Робот-андроид NAO фирмы Aldebaran Robotics

 

Роботизированный быт — сегодня, завтра или в неопределенном будущем?

Рассказывать о современных роботах — одновременно и очень просто, и очень сложно. В этом легко убедиться, просмотрев на любом сайте парочку обзоров, посвященном робототехнике. Их авторы, сделав надлежащее вступление, полное восторженных слов, быстро сбиваются на перечисление произвольно выбранных примеров, практически не поддающихся каким-либо осмысленным обобщениям. Описания, приведенные в разных работах, пересекаются между собой крайне редко, и некоторые из них действительно поражают воображение, в частности рассказ о роботе, способном распознавать лица и жесты, приветствовать знакомые лица по имени и воспринимать эмоциональное состояние человека.

Но не ищите в этих обзорах ответ на главный вопрос: «Зачем все это надо?». Авторы, увлекшись перечислением фантастических, по их мнению, возможностей, иногда просто забывают о том, что роботы для дома, вообще-то, должны осуществлять какую-либо полезную функцию. Порой мельком упоминается, что такие роботы умеют принимать электронную почту и (о, чудо!) сообщать об этом хозяину голосом. Самые совершенные способны по команде принести какой-либо предмет или проделать что-нибудь столь же интеллектуальное, к примеру, открыть пивную бутылку (можно себе представить, сколько времени приходится затратить на предварительное обучение!). Поневоле создается впечатление, что все усилия направлены исключительно на создание дорогих игрушек для взрослых — хотя, конечно, это не так.

Пропустив через фильтр практической полезности многочисленные сведения о постоянно появляющихся новых моделях домашних роботов, поступающих на рынок, я пришел к выводу о том, что в настоящее время положение, сложившееся в робототехнике, чем-то напоминает ситуацию с компьютерами в 60—70 годах прошлого века. Ведь и в наши дни роботы, как и вычислительные машины того времени, широко используются в вооруженных силах и на производстве, где их применение продвинулось довольно далеко. В создании военных роботов лидируют США. По некоторым прогнозам, к 2020 г. каждый третий американский военнослужащий или образец вооружения/техники будет роботизированным механизмом. А в области промышленных роботов уже давно вперед вышла Япония, по количеству интеллектуальных механизмов на предприятиях (295 роботов на 10 тыс. работников) далеко обойдя все остальные страны, даже самые развитые, — в Европе, например, их в 6 раз меньше: 50 роботов на 10 тыс. работников. Что же касается домашних киберпомощников, то вспоминается сакраментальная фраза руководителя компании DEC Кена Олсона, который в 1970-е годы заявил: «Едва ли кому-нибудь захочется иметь компьютер дома!». Она полностью подходит к современным неуклюжим и дорогим «умным» механизмам.

Роботы военного и промышленного назначения совершенно не похожи на знакомые нам по фантастическим фильмам образы Робокопа и Терминатора. Как правило, это узкоспециализированные автоматы, управляемые человеком. Роботы с развитым интеллектом в армии и на производстве просто не нужны — там гораздо более востребован автономный механизм, способный очень хорошо выполнять одну-единственную задачу. Легко вообразить, что нас ждет при конверсии подобных разработок, когда они будут представлены на массовом рынке в виде многочисленных, но специализированных домашних помощников. Впрочем, в ближайшее время у себя дома универсальных помощников-андроидов, очевидно, ждать не стоит: слишком мала их функциональность. Например, робот NAO французской фирмы Aldebaran имеет цену в диапазоне от 200 до 700 тыс. руб. в зависимости от модели, а практических умений у него меньше, чем у трехлетнего ребенка.

Кстати, многие подобные роботы обладают открытым интерфейсом, и Microsoft даже выпустила специальную среду Robotics Developer Studio, позволяющую самостоятельно программировать их поведение. Это качество отлично подтверждает представление о современных бытовых роботах как о продвинутых технических игрушках для гиков, а не о практически полезных и законченных устройствах. Для примера представьте себе личный автомобиль или холодильник, который можно перестраивать самостоятельно.

Пока же действительно полезные роботизированные устройства представлены немногими классами, где с большим отрывом лидируют роботы-уборщики и газонокосильщики, которые уже выпускаются массово. Распространены также обучающе-развлекательные роботы-конструкторы для подростков и для развлечения. Относительной экзотикой пока остаются роботы-охранники, роботизированные протезы (вплоть до экзоскелетов) и тому подобные устройства, которым до широкого распространения еще далеко. Здесь мы рассмотрим подробнее несколько популярных разновидностей механических слуг.

 

Роботы-уборщики

Роботы-уборщики появились еще в 2002 г. с подачи калифорнийской компании iRobot — одного из самых известных разработчиков робототехники для NASA и Пентагона. Набив руку на военных роботах-саперах и разведчиках, iRobot рискнула выйти на массовый рынок с роботом-пылесосом Roomba. До конца десятилетия она продала около 6 млн подобных устройств, так что это ее начинание можно считать вполне успешным. К настоящему времени у iRobot появилось множество конкурентов — от Neato Robotics, основанной выпускниками Стэндфорда, и южнокорейской Yujin Robot (торговая марка — iClebo) до безымянных китайских производителей. Пытаются выйти на этот рынок и такие известные компании, как Karcher, хотя пока и не очень удачно — их продукция оказалась слишком дорогой и примитивной.

После чтения обзоров, посвященных продукции этих фирм, и отзывов о ней, о выпускаемых устройствах сложилось не слишком благоприятное впечатление : ничего принципиально нового в процесс уборки они пока не внесли. Роботы-пылесосы, как нередко признаются даже сами продавцы этой техники, — по сути не пылесосы, а усовершенствованные электровеники. Функция всасывания у некоторых моделей вообще сведена к минимуму — она существует лишь затем, чтобы собранная щетками пыль сразу же не высыпалась на пол. Очевидно, это объясняется попыткой сэкономить энергию аккумуляторов и заодно уменьшить шум. Один из самых мощных роботов-пылесосов, Neato XV-21, всасывает пыль лучше других, но шумит при работе, как взлетающий лайнер.

Робот-пылесос Neato XV-21

 

Интересная особенность сектора рынка роботов-уборщиков заключается в том, что здесь, как ни в какой другой области, разработчики до предела выжимают из одной модели, однажды доведенной до ума, все возможное. Изменяя корпуса, функциональность, комплектацию и, разумеется, прошивки, они получают целый модельный ряд, который в случае iRobot Roomba состоит из двух десятков наименований. Цена различных моделей на нашем рынке колеблется от 7 тыс. до 30 тыс. руб. с лишним. Однако не стоит забывать, что в основе такого разнообразия лежит одна и та же модель. И потому не ждите, что Roomba 790 за 32 тыс. руб. будет убирать в 5 раз лучше, чем Roomba 410 за 7,5 тыс. руб. Различаются они исключительно удобством использования (например, наличием или отсутствием автоматически подключающейся базы подзарядки, пультом управления, возможностью программирования и т. д.) и тщательностью отработки интеллектуальных алгоритмов.

Роботы iRobot Roomba, выпущенные после 2005 г., имеют открытый интерфейс программирования, и предполагается, что их можно модернизировать самостоятельно. Компания Neato Robotics стремится довести эту тенденцию до ума. Она выпускает небольшой модельный ряд, состоящий из двух-трех разновидностей, зато периодически обновляет прошивки для уже выпущенных моделей, что, по отзывам некоторых пользователей, позволяет заметно улучшить их работу.

Самое слабое место этих автоматов — как раз интеллектуальные функции, а не хромающее качество уборки. Наиболее популярные модели среднего ценового диапазона (15 тыс.—20 тыс. руб.) могут терять ориентацию, «забывать» расположение базы, застревать в узких проходах или под низкой мебелью, спотыкаться на непредвиденных препятствиях. Например, они способны легко взбираться на порожек высотой 2 см, но застревать на круглой горизонтальной ножке вентилятора диаметром 1 см. Что касается качества уборки, то практически у всех таких роботов узкое место — углы, откуда из-за недостаточной мощности всасывания они не способны забирать пыль. Одни роботы лучше убирают в центре помещения, другие — вдоль стен, а значит, приготовьтесь к тому, что идеальной чистоты вы не получите ни за какие деньги. Например, даже если у вас лучшие из моделей роботов, то при случайном перемещении базы со своего места в процессе уборки вы гарантированно собьете робот с толку, и потому легонькое зарядное устройство приходится закреплять на полу двусторонним скотчем (следы от которого, между прочим, удаляются с большим трудом). К тому же участок вокруг базы диаметром 0,5 м приходится убирать вручную.

У большинства роботов-пылесосов скорость уборки равна примерно 1 м 2 /мин. Д ля самых дорогих моделей м аксимальная убираемая площадь на одной зарядке колеблется от 40—50 до 100 м 2 и более. Различаются устройства и по длительности зарядки: самые дешевые заряжаются от сети через подключаемый вручную адаптер в течение 7—8 ч, а дорогие подключаются к базе самостоятельно, и их зарядка занимает 1,5—2,0 ч. Следует также учесть, что большинство таких уборщиков нельзя использовать во влажных помещениях или при наличии жидкостей на полу. Разлитый сладкий кофе в лучшем случае приведет к необходимости чистить пылесборник от налипшей пыли (а ведь в инструкции указано, что его нельзя мыть!), а в худшем — к полному отказу агрегата.

Вобщем, было выявлено множество различных осложнений, возникающих в процессе такой автоматизированной уборки. И все это позволило сделать вывод о том, что киберпылесос может послужить неплохим дополнением к приходящей раз в неделю домработнице, да и то не всегда. А вот хозяевам лохматых домашних питомцев он, несомненно, пригодится: с ежедневным сбором шерсти робот-пылесос справляется неплохо — правда, ее скопления в углах и под низкими предметами мебели останутся нетронутыми. Однако в любом случае его деятельность приходится дополнять периодической влажной уборкой вручную. Увы, возможностей роботов-пылесосов пока недостаточно, чтобы заменить человека.

Кстати, а как насчет влажной уборки? Есть ведь и моющие роботы, например iRobot Scooba. Они действительно выполняют функции человека с тряпкой, но количество ограничений сводит их полезность к минимуму. Моющие роботы работают только на ровных поверхностях без складок и порогов, причем лишь на водонепроницаемых покрытиях, стойких к используемым реагентам. Кроме того, у моющих роботов нет базы для зарядки, к которой пылесосы подключаются автоматически, — требования электробезопасности этого не позволяют. К сожалению, качество мытья с помощью подобных агрегатов оставляет желать лучшего, а уход за ними после выполнения работы занимает столько времени, что практически все, кто испробовал их, пришли к мнению, что «проще, качественнее и быстрее протереть обычной шваброй».

 

Кибернетический косарь

Роботы-газонокосилки, пожалуй, находятся на втором месте по популярности после киберпылесосов, и их можно отнести к тому же классу уборщиков. Понятно, что они имеют свою специфику: у них гораздо большая мощность, а также необходимо принимать специальные меры по защите техники от дождя и опрокидывания. Кроме того, они в десятки раз дороже роботов-пылесосов — их цены начинаются от 2000 долл., а приемлемые по функциональности агрегаты стоят от 100 тыс. до150 тыс. руб. В отличие от пылесосов, подобные агрегаты выпускают не только молодые фирмы, основанные специалистами по робототехнике, но и многие заслуженные, такие как Honda, Bosh и Husqvarna. А поскольку всем понятно, что такая техника не может быть дешевой, то в нее устанавливают долговечные мощные литий-ионные аккумуляторы, чтобы на одной зарядке можно было постричь газон площадью 10—20 соток.

Киберкосилки Caiman Ambrogio отличаются радующим глаз футуристистическим дизайном

 

Впрочем, капризов и у газонокосильщиков предостаточно. У них большинство недоработок, так же как и у пылесосов, обусловлено недостаточной интеллектуальностью этих агрегатов. Здесь рабочее пространство традиционно ограничивается специальным контуром, выполненным из провода, который закреплен по периметру. Так что площадь вдоль него приходится докашивать вручную. База занимает много места, и она отнюдь не украшает газон. Кстати, следует учесть, что различные твердые предметы, а именно, палки, шишки, детские и собачьи игрушки, которые могут оказаться на пути агрегата, нужно тщательно собрать вручную до начала работы. Киберкосилки умеют взбираться по ровным склонам, причем даже по довольно крутым, но не любят неровностей в виде бугров и кочек. Хромают и функции пространственного ориентирования — косилка может оставлять непрокошенные «островки», из-за чего приходится запускать ее повторно.

Кроме того, все роботы-газонокосилки способны работать только как мульчирующий агрегат с травой высотой примерно до 10 см — переросшую они воспринимают как препятствие. Если на достаточно мощный ручной триммер, даже с электроприводом, не говоря уж о бензиновом движке, можно установить металлические ножи и косить все подряд, вплоть до небольшого кустарника, то роботы перед такой преградой пасуют безоговорочно. Значит, хозяевам загородных домов с лужайками, которые наведываются туда лишь изредка, киберкосильщики будут совершенно бесполезны.

Знаменитый робот-андроид Honda Asimo рекламирует робота-газонокосилку Honda Miimo

 

А еще газонокосильщики снабжены противоугонной системой, которая должна предотвращать их похищение. Однако она, увы, оказалась на редкость неудачной. Управление ею напоминает функционирование дешевого мобильника. Например, если вы приподнимете косилку Bosch Indego, чтобы перенести ее на другое место, то потом вам придется всякий раз вводить индивидуальный пин-код, иначе газонокосилка начнет пищать, а через какое-то время и вовсе заблокируется. Читая подобные описания, я изумлялся прямолинейности мышления разработчиков — неужели нельзя было просто прикрутить к этому дорогому агрегату привычный автомобильный иммобилайзер с пультом-брелком?

В общем, рассмотрев различные виды роботов-помощников, я пришел в выводам, которые, как я полагаю, не понравятся их производителям. По-моему, они пока представляют собой всего лишь дорогие и капризные игрушки, использование которых требует не меньше усилий, чем выполнение работы вручную. В большинстве случаев результаты трудов киберуборщиков и газонокосильщиков не оправдывают ни их стоимости, ни времени и сил по их обслуживанию. Вот когда газонокосильщики научатся собирать и складывать в отдельную кучку разбросанные по газону детские игрушки, а заодно уничтожать и попадающиеся отходы жизнедеятельности животных, то они начнут (только начнут!) претендовать на звание настоящего домашнего помощника.

 

Обучающе-развлекательные роботы

Заслуга создания этой отрасли принадлежит, очевидно, компании Lego, которая еще в 1998 г. выпустила первый детский конструктор для создания программируемого робота под названием Mindstorms. С тех пор уже сменилось три-четыре поколения роботов Mindstorms, у Lego появились многочисленные конкуренты, и сдерживающим фактором для неограниченного развития этого сектора рынка игрушек является, очевидно, только цена продукции: хороший конструктор роботов в приличной комплектации стоит начиная от 10 тыс. руб. И не надейтесь, что сможете надолго удовлетворить запросы любознательного ребенка, купив ему какой-нибудь базовый набор вроде 4WD MiniQ Complete Kit фирмы DFRobot за 4 тыс. руб.: в характеристиках продукта так и написано: «Хороший выбор для начала знакомства!».

Оригинальный робот-змея на основе Lego Mindstorms (фото с сайта Lego Group)

 

Для примера рассмотрим классический набор Lego Mindstorms NXT стоимостью от 16 тыс. до 17 тыс. руб. В него входят программируемый блок управления NXT, сервомоторы, датчики расстояния, звука, освещенности, касания, аккумулятор, соединительные кабели и множество всяческих мелочей в общем количестве более 400 шт. С помощью этого конструктора можно создавать разнообразные модели программируемых роботов, причем управлять ими допустимо как с пульта, так и с ноутбука или планшета по Bluetooth или USB. Программирование производится в специальной визуальной среде, причем ПО для этого приходится приобретать отдельно за почти 5 тыс. руб.

Альтернативой закрытой и со всех сторон огороженной патентами среде Lego Mindstorms стала платформа Arduino, обладающая всеми достоинствами и недостатками open source. Изначально она была создана не столько для детей, сколько для инженеров-непрофессионалов в области электроники и взрослых любителей-самоделкиных. В настоящее же время эта платформа вышла далеко за рамки простого удовлетворения запросов любителей. Она была создана сотрудниками Interaction Design Institute (что можно перевести как «Институт конструирования взаимодействий»), находящегося в итальянском городке Ивреа. Свое почти толкиеновское название платформа получила от имени реально существовавшего короля Ардуина, правившего этой местностью в начале прошлого тысячелетия. Arduino выросла в результате решения следующей задачи: научить студентов создавать электронные устройства, причем быстро и желательно без опоры на углубленное изучение электроники, электротехники и программирования.

В конце концов, группа, руководимая программистом Массимо Банци, создала универсальную аппаратную платформу на основе дешевых и доступных микроконтроллеров Atmel AVR и решила распространять ее на принципах open source. Такие свободные лицензии, как знаменитая GPL, разработанная применительно к ПО, для «железа» напрямую не годятся, и потому создатели взяли за основу пакет лицензий Creative Commons для творческих продуктов. Лицензия Arduino запрещает использование этой торговой марки для каких-либо сторонних продуктов, кроме расширений основного проекта. Это привело к тому, что от Arduino стали отпочковываться аналогичные проекты, совместимые с ним, но желающие использовать иные названия — такие, например, как Freeduino, Craftduino, Carduino и др.

Сама компания Smart Projects, основанная в 2004 г, выпускает лишь платы контроллеров Arduino. Фирма продала их более 250 тыс., и неизвестно, сколько еще клонов выпущено различными компаниями по всему миру. В мире насчитывается более 200 дистрибьюторов продукции Arduino, включая довольно крупные торговые фирмы. Контроллеров Arduino создано уже около 15 версий, причем некоторые из самых свежих — на 32-разрядных AVR или даже на ARM-процессорах. Плата контроллера стоит около 30 долл., а кроме того, она может быть изготовлена самостоятельно — документация доступна всем желающим. Бесплатно распространяется и среда программирования, основанная на адаптированной под непрофессионалов версии C/C++ под названием Processing. Впрочем, при желании контроллеры можно программировать и напрямую на низком уровне, поскольку платформа Atmel AVR широко известна и доступна в том числе и в форме свободно распространяемых компиляторов.

В результате всей этой деятельности стала расти популярность Arduino среди любителей электроники и появилось огромное количество всяческих конструкторов-наборов, ориентированных именно на нее. Arduino стала самой известной аппаратной системой нашего времени с открытым исходным кодом. По сути, почти все конструкторы для создания не только роботов, но и просто электронных самоделок, которые не являются Lego, скорее всего, будут тем или иным образом связаны с Arduino. Вследствие этого ее применение потенциально гораздо шире, чем Lego, ведь никто не ограничивает в применении любых мыслимых компонентов.

Робот-транспортер на основе Arduino (фото с сайта Shagir.ru)

 

На основе Arduino любители создали множество традиционных конструкций роботов-игрушек, в том числе и такие сложные устройства, как робот, балансирующий на шаре, и механическая рука, повторяющая движения человеческой кисти. Есть проект, посвященный управлению пылесосами Roomba c помощью Arduino. Созданы и серьезные профессиональные проекты, такие как анализатор ДНК или 3d-принтер. Бензинчику в огонь, подогревающий интерес к Arduino, подлила и Google, которая в 2011 г. сделала вспомогательный комплект разработчика Android ADK, позволяющий смартфону взаимодействовать с устройствами на базе Arduino. Таким образом, можно создать приложение для Android, которое будет использовать возможности телефона для управления тем же роботом или другим устройством через Интернет.

По сведениям разработчиков платформы, около 80% продаж Arduino приходится на Северную Америку и Европу. Впрочем, они стремятся исправить такое положение вещей, активно представляя эту платформу в Индии, Китае и России. Для русскоязычных пользователей организован сайт arduino.ru, а кроме того, имеются в печатном виде довольно обстоятельные пособия, предназначенные для пользователей разного уровня.

 

Так когда же, наконец?

Когда начинаешь задумываться над возможностями автоматизированных устройств, пусть даже с примитивным интеллектом аквариумного терморегулятора, становится не очень понятно, почему они так редко реализуются на практике? У меня в деревне есть бытовая метеостанция. Она, в общем-то, уродливая на вид, периодически теряющая выносной радиодатчик и ужасная по своим метрологическим качествам. Однако у нее есть одно свойство, которое вызывает восхищение даже у технически подкованных людей: через 30 мин после того, как будет вставлена батарейка, часы в ней самоустанавливаются на текущие время и дату. А ведь реализовать эту функцию проще некуда — нужен лишь небольшой радиомодуль, автоматически принимающий сигналы точного времени. Конечно, можно представить себе, что такой модуль сложно разместить в наручных часах, но почему же абсолютно все настольные и настенные часы до сих пор им не комплектуются? Чтобы облегчить жизнь пользователям, никакого суперразумного искусственного интеллекта не требуется: достаточно как следует продумывать реализацию обычных функций.

Давным-давно в одной популярной статье, опубликованной, кажется, в журнале «Знание — сила», я прочел интересный вывод экономистов о том, что автоматизация выгодна только тогда, когда она превышает некоторый порог. Имелось в виду следующее. Если, к примеру, автоматизированная бухгалтерия требует для своего содержания сверх обычных бухгалтеров специальный штат квалифицированных ремонтников, то проще и дешевле отказаться от вычислительных машин и считать зарплату по старинке, на настольных калькуляторах. Для финансовых расчетов такой порог был пройден давно, с появлением персональных компьютеров. А вот в части домашних роботов мы все еще находимся в положении пожилой бухгалтерши 1960-х г, вынужденной проверять рассчитанную компьютером смету вручную во избежание крупных ляпов.

Потому приходится признавать, что наиболее эффективным направлением роста в области роботизации быта, как это ни странно, в наши дни является развитие обучающе-развлекательных роботов. Этот сектор рынка потенциально имеет неисчислимое количество выходов в практическую сферу, пусть пока и не воплотившихся в реально полезные агрегаты. Есть надежда, что, в конце концов, количество перейдет в качество, и те, кто сейчас играет с роботами-конструкторами, станут создателями действительно полезной и необходимой в быту техники.