną sekundę, siekiant išlaikyti pusiausvyrą. Tai reikalauja daug skaičiavimo galios ir greitai iškrauna baterijas, apribodama veikimo laiką bei autonomiją.
Skaičiai iliustruoja problemą: pranešama, kad Tesla Optimus vaikščiojant sunaudoja apie 500 W per sekundę. Žmogui greitai einant prireikia tik apie 310 W per sekundę. Tai reiškia, kad robotas naudoja net 45 % daugiau energijos atlikdamas paprastesnę užduotį – o tai ženkliai mažina autonominių robotų efektyvumą ir komercinį patrauklumą.
Ribotos naudos iš programinės įrangos patobulinimų AI modeliams tobulėjant, robotų gamintojai pastebi mažėjančią naudą, kai techninė įranga neišlieka prisitaikanti. Pavyzdžiui, Tesla Optimus marškinėlių lankstymo demonstracijoje programa veikia nepriekaištingai, tačiau išryškėja fizinis trūkumas: žmonės drabužius lanksto remdamiesi lytėjimu, prisitaikančiais judesiais, o standi roboto ranka priklauso nuo kruopštaus regėjimo ir tiksliai suplanuoto judesio. Sunkiai lankstomas drabužis arba netvarkinga lova gali tapti neįveikiama kliūtimi ne dėl AI trūkumo, o dėl neadaptyvaus kūno.
Panaši situacija su Atlas – nors robotas demonstruoja įspūdingą akrobatiką, realiame pasaulyje jį gali sunkiai įveikti nelygus akmuo ar šakų kliūtys, kurios reikalauja taktilinio grįžtamojo ryšio ir pasyvaus kūno prisitaikymo. Be tokio fizinio lankstumo, humanoidiniai robotai lieka įspūdingomis mokslinio tyrimo platformomis, o ne patikimais komerciniais produktais.
Kodėl sudėtinga pereiti prie „hardware-first“ kūno dizaino Daugelio pirmaujančių robotikos kompanijų stiprybė slypi programinėje įrangoje, jutikliuose ir tikslioje variklių valdymo grandinėje. O norint sukurti tikrai fiziškai išmanų robotą su lanksčiomis medžiagomis, minkštaisiais pavarais bei biomechaniniais sprendimais, reikia visiškai naujo gamybos ir tiekimo ekosistemos. Būtini nauji medžiagų sprendimai, masinė kintamo standumo dalių gamyba ir žinios iš minkštosios robotikos bei bioįkvėpto dizaino sričių.
Pereiti prie tokio modelio – brangu ir lėta. Kai egzistuojanti roboto mechanika atrodo įspūdingai, lengviau papildomai investuoti į sudėtingesnę programinę įrangą, nei keisti viso kūno dizainą. Tačiau toks kelias tik padidina neefektyvumą: sunkesni pavarai reikalauja daugiau galios, didesnių variklių ir baterijų.
Mechaninė intelektas: kūnas, kuris gali skaičiuoti Mechaninio intelekto (MI) tyrimų kryptis siūlo kitokį požiūrį: kurti robotų kūnus taip, kad dalis „skaičiavimų“ vyktų pasyviai. Šią idėją įkvepia vadinamoji morfologinė komputacija, stebima gamtoje: kūno forma, medžiaga ir struktūra padeda efektyviai valdyti judesius. Pavyzdžiui, pušies kankorėžio žvyneliai mechaniškai atsiveria ir užsiveria reaguodami į drėgmę, o elastingos sausgyslės gyvūnų kojose kaupia ir grąžina energiją stabilizuojant bėgimą.
Žmogaus ranka – dar vienas puikus pavyzdys: minkšta oda prisitaiko prie daikto formos, o drėgmė pirštų gale padeda saugiai suimti be didelės jėgos. Įsivaizduokite Optimus ranką su tokia prisitaikančia oda ir lanksčiais sąnariais – toks robotas galėtų tvarkytis su audiniais ir trapiais objektais kur kas efektyviau ir ekonomiškiau.
Esminės mechaninio intelekto idėjos:
- Lankstūs sąnariai ir kintamo standumo pavarai, derinantys tvirtumą su elastingumu.
- Serijinės elastingos pavaros ir hibridinės jungtys, perteikiančios smūgius.
- Minkštos, lytėjimo jutiklių prisotintos odos, moduliuojančios trintį ir sąlytį.
- Morfologinė komputacija: objekto forma ir medžiaga iš dalies atlieka valdymą be nuolatinės procesorių intervencijos.
Humanoidinių robotų dizaino palyginimas Įprastai humanoidai pasižymi didelio sukimo momento bešepetėliniais varikliais, tiksliais jutikliais ir didelės raiškos kameromis. Robotas su mechaniniu intelektu papildo šį rinkinį:
- Lanksčiu stuburu ir segmentuotais slanksteliais energijos kaupimui bei smūgių sugėrimui.
- Spyruoklėmis pagrįsta kojų konstrukcija, imituojančia sausgyslių elastingumą.
- Hibridiniais sujungimais, leidžiančiais daug laisvės laipsnių su pasyviu atsistatymu.
- Minkšta, lytėjimo jutikliais aprūpinta oda, prisitaikančia prie paviršių. MI pagrįsti robotai sukelia mažesnį energijos poreikį, yra atsparesni neišmatuojamoms aplinkoms, saugesni žmogui ir sumažina valdymo apkrovą centriniam kompiuteriui. Bandymų metu robotai su elastingomis kojomis ar lanksčiais sąnariais demonstruoja žymiai geresnį energijos sąnaudų ir atstumo rodiklį nei standžios konstrukcijos.
Pagrindiniai privalumai, taikymo sritys ir rinkos svarba Mechaninis intelektas humanoidiniams robotams suteikia:
- Didesnį efektyvumą: pasyvios dinamikos sumažina aktyvų energijos sunaudojimą ir iškraunamą bateriją.
- Atsparumą: prisitaikantys kūnai lengviau įveikia nelygią, nenuspėjamą aplinką.
- Mažesnį skaičiavimų poreikį: dalį valdymo „perima“ kūno struktūra.
- Saugumą: minkšti jungimai ir prisitaikanti mechanika sumažina smūgius žmogaus aplinkoje.
Reikšmingos taikymo sritys:
- Namų ūkio robotai: skalbiniams, indams ar trapiems objektams pernešti.
- Paieškos ir gelbėjimo operacijos: griuvėsių ar nelygių paviršių įveikimui.
- Bendradarbiaujanti gamyba: saugus darbas su žmonėmis surinkimo linijoje.
- Sveikatos priežiūra: švelnus asmenų kėlimas, perdavimas ar pagalba senjorams namuose.
Mechaninis intelektas tampa strateginiu pranašumu – industrijos lyderiai, tyrimų centrai ir investuotojai vis daugiau dėmesio skiria naujų, lanksčių medžiagų kūrimui ir masiniai gamybos technologijoms. Sony kvietimas kurti lanksčias konstrukcijas atspindi pripažinimą, kad kitos kartos humanoidams reikės naujų technologijų ir tiekimo grandinių.
Tyrimų kryptys ir komercializacijos planai Akademinės grupės ir startuoliai jau pademonstravo efektyvius prototipus – pavyzdžiui, robotai su „gepardų sausgyslių“ įkvėptomis elastingomis kojomis pasižymi nepriekaištingu efektyvumu. Hibridiniai sujungimai, derinantys tikslius standžius sąnarius ir smūgių sugėrimą, leidžia sklandžiai judėti per kelias ašis. Vis tik mastelinis mechaninio intelekto diegimas humanoiduose reikalauja AI mokslininkų, mechanikos inžinierių, medžiagų mokslininkų ir gamintojų bendradarbiavimo.
Praktiniai žingsniai link rinkos:
- Standartizuoti lanksčius komponentus ir pavarų sąsajas.
- Vystyti masinės gamybos procesus kintamo standumo medžiagoms.
- Kurti projektavimo įrankius, leidžiančius kartu optimizuoti kūno architektūrą ir valdymo programą.
- Bendradarbiauti tarp programinės įrangos ir aparatinės įrangos specialistų.
Išvada: tik programa ir kūnas kartu užtikrins sėkmę Humanoidinių robotų ateitis priklauso ne nuo AI ir techninės įrangos konkurencijos, o nuo jų dermės. Mechaninis intelektas atveria kelią efektyvesniems, prisitaikantiems ir komerciškai patraukliems robotams. Integruodami pasyviai veikiančias jėgas į kūno sandarą (lankstūs sąnariai, spyruoklės, lytėjimo oda, hibridiniai pavarai), galime AI „atlaisvinti“ strateginiams uždaviniams, o kasdienių judesių korekciją perduoti mechanikai.
Norint, kad robotai iš laboratorijų iškeltų koją į namus, ligonines ar ekstremalias situacijas, industrijai teks investuoti į išmanesnius kūnus. Tai reikalaus naujų medžiagų, tiekimo grandinių bei tarpdisciplininių komandų, kurias sudarys biomedicinos, medžiagų mokslo, minkštosios robotikos ir AI specialistai.
Svarbiausia išvada Šiuolaikiniai humanoidiniai robotai jau demonstruoja įspūdingus gebėjimus, tačiau jų fizinė architektūra riboja efektyvumą ir pritaikymo galimybes. Pasinaudojus mechaninio intelekto ir morfologinės komputacijos sprendimais, robotų kūrimas tampa lankstesnis, mažinamos energijos sąnaudos ir spartinamas jų persikėlimas iš laboratorijų į mūsų kasdienį gyvenimą.
Šaltinis: sciencealert
Komentarai