Представьте себе робота, который наклоняется, чтобы поднять стакан с водой, — и вдруг вздрагивает, потому что коснулся чего-то тёплого. Или останавливается за миллисекунду до того, как врезаться в стену. Когда это изобретение ещё не получило широкого распространения в мире, во Вроцлаве команда новаторов уже тестировала его на стульях, столах и механических конечностях. Сенсоры для роботов — фундамент, на котором стоит современная робототехника. И пока одни города ещё осваивают управление дистанционным пылесосом, Вроцлав готовит специалистов, строит сенсорные системы в университетских лабораториях и разгоняет стартапы, где роботу фактически вставляют инстинкт. Подробнее — на iwroclaw.com.
Что такое сенсорные системы и зачем они роботам
Робот без сенсоров — как человек без чувств. Каким бы ни был у него процессор или алгоритм, если он не видит, не слышит и не ориентируется — это просто дорогой подвижный тостер. Сенсорная система — это «органы чувств» машины, которые считывают сигналы извне и передают их дальше — для анализа, реакции, иногда даже для обучения.
Самые простые сенсоры — это инфракрасные или ультразвуковые датчики, которые помогают не врезаться в препятствия. Камеры дают изображение, микрофоны — звук, термосенсоры реагируют на температуру, а датчики давления — на прикосновение. Комплексные роботы сочетают десятки и сотни таких сенсоров. И чем сложнее задача, тем более чувствительным должен быть набор.
Но считать сигнал — это только полдела. Важно ещё его правильно интерпретировать. Роботу недостаточно «знать», что перед ним тёплый объект — он должен решить, рука ли это человека, чашка кофе или опасный сбой системы охлаждения. Именно поэтому сенсорная система всегда работает в тандеме с программными алгоритмами, иначе от неё мало пользы.
Вроцлавская школа: лаборатории, люди, подходы
Politechnika Wrocławska — настоящая площадка, где сенсорика исследуется на уровне мышечной памяти. Здесь есть отдельные лаборатории, посвящённые именно роботам и их «чувствительности». Например, в Лаборатории мехатроники и робототехники студенты работают с сенсорами, которые измеряют движение, конфигурацию, а также окружающую среду — от препятствий до изменения температуры. Это уже почти изучение интуиции машин.
На кафедре кибернетики и робототехники предусмотрены специальные модули о системах восприятия — включая сбор, обработку и синтез данных. Фокус не только на технической стороне, но и на том, как эти сенсоры ведут себя в реальной среде, где всё постоянно меняется.
В работе трёх вроцлавских исследователей рассматривались способы сочетания нескольких типов сенсоров — ультразвуковых, тепловизионных и 3D-камер — для создания более чёткой и надёжной «картинки» окружающей среды. Из этой мозаики робот мог самостоятельно строить карту и избегать нежелательных встреч с мебелью или людьми.
Заодно решалась задача, как уменьшить поток информации, чтобы не перегрузить систему. Воспринимать всё — не значит понимать всё. И хотя большинство проектов пока имеют исследовательский статус, уровень амбиций и технической реализации там вполне промышленный.
Стартап Clone: 500 сенсоров и 1000 мышц
Если лаборатории Вроцлава формируют интеллектуальное ядро сенсорной робототехники, то стартап Clone — её демонстрационная площадка. И довольно неплохая: у их андроида более 500 сенсоров и около тысячи искусственных мышц. Это не образное сравнение — компания реально создаёт биомиметического человекоподобного робота, который во время движения реагирует, балансирует и адаптируется.
Проект базируется во Вроцлаве, но уже успел выйти далеко за пределы локального. Clone позиционирует себя как первый в мире стартап, который пытается воссоздать человеческое тело не через моторчики, а через искусственные мышцы, приближенные по принципу действия к биологическим. И чтобы такой механизм вообще мог функционировать, ему нужна разветвлённая сенсорная система. Там датчики буквально везде — в мышцах, суставах, на «коже». Они помогают роботу ориентироваться в пространстве, регулировать силу, реагировать на изменение температуры, давления или прикосновения.
Именно такая сенсорная «начинка» позволяет роботу взаимодействовать с окружающей средой почти на инстинктивном уровне: уклоняться от угроз, реагировать на человеческое присутствие, удерживать равновесие без скриптов. Фактически это попытка дать машине чувствительность.
Конечно, не только Clone экспериментирует с сенсорикой, но именно вроцлавские новаторы перешли в прикладную плоскость. И это — хорошая новость для города, стремящегося быть польской Силиконовой долиной.
Тренды сенсорной робототехники: от сигнала до смысла
Сенсоры сами по себе уже никого не впечатляют — они в холодильниках, кроссовках и кофеварках. Но в роботах они превращаются в инструмент взаимодействия, а иногда — даже в основу машинного «поведения». И здесь, кроме типа сенсора, важен способ его обработки. Современная робототехника движется в сторону сочетания нескольких каналов: камера, ультразвук, термодатчик и микрофон — всё в одном корпусе. А чтобы из этого не вышел информационный хаос, нужна хорошая система обработки: с быстрой реакцией, фильтрацией шумов и определением приоритетности угроз.
Использование машинного обучения лишь углубляет эту динамику. Роботы учатся на собственном опыте: где споткнулись, где слишком сильно сжали, где не увидели препятствие. Так формируется что-то более близкое к поведенческой модели. И чем более «чувствительная» машина, тем сложнее её спроектировать.
Кстати, вроцлавские новаторы не отстают и в других направлениях. Например, здесь используют самовосстанавливающийся бетон, который сам затягивает микротрещины, будто кожа после царапины. А площадкой для многих подобных проектов выступает Вроцлавский технологический парк — место, где исследователи, инженеры и предприниматели наводят мосты между наукой и рынком.