Ученым удалось разработать робота, подвижность которого может открыть двери для понимания внутреннего строения тела человека.
В последние несколько десятилетий технологии шагнули настолько далеко вперед, что футуристические картины, изображающие неотличимых от людей роботов и летающие машины, уже не кажутся такими уж фантастическими. Однако человек на протяжении своей истории стремился к звездам, не уделяя большого внимания тому, что творится в недрах земли или на дне океана. Поэтому мы каждый раз находим новые виды рыб на дне глубоководных впадин и до сих пор не отправили экспедицию к центру земного шара. Сегодня мы таким же образом пытаемся создать похожих на человека роботов, так и не разобравшись в самих себе.
Ученые из Японии отметили, что до сих пор имеется неясность в определении принципов контроля человеческих мышц, сенсорной нервной системы, механизма обучения мозга, поэтому поставили перед собой цель создать гуманоида, который поможет изучить человека.
В исследовании, опубликованном в Science Robotics, сказано, что имитацию мышечно-скелетного строения человека, которое обеспечивает гибкость нашего движения, невероятно сложно внедрить в строение робота. Однако правильное сочетание пропорций тела, скелетной структуры и расположения мышц робота вполне достижимо. Для этого учеными были созданы роботы Kenshiro и Kengoro, внешне напоминающие по строению тела подростка.
Задачи и результаты
Первостепенная задача, которая стояла перед разработчиками роботов Kenshiro и Kengoro, это достижение максимально приближенного к человеческой фигуре соотношения длины тела, конечностей и веса. Этого удалось добиться практически с максимальной точностью: 101% и 97,3% сходства с человеческой структурой.
Вторая задача заключалась в обеспечении гибкой подвижности роботов. Было выявлено, что у человека имеется 548 степеней подвижности, основанных на количестве костных соединений и зафиксированных в соответствии с их функциональной классификацией. Без учета лица и рук, количество снижается до 419 единиц. Ученые отметили, что основная проблема современных гуманоидных роботов заключается в сложности имитации работы каждого элемента человеческой структуры, управляемой нейронными сетями спинного мозга. Робот Kenshiro сумел охватить только 64 степени подвижности из 419, а Kengoro достиг максимума на сегодняшний день — 114 единиц (27%).
В результате кропотливой работы, ученым из Японии удалось достичь прорыва в имитации человеческих движений роботом. Kengoro может выполнять скручивания, делать растяжку, играть в бадминтон и отжиматься. Более того, робот способен приседать и стоять на цыпочках. И все это в течение 20 минут. Вот кто точно сдаст нормы ГТО! Нужно также отметить, что Kengoro имеет металлический скелет с жидкой системой охлаждения, имитирующей функции потоотделения у человека.
Одним из перспективных направлений разработки подобных роботов может стать не только лучшее понимание конструкции человека, но и использование полученных данных в имитации аварий (краш-тестах), восстановление подвижности частей тела инвалидов через имплантацию необходимых соединений и конструирование экзоскелетов.
