Конструкторы многих стран мира уже не первый год упорно работают
над созданием компактных автономных роботов, способных перемещаться по
труднопроходимой местности, преодолевать разного рода препятствия и все
же находить дорогу к цели. Потенциальная сфера применения таких
устройств весьма широка - от исследования инопланетных миров и решения
военных задач до поддержки служб спасения в зонах стихийных бедствий
или техногенных катастроф.
Вот только по-настоящему крупными успехами роботостроители
похвастаться пока все же не могут, несмотря на проводимые с 1997-го
года ежегодные международные чемпионаты RoboCup. В ходе этих состязаний
проверяются на практике те концепции и технические решения, с которыми
инженеры связывают на данном этапе свои основные надежды и которые,
возможно, когда-нибудь войдут в наш обиход и начнут определять нашу
повседневную жизнь.
Немецкие роботостроители - в числе мировых лидеров
Активно и вполне успешно работает в области роботостроения целый ряд
немецких университетов и исследовательских центров - недаром немецкие
команды из года в год занимают самые высокие места во многих категориях
и дисциплинах уже упомянутого чемпионата.
И вот теперь новый подход к решению проблемы управления роботом -
вернее, самоуправления, ведь речь идет об автономных роботах, -
предложили специалисты расположенного в Геттингене Центра
вычислительной неврологии имени Юлиуса Бернштейна. Сконструированное
ими шестиногое самодвижущееся устройство длиной 40, шириной 30 и
высотой 12 сантиметров напоминает некое устрашающего вида насекомое,
только очень крупное. А мозг робота - это закрепленный на его спине
миникомпьютер.
Разработчики назвали свое детище Amos-WD06. Один из участников
проекта, таиландский инженер Порамате Манонпонг (Poramate Manoonpong),
уже много лет работающий в Германии, говорит: "Образцом для этого
робота послужил таракан. У нашего робота шесть ног, каждая имеет три
сустава, приводимых в движение сервомоторами. Кроме того, у робота есть
еще одно сочленение на спине, чтобы он мог карабкаться на препятствия.
Помимо 18 двигателей, робот оборудован еще и 18 сенсорами - тут и
видеокамеры, и датчики ускорения, и измерители угла наклона, и многое
другое. И информация, собираемая этими сенсорами, непосредственно
влияет на поведение робота".
Впрочем, ни в механической конструкции робота, ни в том, что он
способен адаптироваться к условиям окружающей среды, ничего нового и
интересного нет. Гораздо интереснее, какими методами этот результат
достигается.
Главной инновацией проекта стала система управления движением
робота. В ее основу легла особая электронная схема, своего рода
искусственная нейронная цепочка, смоделированная с применением методов
нелинейной динамики. Этот раздел физики изучает системы, описываемые
дифференциальными уравнениями, содержащими и нелинейные функции, что
приводит к весьма существенному усложнению и увеличению количества
возможных решений. Используемый при этом математический аппарат принято
именовать теорией хаоса.
Экспромты вместо домашних заготовок
Необычность подхода геттингенских конструкторов заключается в том,
что они создали робота, который подчиняется не заранее заложенной в
него программе, а командам, генерируемым непосредственно на основе
информации, поступающей от сенсоров. При этом он еще и учится, то есть
как бы набирается опыта. Ученые из Геттингена заставили свое детище
преодолевать различные маршруты, на которых его поджидали всякие
неожиданности - подъемы, спуски, ямы.
"Робот перемещается совершенно автономно, - поясняет Порамате
Манонпонг. - Если на пути у него возникает препятствие, он старается
его обойти; если препятствия нет, он просто продолжает двигаться
вперед. Если вдруг начинается подъем, он замедляет ход; если подъема
нет, он движется вперед с прежней скоростью".
Самое поразительное в этом техническом решении не то, что робот
адаптирует свое поведение к окружающим реалиям, а то, что столь сложное
устройство с 6 конечностями и 18 моторами, как выясняется, вполне
эффективно управляется крайне простым электронным мозгом, состоящим
всего из двух нейронов. Во всяком случае, робот всегда выбирает
оптимальный режим движения и даже если его нога проваливается в яму,
быстро выходит из положения.
"Мы установили на опорные точки ног робота сенсоры давления, которые
извещают его о том, находится его конечности в контакте с грунтом или
нет, - говорит Порамате Манонпонг. - Как только одна из ног теряет
опору, соответствующий сигнал сенсора запускает генератор хаотических
движений, и робот начинает подергивать конечностями до тех пор, пока
как-нибудь не высвободит ногу из ямы".
В ходе испытаний это инновационное решение доказало свою
эффективность: процедура высвобождения конечности из плена занимала в
среднем менее 20 секунд.
"Кто-то скажет, такой робот может использоваться службами спасения,
поскольку он легко преодолевает препятствия, - поясняет Порамате
Манонпонг. - Но нас занимал, прежде всего, вопрос, можно ли с помощью
очень простой нейронной цепочки научить весьма сложную систему
адаптивному поведению. Получается, что можно. Наверное, этот вывод
заинтересует и биологов: ведь не исключено, что и сложное поведение
живых организмов - например, тех же тараканов - регулируется крайне
простыми нейронными цепочками".
Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Дарья Брянцева
http://www.dw-world.de/dw/article/0,,5175637,00.html
