То, что японский университет Waseda University попал в историю антропоморфных роботов, - неопровержимый факт. Нужно отметить, что само слово "Waseda" - уже брэнд. Глядя на современных Honda ASIMO, Fujitsu HOAP-2 или Sony SDR-4X, невольно вспоминаешь фотографии начала 70-х, на которых был изображен громоздкий "железный" гуманоид WABOT-1 с кучей проводов. Удивительно, что в самом начале транзисторной эры, когда производственные процессы были далеки от совершенства, профессор Иширо Като (Ichiro Kato) в рамках данного университета создал лабораторию, которая смогла выпускать функционирующие модели. При этом стоит отметить, что многие из выбранных тогда направлений оказались предопределяюшими. Например, в середине 80-х в роботов была внедрена поддержка стандарта MIDI, благодаря чему роботы могли самостоятельно музицировать. Если смотреть на хронологию событий, то стандарт MIDI потом использовался не только как чисто музыкальный, но и как один из вариантов командной системы управления. В конце 90-х нередко можно было встретить модели, которые управлялись с помощью MIDI-сообщений.

Возвращаясь к Waseda University, скажем, что вы можете ознакомиться с историей японских роботов-гуманоидов, посетив сайт Humanoid Robotics Institute (www.humanoid.waseda.ac.jp), где можно найти видеофайлы, буклеты, книги, посвященные данной теме.

Американцы, например, пошли по совершенно иному пути, поставив перед собой задачу создания армии роботов. Их не столько интересовали человекоподобные механизмы, сколько вооруженные до зубов вездеходы. Если говорить о современных разработках, то японцы больше акцентируют внимание на привлекательных роботах-гидах, роботах-сиделках, роботах-актерах. В США "очеловечивание" роботов происходит другим образом - американцы дают имена пылесосам-шайбам Roomba или устраивают гонки R2-D2 (персонаж "Звездных войн") самостоятельной сборки.

В данном материале мы расскажем о роботах-флейтистах (Anthropomorphic Flutist Robot) серии WF, разрабатываемой в рамках подразделения Waseda University - лаборатории Takanishi.

История

Разработка серии WF началась в 1990 году. За ее основу была взята идея механического повторения музыканта-флейтиста. Основное внимание было сфокусировано на создании механической эмуляции легких, горла, языка, губ, рук и пальцев. Первая модель WF-1 получилась не похожей на человека - на специальной подставке-раме была размещена система из цилиндров и трубок, эмулирующая легкие, горло и губы. В 1992 году продемонстрирована существенно доработанная модель WF-2, у которой появились руки и пальцы, правда, не слишком напоминающие своим видом человеческие. Именно с этой модели проявились очертания реализации придуманной идеи - вся система, в целом, интегрирована с MIDI и позволяет преобразовывать MIDI-сообщения в команды для всех эмулируемых механических элементов. Но задача была не из легких, поскольку изобретатели из лаборатории Takanishi хотели создать профессионального музыканта, играющего с учетом всех нюансов звукоизвлечения. Поэтому для серии WF наступило долгое время испытаний и доработок. В 1998-м появляется модель WF-3RIV, внешне похожая на кучу металлолома, а в 2002-м она уже приобрела определенные очертания в виде WF-3RIX. Для усиления визуального эффекта разработчики сделали достаточно страшное пластиковое лицо (понятно, что не художники они) и сверху на WF-3RIX нахлобучили черный котелок. По внешнему виду WF-3RIX остался смешной этажеркой.

По существу, данная версия третьей модели могла использоваться как "живой" MIDI-инструмент. Все управление производилось с помощью двух компьютеров - первый (секвенсор) отвечал за аккомпанемент, генерацию темпа и тона, второй - за управление непосредственно роботом. Синхронизация между ними происходила по протоколу MTC (MIDI Time Clock). В качестве дополнительного элемента управления была разработана специальная педаль, с помощью которой можно запускать систему на воспроизведение и обозначать темп. Данное решение было специально создано для обеспечения совместного выступления WF-3RIX и человека-музыканта.

2003 и 2004 годы разработчики посвятили созданию новой модели WF-4. Одна из основных целей, которая преследовалась изобретателями, - создание интерактивной модели "человек-робот". На музыканта одевались специальные датчики, считывающие информацию о движении рук, дыхании. Педаль заменили на специальное чувствительное покрытие, а музыкальную информацию получали путем записи через микрофон. Внешне WF-4 также изменился - страшное пластиковое лицо было заменено на глупое металлическое, появились несуществующие ноги (муляж). Вместо подставки под инструмент были реализованы статические механические руки-держатели, таким образом, набор металлолома превратился в гуманоидоподобное существо.

Среди других усовершенствований можно отметить новый вариант механизма губ, позволяющий более стабильно управлять воздушным потоком.

WF-4R

WF-4R (Waseda Flutist No.4 Refined) появился в конце 2004 года. Он является последним в серии WF и требует более подробного описания.

Губы. Достаточно сложный по конструкции механизм, предполагает пять степеней свободы (3 для верхней губы и 2 для нижней). Помимо того, что он сложный, так он еще и достаточно точный, так как позволяет аккуратно управлять воздушным потоком.

Легкие. Выполнены в виде двух цилиндров с поршнями, общий объем которых составляет 0,812 кубических метров, что соответствует объему легких взрослого мужчины.

Горло (шея). Имеет четыре степени свободы, что позволяет наиболее близко сэмулировать поведение музыканта.

Механизм вибрато. Выполнен в виде отдельного блока, расположенного за шеей WF-4R.

Руки. В WF-4R были полностью переделаны руки. Если такие важные элементы, как кисти и пальцы, не претерпели существенных изменений, то плечевой сустав и предплечье подверглись основательной доработке. Например, плечевой сустав (4 степени свободы) и предплечье (3 степени свободы) оснащены серводвигателями, специальная конструкция предусматривает жесткое фиксированное положение кистей рук и, соответственно, инструмента. Эта система появилась неспроста, поскольку в более ранних моделях флейта и кисти рук держались на специальной раме. Теперь же реализованы полноценные руки. Думается, что в будущем данная модель может интегрироваться с другими разработками от Waseda, и, следовательно, сможет танцевать или интерактивно повторять движения человека.

Пальцы. Это основной структурный элемент, который дорабатывается год от года. Кисть WF-4R напоминает руку "Терминатора", оснащена специальными сервомоторами. На робо-пальцы одеты специальные пластиковые колпачки, имеющие внешнее сходство с человеческими пальцами. Каждый палец WF-4R может открывать и закрывать клапаны флейты с частотой до 8 раз в секунду.

Вот, в принципе, и все. На сайте лаборатории Takamishi вы сможете найти видеоматериалы, в которых WF-4R играет "Полет шмеля" Римского-Корсакова либо интерактивно повторяет движения человека.

В завершение

Как видно, WF-4R - это промежуточная модель. Но на ее базе сформируется целый пласт будущих роботов-музыкантов - пианистов, гитаристов, барабанщиков. С другой стороны, в рамках разработки WF-4R создаются уникальные элементы, механически повторяющие возможности нашего тела. Например, руки WF-4R пока не имеют аналогов. Анализируя события, можно отметить, что именно в Японии мы со временем и сможем получить первого "Терминатора" - "живая плоть на железном скелете".

Кристофер,
christopher@tut.by