История, настоящее и будущее шагающих механизмов

Intro

Сочетание большого количества новейших разработок из разных сфер науки - это и есть современные технологии. А вот если спросить обычного обывателя о том, что такое современные технологии, в ответ мы можем услышать целый список: компьютеры, мобильные телефоны, микроволновые печи, электромобили... Люди, хорошо просвещенные в технических вопросах, наверняка могут знать историю современной кибернетики, создания радио, компьютеров и т.п. Только вот что я скажу: будущее - за роботами. И попробую доказать это.

Существует несколько вариантов историй современных механизмов - обычная, которую мы изучаем по курсу физики, и неофициальная - история человеческих фантазий, которую можно проследить по множеству фантастических романов, кинофильмов, исторических материалов. И совсем не ясно, за какой из них - истина. Взять хотя бы рисунки Леонардо Да Винчи, по которым построили велосипед и вертолет, или произведения Жюля Верна, в которых присутствовало большое множество неизвестных его современникам устройств, ничего особенного на сегодняшний день не представляющих. И вы думаете, читая или смотря кинофильмы о роботах, киборгах, андроидах и прочих новомодных устройствах, их не увидят наши потомки? Отнюдь. Не так давно прошла новость о том, что в Японском Национальном институте современных промышленных наук и технологий (AIST) при сотрудничестве компании Kawada Industries был создан очередной робот человеческого типа. У него такой же рост (154 см) и вес (58 кг). Он может самостоятельно ходить, садиться, ложиться и вставать, и даже носить груз, правда, пока не слишком тяжелый - 6 кг. Но, как вы понимаете, это не предел. Поэтому весьма правдоподобным представляется появление в течение ближайших 10-20 лет первого человекоподобного существа с развитым искусственным интеллектом.

Всем этим достижениям предшествовала малоизвестная простому обывателю история, которую я и попытаюсь рассказать в данном материале. Причем хотелось бы уточнить, что речь пойдет об истории шагающих роботов.

Мы уже привыкли, что большинство современных роботов, которых мы используем в различных отраслях, перемещаются с помощью колес и гусениц. Колесо, как показывает, опять же, история, оправдало себя, но есть и другой способ передвижения, который применяется множеством живых биологических организмов, населяющих нашу планету. Нужно отметить, что техническая реализация такого вида движения достаточно трудоемка и требует применения очень большой совокупности физических законов. Именно поэтому многими она воспринимается пока, что называется, "из области фантастики"...

Иными словами, человек создал множество неподобных себе колесных и гусеничных механизмов, за счет чего их можно считать искусственными. В то же время множество компьютерных игр (особенно военной тематики) и фантастических фильмов показывают нам, что за шагающими роботами большое будущее.

История...

Однако вернемся к истории. Первыми, конечно же, были идеи. На рисунке из XVIII века (рис. 1) изображена машина, передвигающаяся с помощью ног и колес (авторство рисунка не установлено).Причем главным движущим механизмом являются именно ноги. Думается, это была традиционная для того времени идея, поскольку люди перемещались на телегах, каретах и т.п. И что первое придет в голову, если захочется модернизировать данный вид транспорта?

Рис. 1

Вторая, более знаменитая идея, принадлежит Джорджу Муру (The Steam Man - 1893 год) - это был андроид образца XIX века (рис. 2). Правда, реализоваться данный проект не смог, хотя и получил большую известность.

Рис. 2

В 1983 году имела место еще одна очень интересная идея - совмещение лошади и велосипеда - The Mechanical Horse (рис.3). Принадлежит она Л. А. Риггу. Вслед за механизацией телеги или кареты (см. рис.1) изобретатель предложил модернизацию лошади. Интересно, почему проект заморозили?

Рис. 3

И действительно, во время первой мировой войны данные футуристические идеи стали реализоваться. Первым стало появление уже сконструированного и собранного механизма Walking Machine, показанного на рисунке 4. Данная машина передвигалась только с помощью большого количества ног, работающих практически по принципу гусеничного механизма...

Рис. 4

Другой вариант - это шагающий трактор (Walking tracktor), разработанный в это же время. Как мы можем видеть на рисунке 5, сзади у механизма находятся две шагающие ноги, приводящие механизм в движение, а спереди - колеса. Получается телега наоборот.

Это была первая реализация сочетания механических ног и колес в одной машине и, пожалуй, единственная, поскольку в дальнейшем машины стали делать только на ногах или только на колесах.

Рис. 5

На какое-то время в истории шагающих машин наступило затишье вплоть до технологического прорыва 60-70-х. На рисунке 6 вы можете увидеть изобретение 1966 года, реализованное МакГи и Франком в университете Южной Калифорнии. К этому стоит добавить, что это первое изобретение подобного рода, предусматривающее компьютерное управление. Называется оно Phoney Poney.

Рис. 6

В 1968 году Р. Мошер завершил работу над созданием настоящего четырехногого монстра с ручным управлением под названием General Electric Walking Truck (рис.7). Кстати, его изображение можно часто увидеть на многих научных и околонаучных сайтах. Что интересно, у Phoney Poney, так же, как и у General Electric Walking Truck, было по четыре ноги. Впоследствии ученые решили усложнить свои модели, что, кстати, стало присуще разработкам 70-80-х.

Рис. 7

В 1973 году целая команда советских ученых завершила работу над практической реализацией шестиногой машины (рис.8) (доктор наук, профессор В.С. Гурфункель, доктор наук А. Ю. Шнейдер, доктор Е.В. Гурфункель и коллеги). Лично для меня было интересно узнать, что советские ученые устроили настоящую гонку по созданию шагающих роботов.

Рис. 8

1977 год был весьма урожайным на всевозможные реализации шагающих роботов. Началось своего рода соревнование между США и СССР, что было нормально для того времени. С американской стороны выступал тот же МакГи со своей командой, с советской - профессор Гурфункель и коллеги. Причем русские "шестиноги" назывались очень просто - "Маша". Их мы можем увидеть на рисунках 9 и 10.

Рис. 9

Рис. 10

В ответ на "Машу" МакГи и команда предложили свою версию шестиногого робота, которая весила всего... 136 кг (рис. 11).

Рис. 11

С 1976 года по 1979 в исследовательском центре Komatsu Ltd. (Япония) разрабатывался супер-робот. Таким образом, можно отметить, что, начиная с этого периода, к гонке среди разработчиков присоединяются японцы. Устройство под названием ReCUS (Remotley Controlled Underwater Surveyor) имело восемь ног, 8 метров длины, 5,35 ширины и 6,4 метра высоты. Весить такая конструкция должна была порядка 29 тонн. Максимальная скорость - 0,07 м/с. До нас же дошли только чертежи.

В 1979 году к московским разработкам профессора Гурфункеля присоединился Санкт-Петербург (тогда Ленинград). Там был также разработан и сконструирован "шестиног", но с гораздо более скромными параметрами: вес - 40 кг, длина - 60 см, ширина - 25 см, высота ног - 20 см. И, кстати, такое стремление к минимализму очень свойственно для многоногих устройств. Во-первых, они проще в реализации. Во-вторых, в большинстве своем такие устройства имели чисто научное значение.

Но вместе с тем в период 1980-1983 гг. американцы продолжили развитие тяжелых роботов с большим количеством ног. Изобретатели Сазерленд и Спрулл создали машину длиной в 2,4 метра, развивающую скорость 0,11 м/с.

Далее свою веху в историю вписывают японцы. Живая легенда - TITAN III и TITAN IV (TITAN - аббревиатура от Tokyo Institute of Technology, Aruku Norimono). Ноги TITAN III были оснащены специальными сенсорами, которые были связаны со специальной электронной системой управления, именуемой PEGASUS (Perspective Gait Supervisory System). Данная система позволяла адаптировать движение механизма относительно изменений поверхности. Этот этап можно смело назвать этапом внедрения интеллекта в шагающие машины. Длина ног у TITAN III была 1,2 м и весил он 40 кг. Глядя на рисунок 12, нельзя не вспомнить персонажа мультипликационного фильма "Тайна третьей планеты". Может быть, TITAN III был прототипом...