Краткое содержание
На вторых Всемирных соревнованиях по ходьбе роботов в финале на дистанции 400 метров робот-антропоморф Тяньгун Omni одержал победу, используя смешную позу — «бег с прикрытым лицом». Это вызвало интерес у пользователей интернета: кто научил робота так бегать? Могут ли люди научиться у роботов? В статье, основанной на научных исследованиях и объяснениях команды разработчиков роботов, отвечаются на эти вопросы, а также раскрывается техническое значение соревнований с роботами — они способствуют совершенствованию аппаратного обеспечения и алгоритмов, что в конечном итоге позволяет роботам лучше адаптироваться к реальным условиям использования.
1. Бег с прикрытым лицом у роботов: насколько это эффективно?
Многие задаются вопросом, может ли такой способ бега у роботов сделать его более эффективным с точки зрения энергопотребления. В 2014 году американские исследователи провели эксперимент: 13 человек бегали на беговой дорожке в четырех разных позах (обычное движение рук, руки за спиной, руки на груди, голова поднята). Результаты показали, что наиболее энергоэффективной позой было движение рук в обычном ритме; позы с руками на груди и головой поднятой потребляли на 9% и 13% больше энергии соответственно. Поза робота, напоминающая бег с прикрытым лицом, сочетает в себе элементы обеих поз, что делает ее наиболее энергоемкой. Следовательно, такой способ бега у роботов не только не ускоряет их движение, но и делает его более энергоемким.
2. Почему движение рук при беге у людей экономит энергию?
Казалось бы, движение рук при беге должно потреблять много энергии, но на самом деле это не так. Причина в том, что оно компенсирует вращение тела: при шаге правой ногой нижние конечности поворачиваются влево, при шаге левой ноги — вправо. Если бы не движение рук, тело начало бы безудержно вращаться, что требовало бы дополнительных усилий. Однако движение рук направлено в противоположном направлении: при шаге правой ноги левая рука движется вперед, создавая силу, компенсирующую вращение тела влево, а при шаге левой ноги — правая рука. Это значительно снижает амплитуду вращения тела, экономя энергию.
3. Как робот нашел свой «оптимальный способ бега»?
Поза робота не была задана людьми, а была выработана в процессе итеративных испытаний в симуляторах. Изначально разработчики использовали для робота позу, характерную для бега на дистанции 100 метров у людей, но после множества тестов они обнаружили, что поза с прикрытым лицом лучше соответствует поставленным целям: робот бегает быстрее, не падает и не перегревается. Это связано с тем, что быстрые движения рук могут вызывать перегрев плечевых суставов, а поза с прикрытым лицом этого избегает; кроме того, у данного робота достаточно сильные ноги и талия, позволяющие ему сохранять равновесие без помощи движений рук.
4. Разнообразие поз роботов: аппаратное обеспечение и алгоритмы влияют на выбор способа бега
Не все роботы используют один и тот же способ бега. На соревнованиях использовались различные позы, и каждый робот бегал по-своему. Это связано с различиями в их аппаратном обеспечении: у некоторых роботов хорошая система охлаждения плечевых суставов, позволяющая им использовать быстрые движения рук; у других ноги и талия слабее, поэтому им необходимо использовать движения рук для поддержания равновесия. Различия в позах бега являются результатом адаптации роботов под свои индивидуальные характеристики.
5. Соревнования с роботами — не просто развлечение: они способствуют технологическому прогрессу
Соревнования с роботами — это не просто способ побороться за золотые медали. На этих соревнованиях роботы побили многие человеческие рекорды в беге на дистанции 100 и 400 метров. Это стало возможным благодаря постоянному совершенствованию аппаратного обеспечения (более мощные двигатели, лучшая система охлаждения) и алгоритмов (более интеллектуальное управление движениями). Эти достижения позволят роботам применяться в реальных ситуациях: для перевозки грузов, спасательных работ, длительного патрулирования и т. д. Например, роботы смогут эффективно перемещаться среди руин после землетрясений или работать на складах, внедряясь в самые разные отрасли промышленности.
Статья, исходя из смешной позы робота, отвечает на вопросы общественности и показывает логику развития технологий ходьбы роботов: каждый странный дизайн — это результат совместных усилий команды разработчиков и роботов, направленных на повышение практичности роботов.