Человеческая рука остаётся главной нерешённой проблемой современной робототехники. Если инженеры справятся с этой задачей, гуманоидные роботы из лабораторий переместятся на заводские цеха, открыв рынок стоимостью до $5 триллионов к 2050 году по оценкам Morgan Stanley.
Инженеры-робототехники по всему миру пытаются преодолеть один из сложнейших рубежей в искусственном интеллекте и механике – создание руки, функционирующей как человеческая. Гуманоидные роботы уже умеют ходить, поднимать грузы и держать равновесие, но отсутствие ловких рук с богатой сенсорикой остаётся главным барьером для массового внедрения на производствах и рабочих местах.
Цель исследователей – не просто придать роботам человеческий облик, а создать машины, способные выполнять мелкие точные движения, определяющие большинство квалифицированного труда. Гуманоидный робот Tesla Optimus входит в число самых известных машин, решающих эту проблему.
Илон Маск заявил в интервью The Wall Street Journal:
Чтобы получить полезного универсального робота, это необходимо. Нужна невероятная рука.
Хотя Optimus уже ходит на двух ногах, Маск описал проектирование человекоподобных рук как гораздо более сложную инженерную задачу.
В Центре робототехники и биосистем Северо-Западного университета исследователи работают над финансируемой из федерального бюджета инициативой по созданию высокотактильных гибких роботизированных рук. Кевин Линч, возглавляющий часть консорциума, отметил, что команда поставила 10-летнюю цель достичь ловкости, достаточной для базовых человекоподобных задач.
Чтобы оценить сложность проблемы, достаточно взглянуть на прототип в лаборатории Линча. Разработанный на основе модели британской компании Shadow Robot, девайс приводится в движение компактными моторами, размещёнными в цилиндрах величиной с кофейную банку. Кончики пальцев определяют касание с помощью сенсоров, измеряющих изменения электрических свойств жидкости под искусственной кожей. Когда палец касается объекта, сенсоры преобразуют эти изменения в данные, имитирующие осязание.
Аспиранты обучают роботов координации рук через простые упражнения – складывание колец, захват кубиков или манипуляции с мелкими объектами – собирая данные для алгоритмов машинного обучения, улучшающих производительность со временем. Линч пояснил, что будущей версии потребуется гораздо больше сенсоров вдоль боковых поверхностей пальцев и ладоней для выполнения точных действий вроде письма карандашом.
Другие исследователи пересматривают базовые предположения о том, как должна выглядеть роботизированная рука. В Колумбийском университете профессор механики Матей Чокарли разработал четырёхпалую руку, интерпретирующую форму и текстуру объектов исключительно через касание, компенсируя ограниченное зрение. Рука может аккуратно удерживать хрупкие предметы вроде бумажного цилиндра, хотя промахи и падения всё ещё случаются.
Boston Dynamics использует иной подход с Atlas – экспериментальным гуманоидным роботом. Последняя версия рук Atlas имеет три пальца, способные перестраиваться для формирования захвата наподобие большого пальца или широкой ладони-лопатки. Видеозаписи компании демонстрируют робота, поднимающего автозапчасти, балансирующего гантели и захватывающего мелкие объекты. Альберто Родригес, отвечающий за поведение робота и стратегию ИИ в проекте, добавил, что дизайн – постоянный баланс между силой, ловкостью, стройностью и долговечностью.
Нам недостаточно выпустить захват, который окажется слабым или уступающим по производительности роботу, предназначенному поднимать тяжёлые объекты и двигаться быстро.
Не все инженеры видят ценность в человекоподобных руках. Игорь Кулаков, сооснователь и глава калифорнийской MicroFactory, предпочитает более простые промышленные подходы. Роботы его компании стоимостью $5000 используют две руки – одна обычно оснащена специализированным инструментом, другая двухпальцевым зажимом для фиксации деталей. Такая конфигурация справляется с критически важными производственными задачами вроде пайки печатных плат, вкручивания винтов и снятия защитных плёнок за долю стоимости сложных гуманоидных конструкций.
Несмотря на прогресс, инженеры сталкиваются с серьёзными трудностями материаловедения. Директор Shadow Robot Рич Уокер отметил, что современное производство с трудом воспроизводит даже базовые функции вроде самовосстанавливающейся кожи или самосмазывающихся суставов, оставляя значительные препятствия для промышленного проектирования.
Стремление воспроизвести человеческую руку связано с более широкой экономической проблемой – нехватки человеческого труда в производстве и уходе (а точнее, попытка его заменить). Эд Колгейт, профессор машиностроения Северо-Западного университета, возглавляющий исследовательский консорциум, заявил, что улучшение роботизированной ловкости может дать малым и средним компаниям доступ к инструментам автоматизации, ранее ограниченным корпоративными гигантами.
