Історія гуманоїдної робототехніки: від прототипів до ШІ
Що таке гуманоїдна робототехніка?
Гуманоїдна робототехніка — це галузь, що займається проєктуванням і розробкою роботів, чиї тіла, рухи або можливості нагадують людські. Хоча конструкції можуть значно відрізнятися, гуманоїдні роботи зазвичай мають структуру тіла, натхненну людською анатомією, яка може включати тулуб, голову, руки, кисті та дві ноги.
Історія гуманоїдної робототехніки значною мірою є історією спроб дослідників розв’язувати дедалі складніші проблеми. Перші машини продемонстрували, що роботи можуть відтворювати базові людські рухи. Наступні покоління навчилися надійніше ходити, підтримувати рівновагу, маніпулювати предметами, пересуватися в середовищах, створених для людей, і виконувати дедалі складніші завдання.
Сьогодні ця галузь переходить на новий етап. Досягнення у сфері штучного інтелекту, комп’ютерного зору, машинного навчання, сенсорів, приводів та обчислювальних технологій допомагають перетворювати гуманоїдних роботів із жорстко запрограмованих машин на системи, здатні сприймати навколишнє середовище та виконувати складніші фізичні завдання.
Короткий огляд
Сучасні дослідження гуманоїдної робототехніки можна простежити до таких проєктів, як WABOT-1 Університету Васеда, завершений у 1973 році.
У 1980-х і 1990-х роках дослідники дедалі більше зосереджувалися на розв’язанні проблем двоногої локомоції, рівноваги та рухів, подібних до людських.
Серія P від Honda та ASIMO допомогли продемонструвати, як гуманоїдні роботи можуть ходити й працювати в середовищах, створених для людей.
Robonaut від NASA досліджував, як людиноподібні роботи можуть виконувати корисну роботу за допомогою інструментів та обладнання, спочатку розроблених для астронавтів.
Atlas від Boston Dynamics продемонстрував дедалі динамічнішу локомоцію та керування всім тілом.
Сучасні компанії, зокрема Agility Robotics, Unitree Robotics, Figure і Tesla, розробляють гуманоїдних роботів з урахуванням можливостей їх комерційного застосування.
ШІ стає дедалі важливішим нарівні з механічною інженерією, дозволяючи роботам поєднувати сприйняття, навчання, планування, локомоцію та маніпуляцію.
Витоки сучасної гуманоїдної робототехніки
Ідея створення штучних людей існує вже багато століть і зустрічається в міфології, механічних автоматах, літературі та ранній науковій фантастиці. Однак гуманоїдна робототехніка в її сучасному технологічному розумінні стала можливою завдяки досягненням в електроніці, обчислювальній техніці, системах керування, сенсорах і механічній інженерії.
Важлива віха була досягнута в Японії в Університеті Васеда у 1973 році зі створенням WABOT-1.
Васеда описує WABOT-1 як робота, якого широко вважають першим у світі повнорозмірним гуманоїдним роботом. Розроблена під керівництвом професора Ічіро Като машина могла ходити на двох ногах, брати предмети руками та спілкуватися простою японською мовою.
Ці можливості можуть здаватися скромними порівняно із сучасними роботами, але вони були значним досягненням. WABOT-1 продемонстрував, що кілька властивих людині можливостей — зокрема локомоцію, маніпуляцію та комунікацію — можна об’єднати в одній роботизованій платформі.
WABOT-2 і розширення можливостей гуманоїдних роботів
Васеда продовжив свої дослідження з WABOT-2, представленим у 1984 році. Замість того щоб зосереджуватися переважно на базовій локомоції, WABOT-2 продемонстрував більш спеціалізовані можливості сприйняття та координації.
Робот міг читати ноти та грати на електронному органі, використовуючи руки й ноги. Він також міг коригувати своє виконання, акомпануючи співаку.
Це стало важливим концептуальним розвитком. Гуманоїдна робототехніка почала виходити за межі питання про те, чи може машина просто виглядати або рухатися як людина. Дослідники почали вивчати, чи здатні роботи координувати сприйняття та рух для виконання складних людських дій.
1980-ті та 1990-ті роки: розв’язання проблеми ходьби
Ходьба на двох ногах — це те, що люди виконують майже автоматично, однак відтворити стабільну двоногу локомоцію в машині надзвичайно складно.
Гуманоїдний робот повинен безперервно контролювати свій центр мас, координувати роботу багатьох суглобів, реагувати на зміни поверхні та запобігати падінню. Через це локомоція стала однією з центральних інженерних проблем у розвитку гуманоїдної робототехніки.
Дослідницькі програми дедалі більше зосереджувалися на створенні роботів, які могли б не просто робити кроки, а ходити стабільно та відтворювано.
У цей період Японія стала особливо впливовою. Васеда продовжив розробляти серію WABIAN у 1990-х і 2000-х роках для вивчення дедалі природніших форм двоногого руху, тоді як Honda проводила власну масштабну програму досліджень гуманоїдної робототехніки.
Honda ASIMO та поява впізнаваних гуманоїдних роботів
Дослідження Honda у сфері робототехніки стали одним із найпомітніших напрямів розробки практичних двоногих гуманоїдних роботів.
Експериментальні роботи компанії поступово вирішували проблеми, пов’язані з ходьбою, рівновагою, розмірами тіла, рухом і функціонуванням у людських середовищах. Зрештою ці дослідження привели до створення ASIMO, представленого у 2000 році.
ASIMO став одним із найвідоміших гуманоїдних роботів у світі та допоміг зробити гуманоїдну робототехніку широко відомою серед громадськості.
Важливість цієї епохи виходила за межі можливостей будь-якої окремої машини. Вона продемонструвала, що постійне вдосконалення приводів, систем керування, акумуляторів, сенсорів і механічної конструкції може привести до створення дедалі компактніших і функціональніших двоногих роботів.
Питання, яке стояло перед інженерами, поступово змінювалося з «Чи може робот ходити на двох ногах?» на «Що насправді може робити робот, який уміє ходити?»
Гуманоїдні роботи починають працювати з людськими інструментами
Однією з причин створення гуманоїдних роботів є те, що значна частина фізичного світу вже спроєктована з урахуванням людського тіла.
Двері, сходи, ручки, інструменти, транспортні засоби, робочі місця, полиці та безліч інших об’єктів передбачають певний людський діапазон рухів і форму тіла. Достатньо функціональний гуманоїд теоретично міг би взаємодіяти з цією інфраструктурою без необхідності перебудовувати кожне робоче місце під роботів.
Програма Robonaut NASA особливо добре ілюструє цей підхід.
NASA почало працювати над Robonaut у 1990-х роках як над гуманоїдною системою, здатною допомагати у виконанні завдань астронавтів. Людиноподібні кисті та руки потенційно могли дозволити таким роботам працювати з обладнанням та інструментами, призначеними для людей.
Таким чином, гуманоїдна форма ставала чимось більшим, ніж просто спробою імітувати людську зовнішність. Вона могла забезпечувати інженерну перевагу, коли роботам потрібно було функціонувати в середовищах, створених для людей.
2010-ті роки: Atlas розширює можливості гуманоїдної мобільності
Ще один важливий етап розпочався з Boston Dynamics та Atlas.
Boston Dynamics виникла як спін-оф Массачусетського технологічного інституту та стала відомою завдяки роботам, здатним виконувати надзвичайно динамічні рухи. Atlas дебютував у 2013 році та став важливою платформою для дослідження мобільності всього тіла.
У наступних поколіннях Atlas демонстрував дедалі складніші форми балансування, локомоції, маніпуляції предметами та скоординованого руху.
Це стало ще однією зміною в очікуваннях інженерів від гуманоїдних машин. Підтримання рівноваги під час ходьби вже не було кінцевою метою. Дослідники дедалі активніше вивчали роботів, здатних координувати все тіло під час пересування складними середовищами та взаємодії з предметами.
У 2024 році Boston Dynamics представила повністю електричну версію Atlas, оскільки компанія почала орієнтувати розвиток платформи на комерційне застосування.
Гуманоїдні роботи переходять із лабораторій на робочі місця
Протягом десятиліть багато найвражаючих гуманоїдних роботів у світі були передусім дослідницькими платформами. У 2020-х роках увага дедалі більше зміщується в бік комерційного впровадження.
Agility Robotics є показовим прикладом цього переходу.
Робота компанії еволюціонувала від двоногого робота Cassie до Digit — робота гуманоїдного типу, розробленого для практичних завдань і людських середовищ. Agility дедалі активніше позиціонує Digit для застосування у сфері переміщення матеріалів і логістики.
Цей розвиток відображає ширші зміни в робототехнічній індустрії. Успіх дедалі частіше вимірюється не лише тим, чи здатен гуманоїд виконати вражаючу демонстрацію, а й тим, чи може він надійно та багаторазово виконувати економічно корисні завдання.
Розвиток Unitree Robotics
Серед компаній, що беруть участь у розвитку останнього покоління гуманоїдної робототехніки, є Unitree Robotics — китайська робототехнічна компанія, яка спочатку здобула широку популярність завдяки високопродуктивним чотириногим роботам.
Згодом Unitree розширила свою діяльність на гуманоїдну робототехніку. Її платформа H1 стала важливим кроком у напрямку розробки повнорозмірних гуманоїдів, тоді як G1 представляє інший підхід до створення меншої гуманоїдної платформи, призначеної для досліджень, розробки та дедалі складніших застосувань втіленого інтелекту.
Поява Unitree має важливе значення в ширшій історії гуманоїдної робототехніки, оскільки вона демонструє, як змінилася галузь. Передові гуманоїди більше не є виключно довгостроковими проєктами, що розробляються університетами, державними лабораторіями або невеликою кількістю великих корпорацій.
Навколо апаратного забезпечення гуманоїдів, приводів, сенсорів, моделей ШІ, навчальних середовищ і програмного забезпечення формується дедалі більша комерційна екосистема.
Унаслідок цього інтерес до Unitree вийшов за межі досліджень у сфері робототехніки та охопив ширшу комерційну й фінансову увагу. Unitree залишається приватною компанією, однак також з’явилися ринкові продукти, пов’язані з очікуваннями щодо компанії. Читачі, яких цікавить ця відмінність, можуть дізнатися, як працює UNITREEUSDT, зокрема як цей інструмент пов’язаний з Unitree Robotics і чому торгівля UNITREEUSDT — це не те саме, що придбання акцій Unitree.
Ця відмінність важлива. Ринковий інструмент, пов’язаний з очікуваннями щодо приватної компанії, не слід плутати з прямим володінням часткою в капіталі цієї компанії.
Як штучний інтелект змінює гуманоїдну робототехніку
Механічна інженерія відігравала провідну роль у багатьох ранніх досягненнях гуманоїдної робототехніки. Спочатку інженерам потрібно було розв’язати фундаментальні фізичні проблеми: стояння, ходьбу, підтримання рівноваги, захоплення предметів, точне переміщення суглобів і запобігання падінню роботів.
Ці проблеми не зникли. Однак штучний інтелект дедалі більше змінює очікування дослідників щодо того, на що мають бути здатні гуманоїдні роботи.
Замість окремого програмування кожної можливої дії сучасні дослідження в робототехніці дедалі частіше вивчають системи, які можуть використовувати сенсорну інформацію для визначення відповідних дій.
Комп’ютерний зір може допомагати роботам інтерпретувати навколишнє середовище. Машинне навчання може допомагати їм удосконалювати поведінку на основі навчальних даних. Навчання з підкріпленням і підходи на основі імітації можуть сприяти розвитку навичок руху та маніпуляції. Мультимодальний ШІ потенційно може поєднувати візуальну інформацію, мову, дані сенсорів і команди в ширших системах керування.
Результатом є розвиток галузі, яку зазвичай називають втіленим ШІ: штучного інтелекту, що взаємодіє з фізичним світом і навчається про нього через роботизоване тіло.
Від роботизованого інтелекту до втіленого ШІ
Сучасні компанії, що розробляють гуманоїдів, дедалі частіше розглядають ШІ та робототехніку як взаємопов’язані проблеми.
Figure, наприклад, розробляє гуманоїдів загального призначення разом із системами ШІ, покликаними поєднати сприйняття та фізичну дію. Її розробки демонструють зростаючий інтерес галузі до систем, які поєднують локомоцію, маніпуляцію, сприйняття та автономну поведінку, а не розглядають їх як повністю окремі можливості.
Tesla аналогічним чином позиціонує Optimus як автономного двоногого гуманоїда загального призначення. Робототехнічні розробки компанії зосереджуються на таких проблемах, як рівновага, навігація, сприйняття та взаємодія з фізичним світом.
Unitree також бере участь у цьому переході через гуманоїдні платформи, розроблені для підтримки дедалі складніших досліджень у сфері керування та ШІ.
Ця конвергенція важлива, оскільки механічно досконалий гуманоїд має обмежену практичну цінність, якщо він не може зрозуміти, що потрібно робити. І навпаки, передова система ШІ не може виконувати корисну фізичну роботу без достатньо функціонального роботизованого тіла.
Тому сучасний розвиток гуманоїдів дедалі частіше передбачає одночасне розв’язання обох проблем.
Еволюція гуманоїдної робототехніки
Історію гуманоїдної робототехніки можна розглядати як послідовність дедалі амбітніших інженерних питань.
| 1970-ті
|
Чи може робот відтворювати базові людські можливості?
|
WABOT-1
|
| 1980-ті–1990-ті
|
Чи можуть гуманоїди координувати рухи та надійно ходити?
|
WABOT-2, експериментальні гуманоїди Honda
|
| 2000-ті
|
Чи можуть роботи пересуватися та взаємодіяти з людськими середовищами?
|
ASIMO, Robonaut, WABIAN
|
| 2010-ті
|
Чи можуть роботи досягти динамічної мобільності всього тіла?
|
Atlas, Cassie
|
| 2020-ті
|
Чи можуть гуманоїди виконувати корисну роботу в комерційних масштабах?
|
Digit, Unitree H1 і G1, гуманоїди Figure, Optimus, електричний Atlas
|
| Ера ШІ
|
Чи можуть роботи сприймати, навчатися, планувати та діяти з більшою автономністю?
|
Втілений ШІ, мультимодальне сприйняття, навчена маніпуляція та автономне керування
|
Чому гуманоїдних роботів проєктують подібними до людей?
Не існує інженерної вимоги, згідно з якою кожен корисний робот повинен нагадувати людину. У багатьох сферах застосування спеціалізовані машини ефективніші за гуманоїдів.
Перевага гуманоїдної конструкції стає зрозумілішою, якщо враховувати саме середовище.
Фабрики, склади, офіси, будинки, лікарні, транспортні засоби, інструменти, сходи та безліч повсякденних предметів були розроблені переважно для людей. Робот, здатний використовувати ті самі простори та обладнання, потенційно міг би виконувати нові завдання без необхідності суттєво змінювати наявну інфраструктуру.
Це допомагає пояснити, чому важливими є як локомоція, так і маніпуляція. Ноги дозволяють гуманоїдам пересуватися просторами, створеними з урахуванням людського руху, тоді як руки та кисті потенційно дозволяють їм взаємодіяти з предметами, створеними для працівників-людей.
Довгострокове завдання полягає в тому, щоб зробити ці можливості достатньо надійними, безпечними, автономними та економічно ефективними для широкого застосування.
Яким є майбутнє гуманоїдної робототехніки?
Наступний етап розвитку гуманоїдної робототехніки, ймовірно, визначатиметься не стільки видовищними окремими демонстраціями, скільки надійністю, автономністю, вартістю, безпекою та практичним впровадженням.
Виробництво та логістика є природними початковими напрямами, оскільки вони включають повторювані фізичні завдання та відносно структуровані середовища. Інші потенційні сфери застосування включають інспекцію, дослідження, небезпечні середовища, допомогу в охороні здоров’я, сферу гостинності та, зрештою, домашні завдання.
Однак значні проблеми залишаються. Гуманоїдним роботам потрібне надійне апаратне забезпечення, достатній час автономної роботи від акумулятора, точне сприйняття, безпечна взаємодія з людьми, надійні можливості маніпуляції та системи ШІ, здатні працювати з непередбачуваними ситуаціями реального світу.
Вартість також визначатиме швидкість поширення цієї технології. Гуманоїд може бути технічно здатним виконувати певне завдання, але залишатися комерційно непрактичним, якщо його придбання, експлуатація, навчання та обслуговування коштують значно дорожче, ніж альтернативні форми автоматизації.
Від WABOT-1 до гуманоїдів на базі ШІ
Еволюція гуманоїдної робототехніки тривала понад пів століття.
WABOT-1 продемонстрував, що одна машина може поєднувати базову двоногу локомоцію, маніпуляцію та комунікацію. Пізніші проєкти зосередилися на дедалі стабільнішій ходьбі та рухах, подібних до людських. ASIMO продемонстрував ширшій аудиторії, чого можуть досягти десятиліття досліджень двоногої робототехніки. Robonaut досліджував роботу в середовищах, сумісних із людиною, тоді як Atlas значно розширив можливості динамічного руху всього тіла.
Нове покоління, представлене такими компаніями, як Agility Robotics, Unitree Robotics, Figure, Tesla та Boston Dynamics, вирішує інше завдання: перетворити десятиліття досліджень у робототехніці на машини, здатні виконувати корисну роботу.
Штучний інтелект додає ще один вимір до цієї еволюції. Кінцева мета вже не полягає лише у створенні машини, яка виглядає або рухається як людина. Нове завдання полягає у створенні машини, здатної сприймати фізичний світ, розуміти завдання, адаптувати свою поведінку, маніпулювати предметами та діяти з дедалі більшою автономністю.
У цьому сенсі історію гуманоїдної робототехніки можна узагальнити як перехід від імітації людського тіла до опанування людських рухів, а потім до розробки машин, здатних розумно діяти в людському світі.
Посилання / Джерела
