История гуманоидной робототехники: от прототипов до ИИ
Что такое гуманоидная робототехника?
Гуманоидная робототехника — это область проектирования и разработки роботов, чьё строение тела, движения или возможности напоминают человеческие. Хотя конструкции могут значительно различаться, гуманоидные роботы обычно имеют структуру тела, созданную по образцу человека и включающую туловище, голову, руки, кисти и две ноги.
История гуманоидной робототехники во многом представляет собой историю попыток исследователей решать всё более сложные задачи. Первые машины продемонстрировали, что роботы способны воспроизводить базовые движения человека. Последующие поколения научились более надёжно ходить, сохранять равновесие, манипулировать объектами, перемещаться в среде, созданной для людей, и выполнять всё более сложные задачи.
Сегодня эта область вступает в новый этап развития. Достижения в сфере искусственного интеллекта, компьютерного зрения, машинного обучения, датчиков, приводов и вычислительных технологий помогают превратить гуманоидных роботов из машин, в значительной степени зависящих от заранее заданных программ, в системы, способные воспринимать окружающую среду и выполнять более сложные физические задачи.
Краткий обзор
Истоки современных исследований в области гуманоидной робототехники можно проследить до таких проектов, как WABOT-1 Университета Васэда, завершённый в 1973 году.
В 1980-х и 1990-х годах исследователи всё больше внимания уделяли решению задач двуногого передвижения, поддержания равновесия и воспроизведения движений, подобных человеческим.
Серия P и робот ASIMO компании Honda помогли продемонстрировать, как гуманоидные роботы могут ходить и функционировать в среде, созданной для людей.
В рамках проекта NASA Robonaut исследовалось, как человекоподобные роботы могут выполнять полезную работу с инструментами и оборудованием, изначально предназначенными для астронавтов.
Atlas от Boston Dynamics продемонстрировал всё более динамичное передвижение и управление всем телом.
Современные компании, включая Agility Robotics, Unitree Robotics, Figure и Tesla, разрабатывают гуманоидных роботов с расчётом на коммерческое применение.
Искусственный интеллект становится столь же важным, как и машиностроение, позволяя роботам объединять восприятие, обучение, планирование, передвижение и манипулирование объектами.
Истоки современной гуманоидной робототехники
Идея создания искусственных людей существует уже много веков и встречается в мифологии, механических автоматах, литературе и ранней научной фантастике. Однако появление гуманоидной робототехники в её современном технологическом понимании потребовало прогресса в электронике, вычислительной технике, системах управления, датчиках и машиностроении.
Важная веха была достигнута в 1973 году в японском Университете Васэда благодаря WABOT-1.
Университет Васэда описывает WABOT-1 как робота, который широко считается первым в мире полноразмерным гуманоидным роботом. Разработанная под руководством профессора Итиро Като машина могла ходить на двух ногах, захватывать предметы руками и общаться на простом японском языке.
По сравнению с современными роботами эти возможности могут показаться скромными, однако для своего времени они представляли собой крупное достижение. WABOT-1 продемонстрировал, что несколько способностей, характерных для человека, включая передвижение, манипулирование объектами и коммуникацию, можно объединить на одной роботизированной платформе.
WABOT-2 и расширение возможностей гуманоидных роботов
Университет Васэда продолжил исследования, представив WABOT-2 в 1984 году. Вместо того чтобы концентрироваться преимущественно на базовом передвижении, WABOT-2 продемонстрировал более специализированные возможности восприятия и координации.
Робот мог читать ноты и играть на электронном органе, используя руки и ноги. Он также мог корректировать своё исполнение, аккомпанируя человеку-певцу.
Это стало важным концептуальным шагом. Гуманоидная робототехника начала выходить за рамки вопроса о том, может ли машина просто выглядеть или двигаться как человек. Исследователи стали изучать, способны ли роботы координировать восприятие и движение для выполнения сложных действий, характерных для человека.
1980-е и 1990-е годы: решение проблемы ходьбы
Ходьба на двух ногах выполняется человеком практически автоматически, однако воспроизвести стабильное двуногое передвижение в машине чрезвычайно сложно.
Гуманоидный робот должен непрерывно контролировать центр массы, координировать работу множества суставов, реагировать на изменения поверхности и предотвращать падение. Поэтому передвижение стало одной из центральных инженерных проблем в развитии гуманоидной робототехники.
Исследовательские программы всё больше концентрировались на создании роботов, способных не просто делать отдельные шаги, а ходить стабильно и воспроизводимо.
В этот период Япония стала особенно влиятельным центром исследований. Университет Васэда продолжал развивать серию WABIAN в 1990-х и 2000-х годах для изучения всё более естественных форм двуногого передвижения, в то время как Honda реализовывала собственную масштабную программу разработки гуманоидных роботов.
Honda ASIMO и появление широко узнаваемых гуманоидных роботов
Исследования Honda в области робототехники стали одной из наиболее заметных попыток разработки практичных двуногих гуманоидных роботов.
Экспериментальные роботы компании постепенно решали проблемы, связанные с ходьбой, равновесием, размерами тела, движением и работой в среде, созданной для людей. В конечном итоге эти исследования привели к созданию ASIMO, представленного в 2000 году.
ASIMO стал одним из самых узнаваемых гуманоидных роботов в мире и помог вывести гуманоидную робототехнику в поле внимания широкой общественности.
Значение этой эпохи выходило далеко за рамки возможностей какой-либо одной машины. Она показала, что последовательное совершенствование приводов, систем управления, аккумуляторов, датчиков и механической конструкции позволяет создавать всё более компактных и функциональных двуногих роботов.
Вопрос, стоявший перед инженерами, постепенно менялся с «Может ли робот ходить на двух ногах?» на «Что на самом деле способен делать ходячий робот?»
Гуманоидные роботы начинают работать с человеческими инструментами
Одна из причин создания гуманоидных роботов заключается в том, что значительная часть физического мира уже спроектирована с учётом человеческого тела.
Двери, лестницы, ручки, инструменты, транспортные средства, рабочие места, полки и бесчисленное множество других объектов рассчитаны на определённый диапазон движений и форму человеческого тела. Теоретически достаточно функциональный гуманоидный робот может взаимодействовать с такой инфраструктурой без необходимости полностью перестраивать каждое рабочее пространство под роботов.
Программа Robonaut NASA особенно хорошо иллюстрирует этот подход.
NASA начала работу над Robonaut в 1990-х годах как над гуманоидной системой, способной помогать в выполнении задач астронавтов. Руки и кисти, похожие на человеческие, потенциально позволяют таким роботам работать с оборудованием и инструментами, предназначенными для людей.
Таким образом, гуманоидная форма стала чем-то большим, чем просто попыткой имитировать человеческую внешность. Она может давать инженерное преимущество, когда роботам необходимо функционировать в среде, спроектированной для людей.
2010-е годы: Atlas выводит мобильность гуманоидных роботов на новый уровень
Ещё одна важная глава началась с Boston Dynamics и робота Atlas.
Boston Dynamics возникла как компания, выделившаяся из Массачусетского технологического института, и стала известна благодаря роботам, способным к необычайно динамичным движениям. Atlas дебютировал в 2013 году и стал важной платформой для исследований мобильности всего тела.
В последующих поколениях Atlas демонстрировал всё более сложные формы поддержания равновесия, передвижения, манипулирования объектами и координированных движений.
Это стало очередным изменением в ожиданиях инженеров от гуманоидных машин. Поддержание равновесия при ходьбе больше не являлось конечной целью. Исследователи всё активнее изучали роботов, способных координировать всё тело при перемещении в сложной среде и взаимодействии с объектами.
В 2024 году Boston Dynamics представила полностью электрическую версию Atlas, поскольку компания начала переориентировать разработку платформы на коммерческое применение.
Гуманоидные роботы переходят из лабораторий на рабочие места
На протяжении десятилетий многие из наиболее впечатляющих гуманоидных роботов в мире в первую очередь оставались исследовательскими платформами. В 2020-х годах внимание всё больше смещается в сторону коммерческого внедрения.
Agility Robotics представляет собой показательный пример такого перехода.
Разработки компании эволюционировали от двуногого робота Cassie к Digit — гуманоидному роботу, спроектированному с учётом практических задач и работы в среде, созданной для людей. Agility всё активнее позиционирует Digit для применения в сфере перемещения материалов и логистики.
Это развитие отражает более масштабные изменения во всей робототехнической отрасли. Успех всё чаще оценивается не только по тому, способен ли гуманоидный робот провести впечатляющую демонстрацию, но и по тому, способен ли он надёжно и многократно выполнять экономически полезные задачи.
Развитие Unitree Robotics
Среди компаний, участвующих в разработке новейшего поколения гуманоидных роботов, находится Unitree Robotics — китайская робототехническая компания, первоначально получившая широкую известность благодаря высокопроизводительным четвероногим роботам.
Впоследствии Unitree расширила деятельность на сферу гуманоидной робототехники. Платформа H1 стала важным шагом в разработке полноразмерных гуманоидных роботов, тогда как G1 представляет другой подход к созданию более компактной гуманоидной платформы, предназначенной для исследований, разработок и всё более сложных приложений воплощённого интеллекта.
Появление Unitree имеет важное значение в более широкой истории гуманоидной робототехники, поскольку оно демонстрирует, насколько изменилась отрасль. Передовые гуманоидные роботы больше не являются исключительно долгосрочными проектами университетов, государственных лабораторий или небольшого числа крупных корпораций.
Вокруг аппаратного обеспечения гуманоидных роботов, приводов, датчиков, моделей ИИ, сред обучения и программного обеспечения формируется растущая коммерческая экосистема.
В результате интерес к Unitree вышел за рамки исследований в области робототехники и распространился на более широкую коммерческую и финансовую сферу. Unitree по-прежнему является частной компанией, однако на рынке также появились продукты, связанные с ожиданиями относительно компании. Читатели, желающие разобраться в этом различии, могут узнать как работает UNITREEUSDT, включая то, как этот инструмент связан с Unitree Robotics и почему торговля UNITREEUSDT не равнозначна покупке акций Unitree.
Это различие имеет важное значение. Рыночный инструмент, связанный с ожиданиями относительно частной компании, не следует путать с прямым владением долей в капитале этой компании.
Как искусственный интеллект меняет гуманоидную робототехнику?
Машиностроение определяло многие ранние этапы развития гуманоидной робототехники. Сначала инженерам необходимо было решить фундаментальные физические задачи: научить роботов стоять, ходить, сохранять равновесие, захватывать предметы, точно перемещать суставы и предотвращать падения.
Эти проблемы никуда не исчезли. Однако искусственный интеллект всё сильнее меняет представления исследователей о том, на что должны быть способны гуманоидные роботы.
Вместо индивидуального программирования каждого возможного действия современные исследования в области робототехники всё чаще изучают системы, способные использовать сенсорную информацию для определения подходящих действий.
Компьютерное зрение может помогать роботам интерпретировать окружающую среду. Машинное обучение позволяет им совершенствовать поведение на основе обучающих данных. Обучение с подкреплением и подходы, основанные на имитации, могут способствовать развитию навыков движения и манипулирования объектами. Мультимодальный ИИ потенциально способен объединять визуальную информацию, язык, данные датчиков и команды в рамках более широких систем управления.
Результатом становится развитие области, которую обычно называют воплощённым искусственным интеллектом (Embodied AI): искусственным интеллектом, который взаимодействует с физическим миром и изучает его посредством роботизированного тела.
От интеллекта роботов к воплощённому ИИ
Современные компании, занимающиеся гуманоидными роботами, всё чаще рассматривают искусственный интеллект и робототехнику как взаимосвязанные задачи.
Например, Figure разрабатывает гуманоидных роботов общего назначения наряду с системами ИИ, предназначенными для соединения восприятия с физическими действиями. Развитие компании отражает растущий интерес отрасли к системам, объединяющим передвижение, манипулирование, восприятие и автономное поведение, вместо того чтобы рассматривать эти функции как полностью независимые возможности.
Tesla аналогичным образом позиционирует Optimus как автономного двуногого гуманоидного робота общего назначения. Робототехнические разработки компании сосредоточены на таких задачах, как поддержание равновесия, навигация, восприятие и взаимодействие с физическим миром.
Unitree также участвует в этом переходе, создавая гуманоидные платформы, предназначенные для поддержки всё более сложных исследований в области управления и искусственного интеллекта.
Такое объединение имеет значение, поскольку механически совершенный гуманоидный робот обладает ограниченной практической ценностью, если он не способен понимать, что ему необходимо делать. И наоборот, передовая система ИИ не может выполнять полезную физическую работу без достаточно функционального роботизированного тела.
Поэтому современная разработка гуманоидных роботов всё чаще предполагает одновременное решение обеих задач.
Эволюция гуманоидной робототехники
Историю гуманоидной робототехники можно рассматривать как последовательность всё более амбициозных инженерных вопросов.
| 1970-е годы
|
Может ли робот воспроизводить базовые человеческие способности?
|
WABOT-1
|
| 1980-е–1990-е годы
|
Могут ли гуманоидные роботы координировать движения и надёжно ходить?
|
WABOT-2, экспериментальные гуманоидные роботы Honda
|
| 2000-е годы
|
Могут ли роботы перемещаться и взаимодействовать со средой, созданной для людей?
|
ASIMO, Robonaut, WABIAN
|
| 2010-е годы
|
Могут ли роботы достичь динамичной мобильности всего тела?
|
Atlas, Cassie
|
| 2020-е годы
|
Могут ли гуманоидные роботы выполнять полезную работу в коммерческом масштабе?
|
Digit, Unitree H1 и G1, гуманоидные роботы Figure, Optimus, электрический Atlas
|
| Эпоха ИИ
|
Могут ли роботы воспринимать, обучаться, планировать и действовать с большей автономностью?
|
Воплощённый ИИ, мультимодальное восприятие, обучаемое манипулирование и автономное управление
|
Почему гуманоидных роботов проектируют похожими на людей?
С инженерной точки зрения нет требования, согласно которому каждый полезный робот должен быть похож на человека. Во многих областях специализированные машины эффективнее гуманоидных роботов.
Преимущество гуманоидной конструкции становится более очевидным, если учитывать саму окружающую среду.
Заводы, склады, офисы, дома, больницы, транспортные средства, инструменты, лестницы и бесчисленное множество повседневных объектов были спроектированы прежде всего для людей. Робот, способный использовать те же пространства и оборудование, потенциально может выполнять новые задачи без необходимости существенно изменять существующую инфраструктуру.
Это помогает объяснить, почему одинаково важны как передвижение, так и манипулирование объектами. Ноги позволяют гуманоидным роботам перемещаться в пространствах, созданных с учётом человеческих движений, а руки и кисти потенциально позволяют взаимодействовать с объектами, предназначенными для работников-людей.
Долгосрочная задача заключается в том, чтобы сделать эти возможности достаточно надёжными, безопасными, автономными и экономически эффективными для широкого применения.
Каково будущее гуманоидной робототехники?
Следующий этап развития гуманоидной робототехники, вероятно, будет определяться в меньшей степени впечатляющими единичными демонстрациями и в большей — надёжностью, автономностью, стоимостью, безопасностью и возможностью практического внедрения.
Производство и логистика являются естественными первоначальными направлениями применения, поскольку в них присутствуют повторяющиеся физические задачи и относительно структурированная рабочая среда. Среди других потенциальных сфер применения — инспекция, исследования, работа в опасных условиях, помощь в здравоохранении, гостинично-сервисная сфера и, в перспективе, выполнение домашних задач.
Однако остаются существенные проблемы. Гуманоидным роботам необходимы надёжное аппаратное обеспечение, достаточное время автономной работы, точное восприятие, безопасное взаимодействие с людьми, устойчивые навыки манипулирования объектами и системы ИИ, способные справляться с непредсказуемыми ситуациями реального мира.
Стоимость также будет определять скорость распространения технологии. Гуманоидный робот может быть технически способен выполнить определённую задачу, но при этом оставаться коммерчески нецелесообразным, если затраты на его приобретение, эксплуатацию, обучение и обслуживание значительно превышают стоимость альтернативных способов автоматизации.
От WABOT-1 до гуманоидных роботов на базе ИИ
Эволюция гуманоидной робототехники продолжается уже более полувека.
WABOT-1 продемонстрировал, что одна машина может объединять базовое двуногое передвижение, манипулирование объектами и коммуникацию. Последующие проекты сосредоточились на всё более стабильной ходьбе и движениях, напоминающих человеческие. ASIMO показал широкой аудитории, чего могут достичь десятилетия исследований двуногих роботов. Robonaut исследовал возможность работы в среде, совместимой с человеком, а Atlas значительно продвинул динамическое движение всего тела.
Новейшее поколение, представленное такими компаниями, как Agility Robotics, Unitree Robotics, Figure, Tesla и Boston Dynamics, решает другую задачу: превратить десятилетия исследований в области робототехники в машины, способные выполнять полезную работу.
Искусственный интеллект добавляет ещё одно измерение этой эволюции. Конечная цель больше не заключается только в создании машины, которая выглядит или двигается как человек. Новая задача состоит в создании машины, способной воспринимать физический мир, понимать задачи, адаптировать своё поведение, манипулировать объектами и действовать со всё большей автономностью.
В этом смысле историю гуманоидной робототехники можно представить как переход от имитации человеческого тела к освоению человеческих движений, а затем к разработке машин, способных разумно действовать в мире, созданном для людей.
Ссылки / Источники
