Как работает робот Atlas от Boston Dynamics?
Как Boston Dynamics удалось научить робота Atlas бегать, прыгать, делать сальто и танцевальные па? О секретах робота рассказали основатель Boston Dynamics Марк Райберт и инженер компании Скотт Куиндерсма. Это статья подготовлена по материалам их выступления. Но как говорится, лучше 1 раз увидеть, чем 100 раз прочитать, поэтому смотрите наше видео:
Говоря об умных роботах, первое, что надо понимать, что у машин, как и у людей, есть два типа интеллекта: двигательный и когнитивный. Когнитивный интеллект позволяет осознать проблему и понять, как ее решить. Двигательный интеллект позволяет управлять телом, не задумываясь о том, как ходить или прыгать, управлять своей энергией, рассчитывая силы на то или иное действие, а также воспринять информацию в реальном времени для взаимодействия с окружающей средой.
Подход Boston Dynamics к своим роботам заключается в том, чтобы сначала создать надежный и работоспособный в любых обстоятельствах двигательный интеллект. Далее приступать к созданию когнитивного, которому будет проще планировать действия робота, опираясь на развитый двигательный интеллект. И затем инженеры должны наладить взаимодействие двигательного и когнитивного интеллектов.
Atlas использует свое восприятие в реальном времени для того, чтобы определить местонахождение препятствий, выбрать места опоры для ступней и координировать перенос массы тела во время движения, удерживаясь на ногах. Atlas воспринимает свое окружение так, как вы сейчас видите на экране. Во время своего движения он решает, есть ли возможность избежать препятствие, и регулирует положение тела, опираясь на расчетную траекторию, но учитывая обратную связь при выполнении расчетных действий.
Такой результат обеспечивается не только программным обеспечением и элементами управления, но и конструкцией робота. Самой важной деталью робота является очень компактный гидравлический силовой агрегат массой всего 5 кг и мощностью 5 кВт. Он разработан Boston Dynamics и вмещает электродвигатель, насос, резервуар, аккумулятор, несколько фильтров, электронику и систему охлаждения. Все это помещено в прочный корпус и размещено прямо внутри робота. Агрегат питается от легкой батареи емкость 1400 ватт*час, также разработанной Boston Dynamics. Прочный корпус не позволит аккумулятору загореться, если робот упадет.
Инженерам компании вообще многое пришлось создавать с нуля. И пространственную конструкцию рамы и ног, которые должны быть легкими, но очень прочными. И легкие гидравлические сервоклапаны особой конструкции. И, напечатанный на 3Д принтере гидравлический коллектор, вмещающий все 18 клапанов, а также сразу содержащий в своей структуре напечатанные фитинги и шланги, чтобы максимально облегчить конструкцию.
Робот контролирует свое передвижение в реальном времени с помощью камер, расположенных на передней части его условной головы. В руках и ногах робота в общей сложности 28 суставов. В области таза и по всему телу робота размещены датчики, которые измеряют ускорение робота, положение его тела в пространстве при движении и другие параметры его взаимодействия с окружающим миром.
Робот активно балансирует во время ходьбы, бега и трюков. Он умеет использовать силу инерции, чтобы экономить энергию. Он осматривает местность и ощущает ее через сенсоры в стопах, одновременно регулируя силу, прилагаемую ногами к земле. Каждый прыжок, кувырок или сальто требует от робота массы вычислений. Инженеры подчеркивают, что все роботы компании держат равновесие самостоятельно. Это означает, что если вы толкнете любого из них, то он отреагирует как человек, сделав шаг в сторону.
Atlas не выбирает, что ему делать. Команды отдает оператор. Он нажимает кнопки, подсказывая роботу, что здесь надо прыгнуть, здесь сделать сальто, а тут повернуться. Но вычислять, как именно сделать такое движение в данных условиях из текущего положения, роботу приходится самому. Как это ему удается? Давайте рассмотрим, как программируют и создают элементы управления для робота.
Подход Boston Dynamics к программированию основан на прогнозирующей модели. Это означает, что исследователи используют всю имеющуюся у них информацию о роботе для того, чтобы разработать алгоритмы управления динамическими характеристиками. Также они проводят очень много предварительных вычислений всего, что может пригодиться роботу для выполнения той или иной задачи.
Например, для Atlas создана целая библиотека предварительно рассчитанных траекторий движения. Система управления роботом берет информацию о предварительно рассчитанных траекториях и адаптирует ее к текущим условиям, информацию о которых собирает система восприятия. Atlas выбирает из библиотеки подходящую для выполнения задачи траекторию, а затем изменяет ее в соответствии с текущими условиями.Пока робот не может обучаться новым движениям самостоятельно, на основе предыдущего опыта, а действует строго по запрограммированным моделям. Хотя инженеры Boston Dynamics наверняка уже думают о его самообучении.
Что касается системы восприятии робота, то здесь Boston Dynamics использует геометрическую сегментацию. Робот буквально разбивает окружающее пространство на локальные области с простыми геометрическими формами. Эти формы становятся входными данными для системы планирования, которая продумывает несколько шагов вперед так, чтобы робот удержал равновесие, правильно использовав свои руки и ноги. Но эта информация не является статичной, она изменяется в режиме реального времени, позволяя роботу лучше приспосабливаться к условиям и избегать ошибок предварительных расчетов.
Большой плюс робота Atlas в том, что раз научившись делать сальто он изо дня в день может делать его точно так же, с той же эффективность. Это помогло инженерам в создании потрясающего видео танцующих роботов.
Чтобы научить Atlas танцевать, компания привлекла хореографа. Предварительная работа заключалась в том, чтобы определить, какие идеи настоящего танцора можно попытаться реализовать с помощью робота. Инженеры использовали моделирование, чтобы быстро перебрать концепции движения, которые по силам выполнить роботу. Идеи сначала реализовывали в симуляции, вносили коррективы, а затем пробовали на роботе. Инженеры описывают процесс, как конвейер. Когда множество разнообразных движений описывалось множеством входных данных и реализовывалось роботом. В итоге, на создание танца потребовалось несколько месяцев напряженной работы.
В Boston Dynamics признают, что надежность робота Atlas пока нельзя сравнить с тем же показателем робота Спот. Его обслуживание занимает много времени, но инженеры не собираются останавливаться. Так, скоро Atlas научится работать руками. Не просто переставлять коробки или балансировать с помощью рук, а полноценно выполнять сложные задачи, чтобы руки робота стали такими же ловкими, как и ноги. А вы как думаете, чему еще следует научится самому продвинутому роботу в мире?
Если вы хотите сами посмотреть презентацию Марка Райберта и Скотта Куиндерсма, то вот ссылочка.
Источник
Boston Dynamics начала открытые продажи робота Spot по $74,5 тысячи
Компания Boston Dynamics начала открытые продажи своего робота Spot — розничная цена за каждого составит $74,5 тысячи. Ранее компании могли снимать устройства в аренду, теперь же им будет доступна покупка своего собственного робота.
Это очень большая сумма за одного робота — за эти деньги можно купить, например, новую Tesla Model S, отмечает The Verge. Однако в Boston Dynamics говорят, что за эту стоимость покупатели получат самого совершенного мобильного робота в мире, которые может перемещаться по любой местности, где могут ходить сами люди (пока в деле не появляются лестницы).
«Spot Explorer предназначен для разработчиков, стремящихся изучить, как гибкие мобильные роботы могут быть адаптированы для задач, начиная от промышленного осмотра до развлечений. Spot готов к работе, прямо из коробки. Благодаря гибкому интерфейсу API и полезной нагрузке Spot можно настраивать для различных приложений», — сообщается на странице магазина Boston Dynamics.
Отмечается, что приобрести робота можно только в США — представителям компаний из других стран предлагается связаться с отделом продаж Boston Dynamics, чтобы узнать о вариантах аренды. Кроме того, пока купить Spot могут только юридические лица.
«Сейчас мы, в основном, продаём роботов коммерческим и промышленным клиентам. Чаще всего они приспосабливают Spot к работе, которая либо опасна для человека, либо чересчур рутинная — например, патрулирование здания фабрики и фотографирование одних и тех же мест по 40 раз в день», — рассказал The Verge ведущий инженер робототехник Bston Dynamics Зак Джаковски.
Открытые продажи робота стали возможны после того, как инженеры компании выпустили обновление программного обеспечения Spot 2.0, в котором представлены расширенные функции автономности и навигации. Одной из них стало удалённое управление — демонстрационную версию этой опции потенциальные покупатели смогут испробовать на удалённом тест-драйве робота. По словам вице-президента, это сможет решить проблемы, вызванные пандемией коронавирусной инфекции COVID-19, из-за которой клиенты не могут лично приехать за Spot в офис компании.
Журналист The Verge сам смог опробовать эту функцию, управляя роботом в Бостоне из Лондона — удалённое управление позволяет выбирать вид с любой из внешних камер на корпусе робота и «рулить» им с помощью клавиш WASD. По его словам, робот выполняет команды с задержкой в несколько секунд, зато интерфейс программы прост и понятен. Кроме того, в случае опрокидывания Spot может перевернуться обратно по указанию пилота с помощью одной кнопки.
В Boston Dynamics пообещали, что будут работать над модернизацией робота, основываясь на отзывах новых покупателей.
Источник
Как устроен самый сложный робот на Земле?
Когда сейчас речь заходит о роботах, уже кажется никто не представляет себе кадры из «Терминатора». Люди научились использовать роботов на благо общества, и сейчас под этим определением скрываются не только человекоподобные машины, но и также те, которые просто способны автоматизировать тот или иной процесс. Огромные промышленные роботы используются на добывающих предприятиях, заводах по сборке автомобилей и бытовой техники, а небольшие их аналоги поселились у некоторых дома. Но есть ли самый сложный робот на Земле? И если да, как он выглядит и работает?
Робот Atlas не всегда был похож на человека
Как создавался самый сложный робот
Такого робота создали почти 7 лет назад, и его постоянно дорабатывают, поэтому пока никому не удалось его переплюнуть. Агентство по передовым оборонным научно-исследовательским проектам США (DARPA) совместно с компанией Boston Dynamics разработали человекоподобного робота Atlas. Он отлично ориентируется в пространстве и имеет 28 гидравлических суставов, множество сенсоров и передовую систему управления.
Так выглядел прототип первого робота Atlas
В Boston Dynamics говорят, что изначально роботом управлял оператор, для того, чтобы создать трехмерную карту области передвижения. Однако затем гуманоид смог передвигаться самостоятельно с уже внесенной в его базу информацией об окружении и препятствиях на пути.
Поначалу он и правда напоминал прислужника из «Скайнет» и не мог двигаться без подключения к управляемому компьютеру и электропитанию. Имел рост 190 сантиметров и вес 136 килограмм. Всего пара лет понадобилась разработчикам, чтобы выпустить новую версию робота Atlas, который стал самым сложным роботом на Земле. Сначала они обновили его прошивку, а затем — и все «тело», сделав робота еще больше похожим на человека.
Новый робот Atlas Boston Dynamics
Разработчики добавили в робота-гуманоида аккумулятор емкостью 3,7 кВч, который может обеспечить ему час автономной работы, включающей в себя перемещение и некоторые другие действия. Кроме того, для компенсации увеличения массы за счет установки аккумулятора инженерам пришлось использовать более легкие материалы при создании корпуса Atlas. Также создатели добавили в робота беспроводной модуль для связи и улучшили его подвижные части, увеличив свободу передвижения гуманоида. Его рост уменьшили до 1,5 метра, а вес — до 75 килограмм, чтобы было легче выполнять маневры. Инженеры хотели сделать робота максимально легким и прочным, многие его делали разработаны с нуля разработчиками из Boston Dynamics и напечатаны на 3D-принтере. Такого больше ни у кого нет.
С тех пор создатели робота занимаются тем, что улучшают его систему навигации и обучают его новым движениям, которые потенциально могут пригодиться ему при работе в трудных условиях. Так, в прошлом году Atlas научился разворачиваться в прыжке на 360 градусов — прямо как гимнаст. Как же ему все это удается?
Atlas — единственный робот на Земле, который может выполнять трюки с точностью до 80%.
Как устроен самый сложный робот
Помимо 28 шарнирных суставов, с помощью которых Atlas двигает руками, ногами, спиной и другими частями своего «тела», робот также оснащен множеством моторов (их количество держится в секрете), которые приводят его в движение, получая питание уже от встроенного аккумулятора. Как робот понимает, что ему, например, нужно перешагнуть через препятствие? Для этого у него есть стереозрение, лидары, гироскопы, дальномеры и другие сенсоры, которые помогают ему ориентироваться в пространстве. Вся эта информация поступает в центральный процессор — очень мощный чип, который и посылает сигнал на моторы. А они уже приводят робота в движение. Работу Atlas можно сравнить с работой человеческого мозга: если глаз человека видит опасность, он отправляет информацию об этом в головной мозг, а оттуда дается команда, например, увернуться корпусом или отойти в сторону.
В «Атласе» есть отдельные моторы на каждую конечность, встроенная система охлаждения и провода, которые напоминают человеческие вены
Atlas имеет одну из самых компактных мобильных гидравлических систем в мире. За счет специальных двигателей, клапанов и гидравлической силовой установки Atlas может подавать необходимую мощность для любого из своих 28 гидравлических соединений. Именно поэтому он так задорно занимается паркуром, бегает, кувыркается — ни один другой робот на такое не способен. А поскольку аналогов никто не производит, Boston Dynamics вынуждена делать большинство компонентов с нуля.
За несколько лет робота обеспечили усовершенствованной системой управления, благодаря которой он знает очень много движений. На планирование каждого движения у него уходит 0,5 секунды — за это время робот анализирует пространство вокруг себя (с датчиков), сам себя взвешивает (оценивая, хватит ли мощности, чтобы поднять корпус и преодолеть препятствие) и принимает решение. Интересно, что инженерам удалось научить робота использовать руки для баланса тела так же, как человек.
Максимальная скорость передвижения робота Atlas составляет 1,5 м/с или 5,4 км/ч, что сравнимо со скоростью ходьбы человека.
Некоторым в нашем Telegram-чате показалось, что робот обладает интеллектом, однако это не так. Его программное обеспечение было полностью написано инженерами, которые могут управлять роботом с помощью макрокоманд (например, заставить его бежать, присесть, сделать шаг и так далее). То есть он либо управляется «с пульта», либо просто выполняет запрограммированные команды. Команды уже преобразуются в микродействия и алгоритмы конечностей для обеспечения этих движений. Управляется гуманоид с помощью роботехнической операционной системы (ROS — Robotics Operating System). Большинство расширений для него написаны на языках программирования C++ и Python. Правда, официально эту информацию не подтверждали — Boston Dynamics держит очень много секретов. Еще бы, ведь это самый сложный робот в мире.
Зачем нужны роботы
В планах Boston Dynamics — добавить к роботу искусственный интеллект, а там и до возможности реагировать на команды недалеко. Конечно, можно записать набор фраз и встроить их, но это какие-то «инновации ради инноваций», такое сейчас есть даже в вашей умной колонке. Здесь же масштабы совсем другие.
Сейчас, например, роботы Boston Dynamics помогают в борьбе с коронавирусом в США.
Изначально Altas создавался для проведения спасательных операций после техногенных или природных катастроф. К примеру, для ликвидации последствий после цунами и взрыва АЭС, как это случилось в 2011 году в Японии. Но с каждым годом сфер его применения становится все больше, и кто знает — может через 20 лет такие «Алтасы» будут встречать вас на ресешпен в отеле. Или использоваться в качестве замены солдат в армии. Хотя… лучше первый вариант.
Источник
