Уявіть собі робота, який нахиляється, щоб підняти склянку з водою, – і раптом здригається, бо торкнувся чогось теплого. Або зупиняється за мілісекунду до того, як врізатись у стіну. Коли цей винахід ще не набув широкого вжитку у світі, але у Вроцлаві команда новаторів уже тестувала його на стільцях, столах і механічних кінцівках. Сенсори для роботів – фундамент, на якому стоїть сучасна робототехніка. І поки одні міста ще освоюють керування дистанційним порохотягом, Вроцлав готує фахівців, будує сенсорні системи в університетських лабораторіях і розганяє стартапи, де роботу фактично вставляють інстинкт. Далі – на iwroclaw.com.
Що таке сенсорні системи і навіщо вони роботам
Робот без сенсорів – як людина без чуттів. Хай там який у нього процесор чи алгоритм, якщо він не бачить, не чує та не орієнтується – це просто дорогий рухомий тостер. Сенсорна система – це «органи чуття» машини, які зчитують сигнали ззовні й передають їх далі – для аналізу, реакції, іноді навіть для навчання.
Найпростіші сенсори – це інфрачервоні або ультразвукові датчики, які допомагають не врізатися в перешкоди. Камери дають зображення, мікрофони – звук, термосенсори реагують на температуру, а тискові датчики – на дотик. Комплексні роботи поєднують десятки й сотні таких сенсорів. І чим складніша задача, тим чутливішим має бути набір.
Але зчитати сигнал – це лише пів справи. Важливо ще його правильно інтерпретувати. Роботу недостатньо «знати», що перед ним теплий об’єкт – він має вирішити, чи це рука людини, чашка кави чи небезпечний збій системи охолодження. Саме тому сенсорна система завжди працює в тандемі з програмними алгоритмами, інакше з неї користі небагато.
Вроцлавська школа: лабораторії, люди, підходи
Politechnika Wrocławska – справжній майданчик, де сенсорика досліджується на рівні м’язової пам’яті. Тут є окремі лабораторії, присвячені саме роботам і їхній «чутливості». Наприклад, у Лабораторії мехатроніки й робототехніки студенти працюють із сенсорами, які вимірюють рух, конфігурацію, а також навколишнє середовище – від перешкод до зміни температури. Це вже майже вивчення інтуїції машин.
На кафедрі кібернетики й робототехніки передбачено спеціальні модулі про системи сприйняття – включно зі збиранням, обробкою та синтезом даних. Фокус не тільки на технічній стороні, а й на тому, як ці сенсори поводяться в реальному середовищі, де все постійно змінюється.
У праці трьох вроцлавських дослідників розглядалися способи поєднання кількох типів сенсорів – ультразвукових, тепловізійних і 3D-камер – для створення чіткішої й надійнішої «картинки» довкілля. З цієї мозаїки робот міг самостійно будувати карту та уникати небажаних зустрічей з меблями чи людьми.
Заодно вирішувалася задача, як зменшити потік інформації, щоб не перезавантажити систему. Сприймати все – не означає розуміти все. І хоч більшість проєктів поки що мають дослідницький статус, рівень амбіцій і технічної реалізації там цілком промисловий.
Стартап Clone: 500 сенсорів і 1000 м’язів
Якщо лабораторії Вроцлава формують інтелектуальне ядро сенсорної робототехніки, то стартап Clone – її демонстраційний майданчик. І доволі непоганий: у їхнього андроїда понад 500 сенсорів і близько тисячі штучних м’язів. Це не образне порівняння – компанія реально створює біоміметичного людиноподібного робота, який під час руху реагує, балансує та адаптується.
Проєкт базується у Вроцлаві, але вже встиг вийти далеко за межі локального. Clone позиціює себе як першого у світі стартапу, який намагається відтворити людське тіло не через моторчики, а через штучні м’язи, наближені за принципом дії до біологічних. І щоб такий механізм взагалі міг функціонувати, йому потрібна розгалужена сенсорна система. Там датчики буквально скрізь – у м’язах, суглобах, на «шкірі». Вони допомагають роботу орієнтуватися в просторі, регулювати силу, реагувати на зміну температури, тиску чи дотику.
Саме така сенсорна «начинка» дозволяє роботу взаємодіяти з навколишнім середовищем майже на інстинктивному рівні: ухилятися від загроз, реагувати на людську присутність, утримувати рівновагу без скриптів. Фактично це спроба дати машині чутливість.
Звісно, не тільки Clone експериментує з сенсорикою, але саме вроцлавські новатори перейшли в прикладну площину. І це – гарна новина для міста, яке прагне бути польською Кремнієвою долиною.
Тренди сенсорної робототехніки: від сигналу до сенсу
Сенсори самі по собі вже нікого не вражають – вони в холодильниках, кросівках і кавоварках. Але в роботах вони перетворюються на інструмент взаємодії, а подекуди – навіть на основу машинної «поведінки». І тут, крім типу сенсора, важливий спосіб її обробки. Сучасна робототехніка рухається в бік поєднання кількох каналів: камера, ультразвук, термодатчик і мікрофон – усе в одному корпусі. А щоб із цього не вийшов інформаційний хаос, потрібна добра система обробки: зі швидкою реакцією, фільтрацією шумів і визначення пріоритетності загроз.
Використання машинного навчання лише поглиблює цю динаміку. Роботи навчаються на власному досвіді: де спіткнулись, де занадто міцно стиснули, де не вгледіли перешкоду. Так формується щось ближче до поведінкової моделі. І що більш «чутлива» машина, то складніше її спроєктувати.
До речі, вроцлавські новатори не відстають і в інших напрямках. Наприклад, тут використовують самовідновлюваний бетон, який сам затягує мікротріщини, ніби шкіра після подряпини. А майданчиком для багатьох подібних проєктів виступає Вроцлавський технологічний парк – місце, де дослідники, інженери й підприємці зводять мости між наукою і ринком.