Содержание
Как распознать робота
Добро пожаловать на курс «Робототехника». В первом модуле вы узнаете:
• как могут выглядеть роботы;
• что такое робот и как его распознать;
• какие дополнительные элементы может иметь робот;
• что может заставить робота двигаться;
• где встречаются роботы дома и в городе;
• что умеют роботы и в каких областях им уже нашлось применение.
Оглавление
Что такое робототехника
Познакомьтесь с ментором курса: Николай Пак, основатель «Лиги Роботов», федеральной сети секции робототехники. В этом видео он расскажет о том, что такое робототехника, каковы основные составляющие робота и какие он может выполнять задачи.
Такие разные
Услышав слово «роботы», вы наверняка представляете себе что-то хотя бы отдаленно похожее на человека или животное.
Однако в жизни это не всегда так: форма, вид и размер робота определяются задачей, которую он решает.
Все объекты на картинках — роботы, каждый из них автоматизирует какую-то работу, выполняя заранее заданную функцию.
Антропоморфный робот заменяет человека на опасной работе
Кодовый замок «охраняет» вход в здание
Стиральная машина берет на себя стирку, полоскание и отжим
Дрон обеспечивает обзор с высоты без участия пилота
Фитнес-браслет считает шаги и потраченные калории вместо тренера
Понять, кто перед вами, помогут общие для всех роботов признаки. О них мы поговорим в следующей части модуля. Пока важно запомнить: робот может выглядеть как угодно.
Что робототехники называют роботом?
Как видите, внешнее сходство с живыми существами — не обязательный признак робота. По мнению специалистов, робота можно описать так:
Как следует из определения, робот может выглядеть как угодно.
Роботом его делают «признаки робота», а не внешний вид. Давайте разберемся.
Как устроен робот и как он работает
Каждый робот — это набор конкретных деталей, а зачастую и программ, подобранных для выполнения нужных нам действий. Но чем бы ни занимался и из чего бы ни состоял наш робот, для совершения действия он всегда будет собирать информацию, анализировать ее и действовать по результатам этого анализа.
Изучите схему, чтобы узнать, что делают привычные вам роботы на каждом из этапов и какие устройства при этом задействуют.
Шаг 1 — Ухо.
Робот получает информацию или испытывает воздействие извне. Для этого он использует датчики, сенсоры и другие устройства. Сенсор движения, который включает электричество, когда мы входим в помещение, валидатор проездного в метро, микрочип для распознавания голоса в голосовых помощниках — все это устройства для получения информации из окружающей среды.
Шаг 2 — Мозг.
Робот перерабатывает полученную информацию по заранее заданному алгоритму.
В разные времена и в разных ситуациях алгоритм работы задавали по-разному. Так, первые механические роботы начинали двигаться, когда их заводили, как часы. Сегодня «решение» обычно принимает маленький бортовой компьютер — микроконтроллер с записанной на него программой. Скажем, на основе данных с сенсора движения микроконтроллер дает освещению команду включиться или выключиться. Другой микроконтроллер решает, открывать ли турникет метро. Третий сопоставляет голосовую команду с заданным алгоритмом и по просьбе хозяина включает телевизор. Это — устройства анализа полученной информации.
Шаг 3 — Рука.
Робот выполняет нужную операцию. Программа или механизм решают, приводить робота в действие или нет. Если да — он включается и делает то, для чего предназначен. Свет включается будто сам собой, турникет метро открывается и пропускает пассажира, телевизор включается на нужной программе — это устройства, которые исполняют команды.
Как понять, что перед вами робот? Обязательные элементы
Определить, робот перед вами или нет, можно, обратив внимание на характерные признаки.
У робота всегда есть:
Система датчиков — через нее робот получает информацию из внешнего мира. Например, это датчики движения, сенсоры обнаружения препятствий и т. п.
Цель — «смысл жизни робота», та задача, ради автоматизации которой его придумали.
Алгоритм действий — по нему робот выполняет нужные действия в разных условиях в соответствии с поставленной целью (сегодня это обычно программа, раньше мог быть механизм).
Исполняющее устройство — двигатель, «руки», «ноги». То, что приводит робота в действие или изменяет его положение в пространстве.
Система, в которую объединены первые четыре пункта, то, как они связаны и взаимодействуют.
Что часто добавляют к роботам. Дополнительные элементы
Датчик, алгоритм, исполняющее устройство — это основа, заложенная внутрь любого робота. Но обойтись только этим набором сложно. Чтобы робот мог решать больше задач, а работать с ним было удобнее, к основе часто добавляют разные детали.
Ниже мы собрали самые популярные (но помните, что одними ими список не ограничивается).
Как заставить робота работать: 5 основных способов
Итак, роботы могут выглядеть по-разному, состоять из различных деталей и выполнять какие угодно задачи. Приводить их в действие тоже можно разными способами — одни известны веками, другие появились у человечества недавно.
Роботы бывают:
Механические
Заводные механические устройства использовали еще древние греки, а первый антропоморфный механический робот появился в XII веке у арабов. В наши дни механику блестяще использует нидерландский художник Тео Янсен: его знаменитые «шагающие фигуры» приводятся в действие ветром, прибоем или человеком.
Поделиться
Гидравлические
Такие роботы используют в работе законы движения жидкостей. Регулируя уровень и давление жидкости в системе, мы добиваемся от устройства нужных действий.
Таких роботов часто можно встретить в промышленности: они способны прикладывать огромную силу и при этом работать быстро и аккуратно. Именно гидравлические приводы часто используются у роботов-грузчиков
Поделиться
Электронные
Первым таким роботом принято считать миниатюрное радиоуправляемое судно, которое разработал в конце XIX века Никола Тесла. В 1930-х появились первые устройства, которые напоминали человека и могли выполнить простейшие действия и даже воспроизводить отдельные фразы. Сегодня электронные элементы в роботах используются очень широко, но зачастую в комбинации с другими типами систем.
Поделиться
Софтверные
Это роботы-программы, которые умеют взаимодействовать с объектами реального мира и давать осязаемый результат. «Умный дом» в городе, «умная теплица» на ферме, «умный климат-контроль» в офисе, программа, которая включает сеть уличного освещения по расписанию — это тоже роботы.
Поделиться
Комбинированные роботы
Самый распространенный на сегодня вид роботов. Одного принципа работы часто не хватает для решения продвинутых задач, и инженеры соединяют внутри робота несколько систем. Например, фитнес-браслет тоже использует механическую составляющую: электронная энергия преобразуется в механическую энергию вибрации, и браслет дает вам знать, что вы засиделись.
Поделиться
Очевидное-невероятное: почему чат-бот, квадрокоптер и фитнес-браслет тоже роботы
Любые устройства и программы могут считаться роботами при условии, что они делают что-то осязаемое и соответствуют другим признакам роботов. Давайте разберем это утверждение на нескольких примерах из современной жизни.
Чат-бот не робот, а обычная программа, если он:
получает от вас вопрос, ищет ответ в поисковике и выдает его вам — это всего лишь программа, связанная с другими программами, он действует в виртуальном мире.
Чат-бот — это софтверный робот, если он:
получает от вас сообщение и выключает розетку или настраивает ее работу по таймеру — он дает ощутимый результат, заметный вне виртуальной среды.
Беспилотный дрон — это классический робот: у него есть цель, система датчиков, алгоритм, управляющие устройства — система стабилизации, двигатели и т. д.
Квадрокоптер — это радиоуправляемый робот. Хотя направление движения ему задает человек (оператор) с земли, устройство само стабилизирует свое положение в пространстве, а потому может считаться роботом.
Фитнес-браслет тоже робот. Он призван заменить нам тренера в простейших ситуациях и автоматизировать записи о физической активности, то есть у него есть цель. Он определяет движение, уровень нагрузок или состояние сна за счет встроенной системы датчиков, работает по алгоритму и оказывает прямое воздействие на окружающую среду (например, вибрирует, напоминая человеку, что тот долго сидит — пора бы встать и немного размяться).
Роботы повсюду: где они встречаются в городе и дома
Мы уже говорили о том, что под влиянием научной фантастики люди считают роботами только те устройства, что похожи на людей или животных. Но мы-то с вами знаем, что роботом можно назвать любое устройство или программу, которые имеют цель, алгоритм и связаны с внешним миром через датчики и исполняющие устройства. Такие роботы давно и прочно вошли в наш обиход — и люди сталкиваются с ними каждый день, сами того не замечая.
Роботы у нас дома
1. Стиральная машина:
Стиральная машина получает указания, запускает нужную программу, а затем с помощью датчиков следит за температурой и уровнем воды. В конце она сама разблокирует дверцу и подает сигнал об окончании стирки.
2. Система управления «умным домом» (на столе):
Системы голосового управления начинают входить в нашу жизнь. Так, свыше 30 млн человек в России пользуются голосовыми помощниками на мобильных устройствах и дома.
Такие роботы бывают исключительно софтверным (как Siri компании Apple или Алиса компании «Яндекс»), а могут выпускаться и в виде устройств-колонок — Amazon Echo, Google Home, «Яндекс.Станция». Они оборудованы системой распознавания голоса и реагируют на внешний мир включением и выполнением команд, заданных программой.
3. Робот-пылесос:
Робот-пылесос может убирать по расписанию и в заданном режиме, а может включаться по требованию и убирать все пространство или отдельную зону. Датчики позволяют ему не застрять под мебелью, а в случае внештатной ситуации робот подаст звуковой сигнал. Одна только компания iRobot, известная роботом-пылесосом Roomba, продала по всему миру более 20 миллионов своих устройств — и это не единственный производитель.
4. Термометр на стене:
«Умный дом» — частный случай софтверных роботов. Климат-контроль в помещении может запускать определенные режимы по таймеру или в соответствии с показаниями датчиков. Когда на улице темнеет или светает, система сама регулирует освещение.
«Умный дом» получает информацию извне через систему датчиков, а выполняет свои функции по заданным алгоритмам через электропроводку, динамики, включение или выключение дополнительных устройств и другие элементы
5. Датчик на двери в соседнюю комнату:
Датчики — важная часть системы «умного дома». Они умеют извлекать из окружающей среды самую разную информацию, а система, обработав эту информацию, совершает заданное действие. Например, датчик движения на двери реагирует на ее открытие или закрытие и посылает сигнал на микроконтроллер, который зажигает в комнате свет.
Конечно, на картинке представлены далеко не все роботы, которые способны помогать в быту. У того же робота-пылесоса есть младший брат — небольшой вакуумный пылесос, который ползает по столу и собирает крошки. Есть и двоюродный брат — вакуумный мойщик окон.
Уже появились роботы, которые:
носят за хозяином покупки
моют посуду и сантехнику
готовят еду
кормят и развлекают домашних питомцев в отсутствие хозяина
Роботы учатся помогать не только по дому, но и в личных делах.
Так, появляются роботы-помощники для пожилых людей — они ездят за хозяином по дому, могут напомнить, какие цветы полить сегодня, вызвать экстренные службы или позвонить близким. А японский робот-компаньон Lovot призван отчасти заменить близких, когда их нет рядом, так как он умеет имитировать привязанность: если обнять такого робота, он станет теплым, а затем будет преданно следовать за хозяином.
Роботы для гостиниц, баров и торговых центров
1. Роботы-рецепционисты могут зарегистрировать постояльца, выдать ему карту-ключ и ответить на простейшие вопросы. Им не нужны перерывы и выходные, поэтому из них получаются прекрасные помощники администраторов.
2. Робот-бармен принимает заказ через мобильное приложение и наливает клиенту выбранный напиток, либо смешивает коктейль по просьбе или даже рецепту посетителя. Некоторые версии способны распознавать речь клиента и отвечать ему. Уже разработан робот-бариста, который наливает кофе и выдает конфеты, на очереди — робот-повар, который будет готовить хот-доги, картошку фри и даже блины.
3. Робот-носильщик получает команду, в какой номер надо отнести вещи гостя, и доставляет их самостоятельно. В номере его встречает другой робот, который разложит вещи по ячейкам, а перед отъездом аккуратно уложит обратно в чемодан.
4. Роботы-уборщики по заданному расписанию чистят полы, аккуратно избегая столкновений с людьми и время от времени возвращаясь на базу для подзарядки и обслуживания: им надо регулярно освобождать контейнер для пыли и чистить щетки и фильтры.
5. Камеру хранения тоже можно доверить роботу. Достаточно положить сумку или чемодан в специальное окошко — и роборука поместит его в отдельную ячейку.
Роботы на улицах города
1. Дроны помогают городским службам и полиции следить за оперативной обстановкой на улицах. На основе данных с камер дрона оператор может удаленно отрегулировать светофор или прислать специалистов на место аварии. У дрона есть камеры, а оператор в случае необходимости дает команду — и дрон меняет высоту, направление или скорость.
2. Дроны-доставщики умеют приносить заказ из ресторана или покупки из магазина. Они оборудованы GPS, чтобы добраться по нужному адресу, и устройством распознавания лиц — узнав заказчика, микроконтроллер дает манипулятору команду выпустить заказ.
3. Современные камеры автоматически засекают нарушителей на дорогах: у них есть детекторы скорости и система распознавания номеров. Если скорость превышена, они автоматически отправляют данные в систему, которая выписывает штраф (то есть действуют самостоятельно по заданному алгоритму).
4. Роботы-полицейские патрулируют улицы и обеспечивают безопасность. Скажем, в Пекине это уже реальность. Там они оборудованы системой распознавания лиц, чтобы засекать угрозу, рукой-электрошокером (ею управляет диспетчер), динамиками и камерами. При необходимости такой робот может проверить документы — обратиться к прохожему через динамик и камерой передать изображение документа диспетчеру. Тестируют полицейских и в других городах.
5. Колесные дроны уже тестируются компанией Amazon, чтобы в будущем полностью автоматизировать городскую доставку. Дрон движется по тротуару на шести колесах, огибая пешеходов, а распознав заказчика, открывает крышку и позволяет забрать заказ.
6. Кнопка на переходе реагирует на нажатие, после чего микроконтроллер через заданное алгоритмом время меняет свет на зеленый.
Робот на коленке
В этом видео ментор курса Николай Пак расскажет, как собрать робота из подручных материалов. Пока смотрите видео, постарайтесь запомнить, на какие вопросы нужно ответить, когда делаешь робота.
Если вы решитесь собрать такого робота самостоятельно —
вот инструкция
, как это сделать.
ПЕРЕЙТИ КО ВТОРОМУ МОДУЛЮ
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexAccessibilityBot/3.0; +http://yandex.com/bots) | Скачивает страницы для проверки их доступности пользователям. Его максимальная частота обращений к сайту составляет 3 обращения в секунду. Робот игнорирует настройку в интерфейсе Яндекс Вебмастера. | Нет |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexAdNet/1.0; +http://yandex.com/bots) | Робот Рекламной сети Яндекса. | Да |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexBlogs/0.99; robot; +http://yandex.com/bots) | Робот поиска по блогам, индексирующий комментарии постов. | Да |
Mozilla/5. 0 (compatible; YandexBot/3.0; +http://yandex.com/bots) | Основной индексирующий робот. | Да |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexBot/3.0; MirrorDetector; +http://yandex.com/bots) | Определяющий зеркала сайтов. | Да |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexCalendar/1.0; +http://yandex.com/bots) | Робот Яндекс Календаря. Скачивает файлы календарей по инициативе пользователей, которые часто располагаются в запрещенных для индексации каталогах. | Нет |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexDialogs/1.0; +http://yandex.com/bots) | Отправляет запросы в навыки Алисы. | Нет |
Mozilla/5. 0 (compatible; YandexDirect/3.0; +http://yandex.com/bots) | Скачивает информацию о контенте сайтов-партнеров Рекламной сети Яндекса, чтобы уточнить их тематику для подбора релевантной рекламы. | Нет |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexDirectDyn/1.0; +http://yandex.com/bots | Генерирует динамические баннеры. | Нет |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexFavicons/1.0; +http://yandex.com/bots) | Скачивает файл фавиконки сайта для отображения в результатах поиска. | Нет |
| Mozilla/5.0 (compatible; YaDirectFetcher/1.0; Dyatel; +http://yandex.com/bots) | Скачивает целевые страницы рекламных объявлений для проверки их доступности и уточнения тематики. Это необходимо для размещения объявлений в поисковой выдаче и на сайтах-партнерах. | Нет. Робот не использует файл robots.txt, поэтому игнорирует директивы, установленные для него. |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexForDomain/1.0; +http://yandex.com/bots) | Робот почты для домена, используется при проверке прав на владение доменом. | Да |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexImages/3.0; +http://yandex.com/bots) | Индексирует изображения для показа на Яндекс Картинках. | Да |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexImageResizer/2.0; +http://yandex.com/bots) | Робот мобильных сервисов. | Да |
Mozilla/5. 0 (iPhone; CPU iPhone OS 8_1 like Mac OS X) AppleWebKit/600.1.4 (KHTML, like Gecko) Version/8.0 Mobile/12B411 Safari/600.1.4 (compatible; YandexMobileBot/3.0; +http://yandex.com/bots) | Определяет страницы с версткой, подходящей под мобильные устройства. | Нет |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexMarket/1.0; +http://yandex.com/bots) | Робот Яндекс Маркета. | Да |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexMarket/2.0; +http://yandex.com/bots) | Нет | |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexMedia/3.0; +http://yandex.com/bots) | Индексирует мультимедийные данные. | Да |
Mozilla/5. 0 (compatible; YandexMetrika/2.0; +http://yandex.com/bots yabs01) | Скачивает страницы сайта для проверки их доступности, в том числе проверяет целевые страницы объявлений Яндекс Директа. | Нет. Робот не использует файл robots.txt, поэтому игнорирует директивы, установленные для него. |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexMetrika/2.0; +http://yandex.com/bots) | Робот Яндекс Метрики. | Нет |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexMetrika/3.0; +http://yandex.com/bots) | Нет | |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexMetrika/4.0; +http://yandex.com/bots) | Робот Яндекс Метрики. Скачивает и кэширует CSS-стили для воспроизведения страниц сайта в Вебвизоре. | Нет. Робот не использует файл robots.txt, поэтому игнорирует директивы, установленные для него. |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexMobileScreenShotBot/1.0; +http://yandex.com/bots) | Делает снимок мобильной страницы. | Нет |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexNews/4.0; +http://yandex.com/bots) | Робот Яндекс Новостей. | Да |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexOntoDB/1.0; +http://yandex.com/bots) | Робот объектного ответа. | Да |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexOntoDBAPI/1.0; +http://yandex.com/bots) | Робот объектного ответа, скачивающий динамические данные. | Нет |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexPagechecker/1.0; +http://yandex.com/bots) | Обращается к странице при валидации микроразметки через форму Валидатор микроразметки. | Да |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexPartner/3.0; +http://yandex.com/bots) | Скачивает информацию о контенте сайтов-партнеров Яндекса | Нет |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexRCA/1.0; +http://yandex.com/bots) | Собирает данные для формирования превью. Например, для расширенного отображения сайта в поиске. | Нет |
Mozilla/5.0 (compatible; YandexSearchShop/1. 0; +http://yandex.com/bots) | Скачивает YML-файлы каталогов товаров (по инициативе пользователей), которые часто располагаются в запрещенных для индексации каталогах. | Нет |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexSitelinks; Dyatel; +http://yandex.com/bots) | Проверяет доступность страниц, которые используются в качестве быстрых ссылок. | Да |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexSpravBot/1.0; +http://yandex.com/bots) | Робот Яндекс Бизнеса. | Да |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexTracker/1.0; +http://yandex.com/bots) | Робот Яндекс Трекера. | Нет |
Mozilla/5. 0 (compatible; YandexTurbo/1.0; +http://yandex.com/bots) | Обходит RSS-канал, созданный для формирования Турбо-страниц. Его максимальная частота обращений к сайту составляет 3 обращения в секунду. Робот игнорирует настройку в интерфейсе Яндекс Вебмастера и директиву Crawl-delay. | Да |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexUserproxy; robot; +http://yandex.com/bots) | Проксирует действия пользователей на сервисах Яндекса: отправляет запросы в ответ на нажатие кнопок, скачивает страницы для перевода онлайн и т. д. | Нет |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexVertis/3.0; +http://yandex.com/bots) | Робот поисковых вертикалей. | Да |
Mozilla/5. 0 (compatible; YandexVerticals/1.0; +http://yandex.com/bots) | Робот Яндекс Вертикалей: Авто.ру, Янекс.Недвижимость, Яндекс Работа, Яндекс Отзывы. | Да |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexVideo/3.0; +http://yandex.com/bots) | Индексирует видео для показа в поиске Яндекса по видео. | Да |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexVideoParser/1.0; +http://yandex.com/bots) | Индексирует видео для показа в поиске Яндекса по видео. | Нет |
| Mozilla/5.0 (compatible; YandexWebmaster/2.0; +http://yandex.com/bots) | Робот Яндекс Вебмастера. | Да |
Mozilla/5. 0 (X11; Linux x86_64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/W.X.Y.Z* Safari/537.36 (compatible; YandexScreenshotBot/3.0; +http://yandex.com/bots) | Делает снимок страницы. | Нет |
Исследование
: никому не нужны социальные роботы, похожие на людей, потому что они угрожают нашей идентичности
Как понял Верн, Гражданская война в США (во время которой
было выполнено 60 000 ампутаций) положило начало современной эре протезирования в Соединенных Штатах благодаря федеральному финансированию и волне патентов на дизайн, поданных протезистами-предпринимателями. Две мировые войны укрепили коммерческую индустрию протезирования как в Соединенных Штатах, так и в Западной Европе, а продолжающаяся война с терроризмом помогла ей превратиться в индустрию с оборотом в 6 миллиардов долларов США по всему миру. Однако эти недавние инвестиции не являются результатом непропорционально большого количества ампутаций в ходе военных конфликтов: около 1500 американских солдат и 300 британских солдат лишились конечностей в Ираке и Афганистане.
Потеря конечностей среди населения в целом затмевает эти цифры. Только в Соединенных Штатах более 2 миллионов человек живут с потерей конечностей, при этом 185 000 человек ежегодно подвергаются ампутации. Гораздо меньшее число детей — от 1500 до 4500 детей в год — рождаются с разницей или отсутствием конечностей, включая меня.
Сегодня люди, разрабатывающие протезы, как правило, инженеры с добрыми намерениями, а не сами инвалиды. Мясистые обрубки мира служат хранилищем мечтаний этих дизайнеров о высокотехнологичном, сверхчеловеческом будущем. Я знаю это, потому что на протяжении всей своей жизни я был оснащен одними из самых
самые передовые протезы на рынке. После рождения без левого предплечья я был одним из первых младенцев в Соединенных Штатах, которым снабдили миоэлектрическим протезом руки — электронным устройством, управляемым мышцами носителя, напрягающимися от датчиков внутри гнезда протеза. С тех пор я носил множество протезов рук, каждый из которых стремился к идеальному воспроизведению человеческой руки — иногда за счет эстетики, иногда за счет функциональности, но всегда предназначенный для имитации и замены того, что отсутствовало.
За время моей жизни миоэлектрические руки превратились из когтеобразных конструкций в мультизахватные, программируемые, анатомически точные копии человеческой руки, большинство из которых стоит десятки тысяч долларов. Журналисты не могут налюбоваться этими изощренными, многоцелевыми «бионическими» руками с реалистичной силиконовой кожей и органическими движениями, негласно обещая, что инвалидность скоро исчезнет, а любая потерянная конечность или орган будет заменена равноценной копией. Инновации в области протезов рук рассматриваются как соревнование с высокими ставками, чтобы увидеть, что технологически возможно. Тайлер Хейс, генеральный директор стартапа по производству протезов
Atom Limbs изложила это в видео WeFunder, которое помогло собрать 7,2 миллиона долларов от инвесторов: «Каждый лунный полет в истории начинался с изрядной доли сумасшествия, от электричества до космических путешествий, и Atom Limbs ничем не отличается».
Мы вовлечены в гонку бионических рук.
Но делаем ли мы реальный прогресс? Пришло время спросить, для кого на самом деле нужны протезы и чего они, как мы надеемся, на самом деле сделают. Каждая новая бионическая рука с несколькими захватами имеет тенденцию быть более сложной, но и более дорогой, чем предыдущая, и с меньшей вероятностью покрывается (даже частично) страховкой. И, как показывают недавние исследования, гораздо более простые и гораздо менее дорогие протезы могут одинаково хорошо выполнять многие задачи, а причудливые бионические руки, несмотря на все их электронные возможности, редко используются для хватания.
Активные руки, такие как этот, изготовленный протезной фирмой Arm Dynamics, дешевле и долговечнее, чем бионические протезы. Насадка от компании Texas Assistive Devices, производящей протезы, рассчитана на очень большой вес, что позволяет автору выполнять упражнения, которые были бы рискованными или невозможными с ее гораздо более дорогой бибионической рукой.
Габриэла Хасбун; Макияж: Мария Нгуен для косметики MAC; Волосы: Джоан Лаки для Living Proof
Function or Form
В последние десятилетия подавляющее внимание исследований и разработок новых искусственных рук было сосредоточено на совершенствовании различных типов захватов. Многие из самых дорогих рук на рынке отличаются количеством и разнообразием выбираемых цепких захватов. Мой собственный медиа-любимец руки, bebionic от Ottobock, который я получил в 2018 году, имеет силовую рукоятку в форме кулака, щипковые рукоятки и один очень специфический режим с большим пальцем поверх указательного для вежливой передачи кредитной карты. Моя миоэлектрическая рука 21-го века казалась замечательной, пока я не попытался использовать ее для некоторых рутинных задач, где она оказалась
еще громоздко и занимает много времени, чем если бы я просто оставил его на диване. Я не мог использовать его, чтобы закрыть дверь, например, задача, которую я могу сделать с моей культей.
А без чрезвычайно дорогого дополнения в виде запястья с электроприводом я не мог пересыпать овсянку из кастрюли в миску. Выполнение задач крутым бионическим способом, даже если это имитировало две руки, было явно не лучше, чем выполнение вещей по-моему, иногда с помощью моих ног и ступней.
Когда я впервые заговорил с
Эд Спирс, лектор по робототехнике и машинному обучению в Имперском колледже Лондона, был в своем кабинете поздно ночью, но его все еще волновали роботизированные руки — нынешнее направление его исследований. Спайерс говорит, что антропоморфная роботизированная рука неизбежна, от реальности сегодняшнего протезирования до фантазии научной фантастики и аниме. «На одной из своих первых лекций здесь я показывал отрывки из фильмов и мультфильмов и то, как крутые кинематографисты делают руки роботов», — говорит Спирс. «В аниме Gundam , есть так много крупных планов гигантских рук роботов, хватающих такие вещи, как массивные пушки. Но почему это должна быть человеческая рука? Почему у робота просто нет пистолета вместо руки?»
Пришло время спросить, для кого на самом деле нужны протезы и чего они, как мы надеемся, на самом деле сделают.
Спирс считает, что разработчики протезов слишком увлечены формой, а не функцией. Но он поговорил с ними достаточно, чтобы понять, что они не разделяют его точку зрения: «У меня такое ощущение, что людям нравится идея о том, что люди великие, и что руки делают людей совершенно уникальными». Почти каждый университетский факультет робототехники, который посещает Спирс, занимается разработкой антропоморфных роботов. «Вот как выглядит будущее», — говорит он, и его голос звучит немного раздраженно. «Но часто есть лучшие способы».
Подавляющее большинство людей, пользующихся протезами конечностей, — это люди с односторонней ампутацией — люди с ампутациями, затрагивающими только одну сторону тела, — и они практически всегда используют свою доминирующую «мясистую» руку для деликатных задач, таких как поднятие чашки. Как односторонние, так и двусторонние ампутированные конечности также получают помощь от своего туловища, ступней и других объектов в их окружении; редко задачи выполняются одним протезом.
И все же, общие клинические оценки для определения успеха протеза основаны на использовании только протеза без помощи других частей тела. Такие оценки, похоже, предназначены для демонстрации возможностей протеза руки, а не для определения того, насколько он полезен в повседневной жизни пользователя. Инвалиды по-прежнему не являются арбитрами стандартов протезирования; мы все еще не в центре дизайна.
Крюк Хосмера [слева], первоначально разработанный в 1920 году, представляет собой оконечное устройство с питанием от тела, которое используется до сих пор. Насадка-молоток [справа] может быть более эффективной, чем насадка-захват, при забивании гвоздей в дерево. Слева: Джон Прието/The Denver Post/Getty Images; Справа: Hulton-Deutsch Collection/Corbis/Getty Images
Протезы в реальном мире
Чтобы узнать, как пользователи протезов живут со своими устройствами,
Спирс руководил исследованием, в котором использовались камеры, надетые на головы участников, для записи ежедневных действий восьми человек с односторонней ампутацией или врожденными различиями конечностей.
Исследование, опубликованное в прошлом году в IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics , включал несколько разновидностей миоэлектрических рук, а также систем с питанием от тела, которые используют движения плеча, груди и плеча, передаваемые по кабелю, для механического управления захватом в конце протез. Исследование проводилось, когда Спирс был научным сотрудником лаборатории GRAB Йельского университета, возглавляемой Аароном Долларом. Помимо Доллара, он тесно сотрудничал с аспиранткой Джиллиан Кокран, которая была соавтором исследования.
Просматривая необработанные кадры из исследования, я чувствовал одновременно грусть и чувство товарищества с анонимными пользователями протезов. На роликах видны неуклюжесть, просчеты и случайные падения, знакомые даже очень опытным пользователям протезов рук. Часто протез просто помогает прижать объект к телу, которым можно управлять другой рукой. Также было очевидно, сколько времени люди тратили на подготовку своих миоэлектрических протезов для выполнения задачи — часто требовалось несколько дополнительных секунд, чтобы вручную или с помощью электроники повернуть запястья своих устройств, выровнять объект, чтобы правильно схватить его, и отработать захват.
подход. Участник, который повесил бутылку с дезинфицирующим спреем на «крючок» руки, протирая кухонный стол, казалось, был тем, кто все понял.
В ходе исследования протезы использовались в среднем только для 19 процентов всех зафиксированных манипуляций. В целом протезы использовались в основном для нехватательных действий, а другая, «неповрежденная» рука выполняла большую часть хватания. Исследование выявило большие различия в использовании между теми, у кого неэлектрические протезы с питанием от тела, и теми, у кого есть миоэлектрические протезы. Для пользователей протезов с приводом от тела, у которых ампутация была ниже локтя, почти 80 процентов использования протезов приходилось на движения без захвата — толкание, нажатие, вытягивание, подвешивание и стабилизация. Для миоэлектрических пользователей устройство использовалось для захвата только в 40 процентах случаев.
Что еще более показательно, пользователи с неэлектрическими захватами или разъемными крюками тратили значительно меньше времени на выполнение задач, чем пользователи с более сложными протезами.
Спайерс и его команда отметили плавность и скорость, с которой первые приступили к выполнению задач в своих домах. Они могли использовать свои искусственные руки почти мгновенно и даже получать прямую тактильную обратную связь через кабель, который управляет такими системами. Исследование также выявило небольшую разницу в использовании между миоэлектрическими устройствами с одним захватом и более причудливыми миоэлектрическими многошарнирными руками с несколькими захватами, за исключением того, что пользователи, как правило, избегали подвешивания предметов на своих руках с несколькими захватами, по-видимому, из страха сломать их.
«У нас сложилось впечатление, что люди с миоэлектрическими руками с несколькими хватами довольно осторожно подходят к их использованию», — говорит Спирс. Это неудивительно, поскольку большинство миоэлектрических рук стоят более 20 000 долларов, редко получают одобрение страховки, требуют частой профессиональной поддержки для изменения схемы хвата и других настроек, а также требуют дорогостоящих и длительных процессов ремонта.
По мере того, как протезные технологии становятся все более сложными и запатентованными, все большую озабоченность вызывает долгосрочная работоспособность. В идеале устройство должно легко ремонтироваться пользователем. И все же некоторые стартапы в области протезирования предлагают модель подписки, при которой пользователи продолжают платить за доступ к ремонту и поддержке.
Несмотря на выводы своего исследования, Спирс говорит, что подавляющее большинство исследований и разработок в области протезирования по-прежнему сосредоточено на совершенствовании способов захвата дорогих высокотехнологичных бионических рук. По его словам, даже помимо протезирования исследования манипуляций в исследованиях приматов и робототехники в подавляющем большинстве связаны с хватанием: «Все, что не хватает, просто выбрасывается».
TRS производит широкий ассортимент протезов с приводом от тела для различных хобби и занятий спортом. Каждое приспособление предназначено для определенной задачи, и их можно легко заменить для различных видов деятельности.
Fillauer TRS
Хватаясь за историю
Если мы решили, что то, что делает нас людьми, — это наши руки, а то, что делает руку уникальной, — это ее способность хватать, то единственный протез, который у нас есть, — это тот, который прикреплен к запястьям большинства людей. Тем не менее, погоня за максимальной пятизначной хваткой не обязательно является следующим логическим шагом. Фактически, история показывает, что люди не всегда были зациклены на идеальном воссоздании человеческой руки.
Как рассказывается в сборнике эссе 2001 г.
Письмо на руках: память и знания в Европе раннего Нового времени , представления о руке развивались на протяжении столетий. «Душа подобна руке; ибо рука есть орудие инструментов», — писал Аристотель в De Anima . Он полагал, что человечество было намеренно наделено подвижной и цепкой рукой, потому что только наш уникально разумный мозг мог использовать ее — не как простую утварь, а как инструмент для apprehensio , или «схватывания» мира в прямом и переносном смысле.
Спустя более 1000 лет идеи Аристотеля нашли отклик у художников и мыслителей эпохи Возрождения. Для Леонардо да Винчи рука была посредником между мозгом и миром, и он приложил исключительные усилия в своих анализах и иллюстрациях человеческой руки, чтобы понять ее основные компоненты. Его тщательные исследования сухожилий и мышц предплечья и кисти привели его к выводу, что «хотя человеческая изобретательность делает различные изобретения… она никогда не найдет изобретений более красивых, более подходящих или более прямых, чем природа, потому что в ее изобретениях нет ничего недостающего и ничего лишнего».
Иллюстрации да Винчи вызвали волну интереса к анатомии человека. Тем не менее, при всем тщательном изображении человеческой руки европейскими мастерами, рука рассматривалась скорее как источник вдохновения, чем как объект, который простые смертные могли воспроизвести. На самом деле было широко признано, что хитросплетения человеческой руки свидетельствуют о божественном замысле.
Никакая машина, заявил христианский философ Уильям Пейли, не является «более искусственной или более очевидной», чем сгибатели руки, что предполагает преднамеренный замысел Бога.
Выполнение задач крутым бионическим способом, даже если это имитировало две руки, было явно не лучше, чем выполнение вещей по-моему, иногда с помощью моих ног и ступней.
К середине 1700-х годов, когда на глобальном севере произошла промышленная революция, начал формироваться более механистический взгляд на мир, и грань между живыми существами и машинами начала стираться. В своей статье 2003 года «
Wetware восемнадцатого века, — пишет Джессика Рискин, профессор истории Стэнфордского университета, — период между 1730-ми и 1790s был симуляцией, в которой механики искренне пытались сократить разрыв между живыми и искусственными механизмами». В этот период произошли значительные изменения в конструкции протезов конечностей. В то время как механические протезы 16-го века были отягощены железом и пружинами, в протезе 1732 года с приводом от тела использовалась система шкивов для сгибания руки, сделанной из легкой меди.
К концу 18 века металл заменили кожей, пергаментом и пробкой — более мягкими материалами, имитирующими живую материю.
Технооптимизм начала 20-го века привел к очередным изменениям в дизайне протезов.
Вольф Швейцер, патологоанатом Цюрихского института судебной медицины, человек с ампутированными конечностями. Он владеет широким спектром современных протезов рук и имеет необходимый опыт для их тестирования. Он отмечает, что анатомически правильные протезы рук вырезались и выковывались на протяжении большей части 2000 лет. И все же, по его словам, разрезной крючок 20-го века с приводом от тела «более современен», его конструкция больше стремится сломать форму человеческой руки.
«Рука, приводимая в действие телом, — с точки зрения ее символизма — (по-прежнему) выражает человеко-машинный символизм индустриального общества 1920-х годов».
пишет Швейцер в своем блоге о протезах рук, «когда человек должен был функционировать как заводная шестерня на производственных линиях или в сельском хозяйстве».
В оригинальном дизайне крючка Хосмера 1920-х годов петля внутри крючка была помещена только для завязывания обуви, а другая — только для удержания сигарет. Эти дизайны, как сказал мне Ad Spiers, были «невероятно функциональными, функциональность превыше формы. Все части служили определенной цели».
Швейцер считает, что по мере того, как в 20-м веке потребность в ручном труде уменьшалась, протезы, которые были высокофункциональными, но не натуралистичными, затмились новым высокотехнологичным видением будущего: «бионическими» руками. В 2006 году Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов США запустило
Революционное протезирование, исследовательская инициатива по разработке следующего поколения протезов рук с «почти естественным» контролем. В рамках программы стоимостью 100 миллионов долларов были созданы два многошарнирных протеза руки (один для исследований, а другой стоимостью более 50 000 долларов). Что еще более важно, это повлияло на создание других подобных протезов, сделав бионическую руку — как ее представляли себе военные — святым Граалем в протезировании.
Сегодня бионическая рука с несколькими захватами является гегемоном, символом целостности киборга.
И все же некоторые разработчики протезов придерживаются другого видения. TRS, базирующаяся в Боулдере, штат Колорадо, является одним из немногих производителей
протезы для конкретных видов деятельности, которые часто более долговечны и более доступны с финансовой точки зрения, чем роботизированные протезы. Эти пластмассовые и силиконовые насадки, в том числе мягкое устройство в форме гриба для отжиманий, храповой зажим для подъема тяжестей и вогнутый плавник для плавания, помогли мне ощутить наибольшую функциональность, которую я когда-либо получал от протеза руки. .
Такие низкотехнологичные протезы для активности и протезы с питанием от тела работают на удивление хорошо, а стоимость бионических рук составляет ничтожную долю. Они не выглядят и не действуют как человеческие руки, и от этого они функционируют лучше. Согласно Швейцеру, протезы с приводом от тела
инженеры регулярно называют его «мистическим» или насмешливо называют «капитаном Крюком».
Будущие бионические плечи и локти могут иметь огромное значение в жизни людей, у которых отсутствует конечность до плеча, если предположить, что эти устройства можно будет сделать надежными и доступными. Но для Швейцера и большого процента пользователей, неудовлетворенных своими миоэлектрическими протезами, индустрия протезов еще не предложила ничего принципиально лучшего или более дешевого, чем протезы с питанием от тела.
Прорывы, которых мы хотим
Бионические руки стремятся сделать людей с ограниченными возможностями «цельными», чтобы мы участвовали в мире, который в культурном отношении двурукий. Но гораздо важнее, чтобы мы жили так, как хотим, с доступом к необходимым нам инструментам, чем чтобы мы выглядели как все. В то время как многие люди с разными конечностями использовали бионические руки для взаимодействия с миром и самовыражения, многовековые усилия по совершенствованию бионической руки редко сосредотачиваются на нашем жизненном опыте и том, что мы хотим делать в своей жизни.
Нам обещали прорыв в технологии протезирования на протяжении большей части 100 лет. Мне вспоминается научный ажиотаж вокруг выращенного в лаборатории мяса, который кажется одновременно взрывным сдвигом и признаком интеллектуальной капитуляции, когда политические и культурные изменения игнорируются в пользу технологического исправления. С персонажами в мире протезирования — врачами, страховыми компаниями, инженерами, протезистами и военными — которые десятилетиями играют одни и те же роли, почти невозможно создать что-то действительно революционное.
Между тем, эта метафорическая гонка на Луну — это миссия, которая забыла о своей первоначальной цели: помочь людям с ограниченными возможностями приобретать и использовать инструменты, которые они хотят. Есть недорогие, доступные, низкотехнологичные протезы, которые доступны прямо сейчас и требуют инвестиций в инновации для дальнейшего снижения затрат и улучшения функциональности. И, по крайней мере, в Соединенных Штатах существует сломанная система страхования, которую необходимо починить.
Освобождение себя от гонки бионических ручных вооружений может открыть возможности более функциональных конструкций, которые будут более полезными и доступными, и могут помочь нам вернуть наши устремления в области протезирования на землю.
Эта статья опубликована в печатном выпуске за октябрь 2022 г.
Шесть реалистичных роботов, которые доказывают, что будущее эволюции человека — синтетическое
Роботы-гуманоиды подошли очень близко к тому, чтобы преодолеть зловещую долину. С правильными характеристиками они почти неотличимы от своих органических аналогов. Почти. Последние итерации могут говорить, как мы, ходить, как мы, и выражать широкий спектр эмоций. Некоторые из них могут поддерживать беседу, другие способны помнить последнее ваше взаимодействие с ними.
Благодаря своему высокому уровню развития эти похожие на живых роботов могут оказаться полезными в помощи пожилым людям, детям или любому человеку, нуждающемуся в помощи в повседневных задачах или общении.
Например, был проведен ряд исследований, изучающих эффективность человекоподобных роботов, поддерживающих детей с аутизмом посредством игры.
Но, когда такие люди, как Илон Маск, выражают озабоченность по поводу риска искусственного интеллекта, возникают некоторые споры о том, насколько мы человечны.0019 действительно хотят, чтобы наши роботизированные аналоги были такими. И, подобно Маску, некоторые из нас могут беспокоиться о том, как будет выглядеть наше будущее, когда интеллект сочетается с совершенно человеческим внешним видом. Но Софию, ультрареалистичного гуманоида, созданного Hanson Robotics, это не волнует. ИИ «полезен для мира», говорит она.
Тем не менее, несмотря на то, что технология, лежащая в основе передовой робототехники-андроида, прошла долгий путь, предстоит еще много работы, прежде чем мы сможем поговорить с сущностью лицом к лицу, не имея возможности сказать, что мы говорим с репликой.
Но это не значит, что ученые и инженеры не подошли близко.
Имея это в виду, вот шесть человекоподобных роботов, которые подошли ближе всего к преодолению зловещей долины.
1. Первый Android-диктор новостей
Источник изображения: Yoshikazu Tsuno/Getty Images
В 2014 году японские ученые с гордостью представили то, что они называют самым первым андроидом, читающим новости. Реалистичный диктор новостей под названием «Кодомороид» прочитал в прямом эфире сюжет о землетрясении и рейде ФБР.
Хотя она — или она — сейчас ушла на пенсию в Токийский национальный музей новой науки и инноваций, она все еще активна. Она помогает посетителям и собирает данные для будущих исследований о взаимодействии между человеческими андроидами и их реальными аналогами.
2. BINA48
Источник изображения: Hanson Robotics
BINA48 — разумный робот, выпущенный в 2010 году движением Terasem под руководством предпринимателя и писателя Мартины Ротблатт. С помощью дизайнера и исследователя робототехники Дэвида Хэнсона BINA48 была создана по образу жены Ротблата, Бины Аспен Ротблатт.
BINA48 дала интервью New York Times, появилась в National Geographic и путешествовала по миру, появляясь в ряде телешоу. Посмотрите, как она оценивается в интервью Times ниже.
3. Geminoid DK
Источник изображения: GeminoidDK/YouTube
GeminoidDK — ультрареалистичный робот-гуманоид, созданный в результате сотрудничества между частной японской фирмой и Университетом Осаки под руководством Хироши Исигуро, директора Лаборатория интеллектуальной робототехники университета.
GeminoidDK создан по образцу датского профессора Хенрика Шарфе из Ольборгского университета в Дании. Неудивительно, что его работа связана с философским изучением знания — того, что отличает истинное знание от ложного.
Профессор Шарфе вдохновил не только внешний вид. Его поведение, черты характера и то, как он пожимает плечами, также были воплощены в жизнь роботизированных движений.
4. Джунко Чихира
Источник изображения: calenjapon/YouTube
Этот сверхреалистичный андроид, созданный Toshiba, постоянно работает в туристическом информационном центре в Токио.
Она может приветствовать клиентов и информировать посетителей о текущих событиях. Она может говорить на японском, китайском, английском, немецком и даже на языке жестов.
Дзюнко Чихира является частью гораздо более масштабных усилий Японии по подготовке к Олимпийским играм в Токио в 2020 году. С наплывом посетителей со всего мира в 2020 году стране будут помогать не только роботы-помощники для туристов; дроны, автономные строительные машины и другие умные помощники также будут помогать.
5. Надин
Источник изображения: NTUsg/YouTube
Этот гуманоид был создан Наньянским технологическим университетом в Сингапуре. Ее зовут Надин, и она рада поговорить с вами практически обо всем, что вы можете придумать. Она может запомнить то, о чем вы с ней говорили, в следующий раз, когда вы с ней поговорите.
Надин — прекрасный пример «социального робота» — гуманоида, способного стать личным компаньоном, будь то пожилые люди, дети или те, кому требуется особая помощь в виде человеческого контакта.