Роботы не должны выглядеть как люди [Veritasium]

[музыка] Обычно люди представляют себе роботов примерно так: металлический гуманоид, похожий на разработку B dam. Но возможно, в будущем нас ждут роботы, которые выглядят совсем иначе. Наверное, технику, с которой нам придется взаимодействовать каждый день, лучше не делать острой, хрупкой; её лучше сделать более мягкими, гибкими, разных форм и размеров. Вероятно, вместо саней из Т будет относительно недалеком будущем мы увидим нечто вроде Бей Макса из города героев. Это сборник из пяти моих видео о том, как по-разному могут выглядеть роботы и почему применяются именно такие решения. Мы впервые пробуем объединить ролики в серию. Честно говоря, у команды выдалось жаркое времечко. Мы работаем над кое-чем очень занят, пока предлагаю вам узнать, как дела у героев старых видео.

Я поговорил с доктором Летом Хок сом, он занимается двумя видами роботов из наших видео, и узнал, как продвигаются его разработки, когда они появятся в нашей жизни.

— Есть какие-нибудь новости про прыгучий роботов с механизмом прыжков?

— Мы начали совершенно новый проект, и там даже пружины не нужны. Пока не буду раскрывать наши секреты, но не забывайте про него: мы готовим кое-что интересненькое.

— То есть вы решили делать нового прыгающего робота с другой конструкцией?

— Да, и вы думаете, он будет ещё лучше, чем ваш предыдущий?

— Именно. Не гуманоидные роботы не только более безопасны в использовании. Их важное достоинство не в том, что они способны делать то, что делают люди и притом лучше, а в том, что изначально создаются, чтобы выполнять задачи, которые человеку вообще не под силу. Этот робот умеет увеличиваться в размерах в сотни раз, и он не обладает высоким тельцем, совсем не притязательный на вид. Он может быть полезен в самых разных ситуациях, а однажды даже спасти вашу жизнь. Его можно изготовить почти из любого материала.

А в основе довольно простой принцип: компактно сложенная трубка расправляется под давлением воздуха. Отлично, благодаря этому робот проходит узкие места и преодолевает липкие поверхности. Робот на косах точно прилипнет.

[музыка] Колса застряли. А вот робот Лоза спокойно проходит дальше. Он без проблем пробирается по искривлённым проходам — отличная способность для решения целого ряда задач. Острые предметы по идее должны остановить надувного робота, но даже проколы ему не страшны. Главное — поддерживать достаточное давление, будет в порядке. Вот прислушайтесь, воздух-то выходит. Сейчас немного добавим.

— Сам по себе этот червяк не робот, но вместе с пультом управления, камерой, сенсорами и подобием умной навигации станет полноценным роботом. Это просто его скелет, основа, на которой мы уже будем что-то строить.

— Откуда вообще пришла идея создания чего-то подобного?

— У меня в кабинете растение было. Такое вроде на полке, где мало света, и где-то за год его лоза потихоньку обросла полку и добралась до окна, где больше солнца. Я подумал: "Прикольно, у неё получилось". Тогда я и задумался, как реализовать такое у роботов. Решение поражает своей простотой и элегантностью. Герметичный шланг свёрнут. Вроде тех игрушек трубочек, которые постоянно выскакивают из рук, наполненный воздухом, он расправляется и таким образом растёт. А если нужно задать ему направление, то можно с помощью клейкой ленты сделать одну сторону чуть короче, например, проклеить всё так, чтобы он разворачивался в спираль. Получится складная антенна.

— А как его назад свернуть?

— С этим были проблемы. В ограниченном пространстве достаточно потянуть за, так скажем, передний хвост, по сути шнурок на конце. Внутри потяните, и он просто сложится обратно как был. Но вот когда мы на открытой местности, если дёргать за хвост, вместо того чтобы сложиться, робот начнёт крутиться. В общем, не сработает. Инженеры придумали сворачивать робота так, чтобы тот не сгибался, используя встроенные ролики. Шланг не обязательно должен быть одного диаметра. Вот, например, широкая часть — нечто вроде подушки, которая свёрнута, как и остальной робот. Можешь сесть, скрестив ноги.

— Скрестив ноги? Что-то мне это не нравится.

— Робот, как обычно, наполняется воздухом. Вот дело доходит до подушки.

— Ой, это сломалась или так и надо?

— Она может поднять вес человека. Не очень-то устойчиво, скажу я вам. Попробуй встать прямо.

— Вставать?

— Да. Удивительно, но для этого даже особого высокого давления не нужно. Всего 1 атмосферы, приложенная к большой площади, скажем, в 1 метр, способна поднять 1000 кг. При этом сам робот остаётся мягким. Это было круто. Парадоксальное свойство: сравнительно низкое давление позволяет получать большую силу, если площадь достаточно велика, а подушка — это большая. В смысле по площади 600 ва дюймов, фунт на квадратный дюйм поднимет 600 фунтов. Неплохо! 2 фунта уже 12. При этом трубка остается мягкой, да? Ведь давление небольшое. Мягкий робот — это хорошо. Ведь он менее травмоопасный. Их можно делать секциями разной ширины; достаточно узкий робот сможет проползти в обрушившееся здание и там надуть такую подушку, высвобождая людей из-под завалов. В притонах, авариях наши роботы сильные, при этом мягкие и дешёвые. Такие роботы также могут использоваться в поисково-спасательных операциях, если на них прикрепить какие-нибудь сенсоры.

Или камеру. Для них вообще почти нет преград. Можно запустить в труднодоступные места, скажем, под обломки здания, и они наверняка куда-нибудь заберут. Преимущество в том, что они супер дешёвые, почти ничего не стоит. Можно дидти их камерами ОТВ внутр хоть по 100 штук и пусть всего один найдет под завалом человека — это будет успех. Но как закрепить камеру на конце робота, если тот постоянно удлиняется?

Можно использовать специальную крышку, которая держит камеру, а робот просто толкает её вперёд. Но есть и другие виды креплений, например, беспроводную микрокамеру фиксируют на внешней раме, которая в свою очередь соединяется с внутренней рамой, расположенной в надувной части тела робота. Похожим образом на вагончиках американских горок колса удерживаются на рельсах, так что камера не падает.

По мере того как робот становится длиннее, но интереснее всего то, как его заставляют двигаться в нужном направлении. Для этого ему изготовили искусственные мышцы. Принцип действия тут следующий: наполняясь воздухом, эти трубочки раздуваются, становятся толще и при этом заметно короче. Сейчас этот материал мы почти не используем; он достаточно мягкий, но плохо тянется. Вместо него мы берём шланги из нейлонового рипстоп с волокнами под 45 градусов. Получается, у нас всего один слой герметичной ткани. Вот основное тело робота, к нему крепятся три пневматические мышцы. У каждой своя подпитка воздуха с отдельным управлением.

По мере того как робот раскладывается, его расслабляя нужные мышцы, работает примерно как наша рука. Если потянуть связку на внутренней стороне, рука сгибается. А если на внешней, то разгибается. Наш робот меняет направление роста в зависимости от того, с какой стороны мы надуваем эти трубочки, где мышца сократилась, туда он поворачивает. Робот Лоза умеет проходить узкие места, почти ни к чему не прилипает, и острые объекты ему не страшны. Если прикрепить впереди него камеру, получится классный робот-археолог.

[музыка] Его уже использовали в Перу для изучения очень узких тоннелей. Этот храмовый комплекс был построен в перуанских Андах ещё до нашей эры, где-то в промежутке между 15 и 6 веками. Это древний храм с подземными помещениями, и часть нашей работы состоит в том, чтобы понять, для чего они были нужны, для чего их использовали жившие в то время люди. Серия загадка состояла в том, что там есть большие комнаты, так называемые галереи, и есть несколько узких ходов, которые расходятся от этих комнат. Мы хотели узнать, куда они ведут, но человеку туда никак не пролезть. С помощью робота мы успешно осмотрели три таких тоннеля, которые иначе были бы недоступны. Мы отсняли несколько отличных видео и передали все материалы команде археологов.

А вот ещё одна область применения, настолько очевидная, что даже странно, почему до этого не додумались раньше. Интубация — это процедура введения трубки в дыхательные пути, чтобы пациент начал дышать, если вдруг он сам не может. По идее, для этого нужно медицинское образование. Делают это так: с помощью ларингоскопа находят трахею и аккуратно вставляют трубку. Почти кажется, получается. Как видите, трубка попала в трахею. Вот это заняло несколько минут. При этом я работал не особо аккуратно. А когда человек не дышит, на счету каждая секунда.

При помощи миниатюрного робота Лозы учёные хотят сделать интубацию быстрее и безопаснее. Тогда любой человек без подготовки сможет это устройство направить его по задней стенке. И как видите, интубация прошла успешно. Всё, что нужно, это надуть.

— Легко и просто. Это же карнавальная Дудка!

— Да, точно! Мне ещё напоминает, такие болтающие он попал в трахею. У мягких роботов есть огромное преимущество: они очень податливые. Демонстрациях видно, как легко они сжимаются и гнутся. Тут у нас две части: основная перекрывает пищевод, а вот боковая как раз оказывается в трахее. Она мягкая и гибкая, так что сама находит, куда ей надо. Отличный пример пассивного интеллекта, его ещё называют механическим роботом; сам находит путь. Даже если мы работаем вслепую.

А на людях уже проверяли на живых людях?

— Нет, только в анатомическом зале. Мы показали, что робот подходит не только для аккуратных манекенов, но и для человеческой анатомии. Метод успешно работает. Ещё такие роботы неплохо умеют закапываться в сыпучий грунт и землю. Если направить поток сжатого воздуха в песок, вести себя как жидкость, что позволяет роботу двигаться вперёд, прорастая сквозь подобную среду. Представьте, что вы на пляже и пытаетесь воткнуть зонтик в песок. На самом деле это не просто. Я попробую вставить этот зонт в песок без помощи воздуха. Да, чувство, как будто его зажали тисками. Давайте добавим воздух.

— О, да, сразу стало легче. Ух ты, круто!

По сути, мы просто пускаем воздушную струю из головы робота. Это разряжает песок, уменьшая сопротивление, что позволяет роботу продвигаться.

[музыка] Вперёд может очень приди нам, для изучения грунта на других планетах. Не так давно на Марсе пробовали использовать робот-бур, но он застрял.

— А вы исправились бы?

— Хороший вопрос. В аппарате миссии Инсайд есть термометр. Задумка была в том, чтобы пробить грунт и поместить туда этот датчик, который определял бы температуру Марса. Возника пробеста не таким, как рассчитывали. Бур должен был работать примерно как отбойный молоток, двигаясь вверх-вниз. Но между ним и стенками скважины не хватило трения, поэтому получилось так, что он просто прыгал на месте.

Преимущество робота, подобного нашему, в том, что у него есть база, и от неё он уже просто идёт вглубь. Нам по сути вообще не важно, какой будет контакт со средой вокруг. Больше всего в этих роботах меня радует то, что на создание столь элегантного решения учёных вдохновила природа. Устройство настолько простое, что вы сами можете его легко собрать. Я оставлю ссылку на инструкцию.

Но из такой простой задумки возникло огромное разнообразие роботов, полезных во многих сферах: от археологии до спасательных операций, от интубации до изучения космоса.

А какое применение бы ему вы получили?

— Мы получили много имело от ваших зрителей. Нас засыпали идеями, которые нам даже в голову не приходили. В общем, не останавливайтесь, мы им очень рады!

— А можете привести какой-нибудь пример, когда прочитали что-то в письме, подумали: "О, а здорово", кто-то предложил?

— Приспособить робот-лаз для обезвреживания наземных мин. Его можно было бы запустить через поле, чтобы он по сути расчистил безопасную тропу, по которой можно ходить. Мне кажется, это интересная мысль. То есть давления на мину хватило бы, чтобы она сдетонировала?

— Кажется, там мысль была в том, чтобы внутри робота были заряды, от которых и сдетонировали. Что, наверное, на Лазу можно установить сенсоры, и когда она поползла по полю, то будет находить мины. У меня есть ещё один хороший пример. Кто-то предложил интересную идею для кос — для стыковки космических аппаратов. Там нужна герметичная изоляция. Собственно, предложили вариант, как можно приспособить для этого робота Лазу, чтобы сделать что-то вроде шлюза или как-то, по сути.

— Да, представляете, с двух сторон сходятся две трубы, стык не герметичный, а потом приходит робот Лоза и как бы запечатывает вторым слоем.

— Вы же разрабатывали устройство для интубации, только что проводили испытания с врачами скорой помощи. Выдали им устройство, за 5 минут научили пользоваться, и они справлялись в 90% случаев. И сама процедура очень быстрая, около 20 секунд.

— Ого, это ещё один плюс. Если интубация пошла неправильно, об этом узнают через 20 секунд, а не как обычно, когда минуты три уходит на установку, а потом приходится всё переделывать. Мне кажется, здорово, что это так быстро и просто, и даже в случае неудачи можно попробовать снова.

— Тогда это получается, скоро могут взять на вооружение в повседневной практике?

— А интубацию часто делают в операционных? Это довольно частая процедура. Кажется, в США 15 миллионов в год. Но это не наша целевая аудитория. Там всё очень надёжно, процент успеха около 99%. Проблема в том, что инструменты отлично подходят для интубации в условиях операционной, но когда их приходится применять в ситуации, когда может быть темно, пациент неудобно лежит, или у него во рту скопилась кровь — с нашим устройством всё гораздо легче. Оно само найдёт трахею.

— Около миллиона интубаций происходит вне больниц. А ведь есть ещё случаи, когда интубировать не могут, потому что нужных инструментов нет под рукой. И это, конечно, смелая мысль. Но знаете, сейчас везде вешают коробку с дефибрилляторами. Проб в том способе помочь человеку задышала наше устройство. Настолько простым, что будет безопасно оставлять его в этих коробках вместе с дефибрилляторами.

То можно будет и сердце запустить, и восстановить дыхание. Почти всё готово. Процесс уже не сложный. Приезжайте, снимем ещё один ролик. Дадим вам провести интубацию на кадавре. Будет весело.

На этот вопрос ответ уже был, но всё-таки продолжается какая-то работа. Сейчас мы занимаемся разработкой закрепления. Нам кажется, это интересный проект. Представьте себе корень растения, выдернуть из земли какой-нибудь росточек. Это ведь очень сложно. Правда, смотришь, там и выроста какой-то сантиметр, но его тянешь, тянешь, а сил вырвать не хватает.

— Да как так может быть?

— Самое интересное, что они смогли так крепко зацепиться практически без какого-либо сопротивления. В процессе было семечко и оно в земле. Если там много маленьких корешков, подозреваю, каждый держится за счёт трения. Когда корни прорастают, сопротивление испытывают только концы корешков, они расталкивают почву. А вот удерживаются на месте они за счёт площади боковой поверхности корня. Если собрать их в пучок, общая площадь кончиков не изменится, а вот площадь контакта по бокам уменьшится. Так что, чем сильнее расходятся корни, крепче держатся растения.

В общем, этот принцип мы и положили в основу для разработки анкеров. Над одним даже работаем вместе с НАСА. Это развёртывание и очень лёгкий анкер, его можно просто бросить куда-нибудь. А он пустит корни. У него их четыре штуки, которые уйдут в грунт. Чтобы его вытащить, силы надо будет Ньютонов 100.

— Кажется, это какие-то аппараты из научной фантастики. Бросаешь мешок, он падает, такой: "Начал корнями - хоп-хоп" и зацепился. Да, точно так и есть. Очень здорово.

Спустя несколько лет после знакомства с роботом Лозой мы снова заглянули в лабораторию Элиота и увидели механизм, который освоил совершенно другие навыки. Он умел прыгать! Этот небольшой робот весит меньше теннисного мячика и прыгает выше всего на свете. В соревнованиях по прыжкам в высоту среди роботов 7 см достаточно, чтобы перепрыгнуть одноэтажный дом. Этот робот прыгает до 31 метра, выше 10 этажей. Примерно как от подножья Статуи Свободы до уровня её глаз.

Прыжком называют действие, отвечающее двум критериям. Во-первых, начинается оно с отталкивания от земли, то есть квадрокоптеры не считаются. Они отталкиваются от воздуха. Во-вторых, в процессе не должно быть потери массы. Например, нельзя сказать, что ракеты подпрыгивают, потому что они постоянно выбрасывают отработанное топливо. Не прыгает и выпущенная стрела. Чтобы сказать, что она прыгает, вместе с ней должен лететь и лук. Зато прыгают живые существа, начиная от песчаных блох и кузнечиков до кенгуру. Они отталкиваются от земли за счёт разового движения мышц. Высота прыжка зависит от количества энергии, приложенной в момент движения.

В природе лучше всех прыгают крошечные зверьки галаго. Дело в том, что за прыжки у них отвечает 30% всей мышечной массы. Благодаря этому примат размером с белку может подпрыгнуть с места больше чем на 2 метра. У них очень маленькая верхняя часть тела и передние лапки, а внизу — огромные прыгучие лапы. Дело не в каких-то особенностях строения мышц, их просто больше.

[музыка] Можно найти довольно затейливые прыгающие игрушки. А в детстве у меня были вот такие поперы. Если их вывернуть, происходит деформация, и в ней накапливается энергия. По сути, получается пружина, которая, как и животные, прикладывает к опоре всю накопленную энергию за раз, подпрыгивая высоко вверх.

[музыка] Про один принцип накапливают энергию при сжатии, а потом единоразово высвобождают её, чтобы совершить прыжок. Но игрушки, которые были у нас в детстве, не идут ни в какое сравнение с этим маленьким роботом. Я многое уже снимал, но это оказалось, пожалуй, сложнее всего. Робот очень маленький, он моментально разгоняется и во время полта преодолевает очень болье расстояние. Да, не замечаешь.

Но где же пригодится прыгающий робот? По мнению инженеров, на других планетах и спутниках, особенно там, где атмосфера разрежена или её вообще нет. На Луне, где гравитация составляет всего шестую часть земной, этот робот сможет прыгать на 125 метров в высоту и на полкилометра вперёд. Роверы с трудом справляются с уступами и глубокими кратерами, а такой прыгун может запрыгивать и выпрыгивать куда надо, собирая образцы.

Прыжок — это очень энергоэффективное действие. Если придумать, как возвращать кинетическую энергию в пружину при посадке, потери сведут практически к нулю. Разработчики уже приступили к изготовлению самых разных прыгучих роботов. Некоторые умеют выравнивать своё положение после приземления и готовы прыгать снова. Другие можно направлять, и их три подвижные ножки позволяют прицеливаться в нужную сторону. Здесь мы взяли и добавили три дополнительные ножки, которые не накапливают энергию, но служат опорами и позволяют выбрать направление, куда надо прыгать.

Как же устроен этот прыгающий механизм? Основная его часть состоит из четырёх узких пластинок углеродного волокна, соединённых эластичными лентами. Такая конструкция формирует пружину, в которой собирается энергия, необходимая для прыжка. Наверху находится небольшой моторчик, от него до нижней части робота протянута. Про мотор накручивает её на себя, робот сжимается, накапливая энергию в углеродных пластинках и резиновых лентах. Примерно за полторы минуты конструкция робота сжимается до максимума. Как понять, что пора?

— Смотрим, когда нижняя часть достаточно вложена внутрь, чтобы он не падал. Так, сейчас неустойчиво, тогда пора. В нужный момент срабатывает спусковой механизм, разматывается на полную длину, и вся накопленная в пружине энергия выпускается разом. Робот срывается с места и разгоняется до сотни километров в час за какие-то 9 [музыка] миллисекунд. Рение больше 300 такого не пережило бы, вероятно, ни одно живое существо.

— Осторожно, смотри, смотри!

Но почему этот робот прыгает настолько выше всего остального? Почти в 10 раз выше, чем предыдущий рекордсмен.

Конструкции предусмотрены три особенности. Во-первых, маленький вес — всего 30 г. Этого добились благодаря крошечным мотору и батарейке. Основная часть сделана из очень лёгких углеродных материалов; сама же является пружиной, а резина из натурального латекса способна накопить больше энергии, чем почти любой другой эластичный материал.

7000 жо на килограмм. Вся конструкция разработана именно под конкретную задачу. Сначала разработчики хотели использовать в конструкции резинки и алюминиевые трубки на шарнирах, но во время сжатия такой пружины максимально в начале уменьшается к концу. Такое ощущение, что внезапно стало гораздо легче тянуть. Если использовать только углеродные пластины, требуется значительное усилие с самого начала, которое в дальнейшем линейно возрастает. Да, становится тяжелее постепенно.

В итоге эти два подхода решили совместить. В итоге график силы получился практически идеально ровным. На ВМ протяжении сжатия начать довольно сложно, а даль с одной и той же силой. Благодаря этому энергия накапливается в два раза больше, чем в обычной пружине, где требуемые усилия возрастает по мере нажатия.

Команда заявляет, что это самая эффективная пружина в истории. Иногда нет - рвётся или бывает, что она срывается раньше, чем должна. У порвалась. Скажи сейчас, поменяй на новую. Сейчас вернусь. Ним тем лучше, особенно если лишний вес — это просто болванка, а не какая-нибудь пружина или моторчик. В устройство добавляем кусочек стали, и тогда он подпрыгивает выше. Разместить его надо обязательно в верхней части. Надо, чтобы движимая часть была как минимум не легче, чем нижняя. Если верх окажется легче, то энергия будет передаваться очень неэффективно, и робот будет хуже.

Глай таких ж назвать аккумуляции работы. В отличие от животных, которые прыгают за счёт единичного движения мышц, созданная командой конструкция способна накапливать энергию множество движений в случае робота поворотов моторчика. Поэтому и хватает такого маленького мотора. Нет необходимости поставлять всю энергию разом; её можно постепенно накапливать за несколько минут.

Тут в каком-то смысле обменяли энергию на время. Да, именно такая возможность появляется благодаря фиксирующему элементу, который даёт нити размотать, пока робот не сожмётся полностью. Что интересно, своего рода защёлки используют и некоторые живые существа. Например, песчаные блохи, которые для своих размеров подпрыгивают очень высоко. В ноге есть мышца, крепится как-то так, прямо под коленным суставом. Когда она сокращается, нога не выпрямляется, наоборот, мышца её сгибает.

Но вот тут есть другая мышца, которая оттягивает первую. Движение совсем небольшое, но мышца оказывается с другой стороны над коленным суставом.

— Ничего себе. То есть работают вот эти две мышцы?

— Да, вот эта накапливает энергию, а вот эта — спусковой механизм. Тут мышцы, такие механизм разворота усилия, она срабатывает, и блоха резко прыгает.

Пусть даже такой механизм существует в живой природе, нет таких существ, которые бы для прыжков с места аккумулировать работу где-то в собственном организме. Однако есть наблюдения, как паукообразный обезьяны вет тянут его ближе, перебирая лапами, чтобы запустить себя подальше вперёд. Ещё есть пауки, которые выстреливают паутиной, подтягиваются по ней, а затем отпускают, будто выстреливают.

— Это же рогатка?

— Да, именно. Кажется, их в честь этого и назвали. Мы взяли лунные ботинки, чтобы узнать, помогут ли они прыгать выше.

— Неплохо.

— Так, ладно. Ох, по ощущениям, как будто сработало. Но Элиот сказал, что когда прыгаешь с места, от них не очень много толку. По чуть-чуть, по чуть-чуть, и потом прыгаешь. Если сначала распрыг, можно накопить в эластичных лентах немного энергии и за счёт неё на следующей попытке подпрыгнуть.

[музыка] Годами прыгающие механизмы создавали природы, но аккумуляция работы даёт неожиданные преимущества. Если благодаря долгой работе моторчика можно накопить много энергии для прыжка, мы больше не ограничены мощностью мотора. Всё теперь зависит от пружины.

Высота прыжка этого робота практически максимальна для такого типа пружины. Даже если взять бесконечно лёгкий мотор, который работает бесконечно долго, этот гипотетический робот подпрыгнет всего лишь на 19% выше существующего. Если учитывать сопротивление воздуха и аэродинамику, ещё один способ запустить робота выше - масштабировать его в 10 раз.

Тогда он подпрыгнет на 15-20% выше. Мы где-то посередине сопротивления воздуха. Мы ощущаем, но гораздо меньше, чем, например, песчаная блоха. Если робот в 10 раз больше, то сопротивление воздуха можно пренебречь. Это возможно, потому что если пропорционально увеличить робота в 10 раз, площадь лобового сопротивления увеличится в 100 раз. При этом сила сопротивления тоже увеличится, но масса робота вырастет в 1000 раз. Это значит, у него вырастет инерция, а сила сопротивления воздуха будет влиять слабее.

Концепция аккумуляции работы может обеспечить прорыв в разработке роботов. Пока что моторы, и роботов приходится делать относительно небольшими, чтобы оставаться подвижными. Но накопление энергии за счёт продолжительного вращения мотора позволит роботам запасать, а затем высвобождать огромное количество энергии и, благодаря этому, обновлять мировые рекорды.

В прошлый раз он прыгал на высоту 33 метра — и это был рекорд. Хотел спросить: это до сих пор максимальная высота?

— Да, хочу предложить зрителям побить этот рекорд, потому что в принципе это возможно. Поэтому надеюсь, в пределах нескольких лет кто-нибудь поставит новый. А если нет, побьём сами. Это довольно легко. Пока ничего больше не скажу. Есть какие-нибудь новости про прыгучий роботов с механизмом прыжков?

— Мы начали совершенно новый проект, и там даже пружины не нужны. Пока не буду раскрывать наши секреты, но не забывайте про него: мы готовим кое-что интересненькое.

— То есть вы решили делать нового прыгающего робота, но с другой конструкцией?

— Да, и вы думаете, он будет ещё лучше, чем ваш предыдущий?

— Именно. Вот это да! А если подумать об их применении?

— Совместный проект с НАСА. Надо сказать процесс идёт довольно медленно. Для НАСА невероятно важно, чтобы всё надёжно работало. Если надо отправить что-нибудь на Луну, права на ошибку нет. В общем, проект с НАСА быстро не делается.

Но одна из задач - отправить робота на Луну. Эки вертолётик для Марса, только теперь для Луны. Да, хорошее сравнение! Вертолётик для Марса работает просто отлично. Это такой маленький кой может полетать, наделать хороших снимков в тех локациях, куда стоит отправить марсоход, или собрать образцы.

На Луне вертолёт не запустить? Зато там можно прыгать. А результат будет вполне похожий на полёт вертолётика с точки зрения высоты и всего прочего в общем, да, их удобно сравнивать.

А после видео про прыгучий роботов вам писали что-нибудь интересное? Многие захотели попробовать сделать такого же. Но вообще-то признаюсь, это очень трудно. Я всем так и отвечал: каждая деталь в этом роботе, знаете, при решении конструкторских задач важно оставлять запас прочности. А у нас такого не было. Каждая деталь работала на самом-самом пределе. Из-за этого нам было очень сложно.

Но, кстати, сейчас мы составляем, скажем так, что-то вроде руководства, чтобы, ну, на 33 м робот не прыгнет, но на 69 — вполне. Следите за новостями, думаю, так многие смогут собрать собственного робота и испытать.

Предупрежу на всякий случай: если решите себя не ограничивать, прямо как мы, обязательно надевайте защитные очки, перчатки и всё прочее, потому что осколков углеволокна мне в пальцы впивается. Пойти не так, когда хочешь создать что-то классное. У нас годами ничего не получалось, снова и снова, снова и снова.

Лучше всего я запомнил, что на пути к успеху очень и очень много неудачных попыток. У вас когда-нибудь спрашивали, почему на всё это ушло так много времени, нельзя ли было сделать компьютерную модель пружин, протестировать и потом уже собирать робота? Кстати, нет! Но вообще мы не то чтобы не делали компьютерные модели, это тоже часть цикла разработки. Проблема в том, что мы ведь даже не знали, какую делать конструкцию. Перебрали дикое количество конфигураций.

Хотели попробовать в форме меча сделать; придумывали механизмы, похожие на палку или из резинок. Пространство для поиска было огромное. Пришлось сравнивать варианты, думать, что главное, чем пожертвовать. В общем, для мирового рекорда, мне кажется, не так уж и долго мы работали.

Причина, по которой этот робот способен так высоко прыгать, именно в том, что он сделан из резины и углеволокна. У него маленькая основная часть и длинные ножки, и он существует, чтобы выполнять конкретную задачу. В научных исследованиях тоже чаще всего используют специализированных роботов. Так проще анализировать отдельную способность, а результат затем можно применить к более сложным роботам.

Все ожидают роботов вроде тех, которые делают Bon Dynamic, и таких железных людей. Почему вы решили заняться совсем другими роботами, такими странными на вид?

Наверное, всех моих роботов объединяет… ВНО интересует сама конструкция, и гораздо меньше управления, зрение, искусственный интеллект и так далее. По сути, я бы сказал, мы работаем скорее над дополнениями к другому основному роботу. Наша лаборатория гораздо меньше занимается традиционной робототехникой. Для меня больше интереса представляют механизмы.

У вас есть любимый робот?

— Нет, но я не могу сказать, что у меня есть любимки. Это из дете своих роботов, абсолютно всех. Но когда занимались прыгучим роботом, было много взлётов, падений и учёбы на своих ошибках. Когда наконец всё получилось, я был безумно рад.

Можете рассказать с вашей стороны, как мы договаривались о прошлых съёмках?

— О, ну так, ну это забавная история. Вы прислали мне имей, уже не вспомню, сколько лет назад. Может, лет пять, примерно. Так, и я ничего не ответил. Однажды прихожу в лабораторию, в разговоре со студентом мельком упоминаю, что какой-то парень с Ютюба писал и просился снять видео. Студент говорит: "Какой парень? Может, я ему чем-то помогу?" Я переслал ему письмо, а он мне: "Да вы хоть знаете, кто это?!" Ну и потом мы ответили.

Мы очень благодарны за то, что вы постарались рассказать о нас очень точно. Не помню, сколько мы разговаривали с Эмили, но, наверное, часа через 10 подробно прошлись по всей теоретике. Она очень тщательно ВС проверила, чтобы не было ни одной ошибочной. Нам важны такие вещи, и хочется, чтобы о нас рассказывали правильно.

Но самое точное соответствие специализации робота и его конструкции стоит искать на соревновании, участники которого оттачивают своих роботов уже почти 50 лет. Забег микро мышей — это старейший турнир роботов в мире. Это формула 1 от роботостроения. Но чтобы поверить в это, надо оценить их скорость. Крошечная мышь делает лабиринт всего за 6 секунд. Каждый год люди со всего мира участвуют в самой старой гонке робототехники. Цель проста: как можно быстрее пройти лабиринт. Второй пришёл к финишу с отставанием 20 миллисекунд.

Сейчас это очень жёсткое соревнование. Кто-то посмотрел на моего робота и сказал: "Да ты, с чего столько напряжения?" За что вы боретесь? Подсчёт [аплодисменты]. Наверное, в 1952 году математик Клод Шеннон сконструировал электронную мышь, способную искать выход из лабиринта. И назвал её "Тесей". Сообразительность мышки обеспечивал встроенный в сам лабиринт простейший компьютер на основе телефонного. Мышь была просто магнитом на колёсиках, которые притягивали к себе электромагниты, включаемые с помощью этих реле.

Сейчас Тесей исследует лабиринт методом проб и ошибок. Найдя правильный путь, один из директоров Google недавно заявил: "Тесей был главным вдохновением для развития". И спустя 25 лет издатели журнала Института инженеров электротехники и электроники узнали о соревнованиях для электронных мышей, или ля-Маус Электроник. Так оно и называлось.

Они пришли в восторг: неужели это были преемники Тесея? Но в процессе перевода стёрлись некоторые детали: мыши оказались игрушками на батарейках, а не роботами, демонстрирующими поведение. Но издатели не поняли и решили сами устроить соревнование, которое хотели. В 1977 институт объявил об удивительных микро мышиных бегах. Записались больше 6000 участников. Это число быстро сокращалось. Мало кому сопутствовал успех.

Два года спустя до финала дошли всего 15 участников. Но к этому моменту соревнования уже привлекли внимание публики, благодаря чему транслировались по всей стране в вечерних новостях. Идея не зря показалась издателям интересной. Новости о микро мышах разошлись по свету.

[музыка] [аплодисменты] Я участвовал в японском турнире в прошлом году, там я выиграл в категории малых размеров. В этом году я усовершенствовал ту модель, которая в прошлый раз принесла мне победу. Даже гоу, присмотритесь, когда они запускают своих мышей, они еле кнопки находят, потому что нервы просто [музыка] зашкаливают.

Да что бы ни было: обычные скачки, автогонка или такие мышиные бега. Если у вас есть хоть чуточка духа соперничества, вам хочется победить! Похоже, Уно немного нервничает, как и обычные мыши.

Эти маленькие роботы должны бегать сами. Никакого подключения к интернету, GPS или дистанционного управления. Помогать, если они где-нибудь застрянут, тоже нельзя. Вычислительные мощности, моторчики, датчики и батарейки должны поместиться в корпус размером максимум 25 на 25 см. На высоту робота ограничений нет, но перерезать или перелетать препятствия нельзя, и никакого топлива, ракетный двигатель, к сожалению, не поставить.

[музыка] Лабиринт представляет собой квадрат примерно 3 на 3 метра, разделённый на коридоры шириной всего 18 см. В 2009 году добавили ещё одну категорию малых размеров, где все мыши должны быть в два раза меньше, а ширина коридоров составляет всего 9 см. Планировка лабиринта становится известна только мерс состязания. При этом участникам нельзя что-либо менять в коде микро мышей.

Соревнования большой тройки: японское, тайваньское и американское обычно дают на изучение лабиринта 7 или 10 минут, и мыши могут пройти путь от старта до финиша только если мышь слишком долго изучает лабиринт. Будет штраф. Логично, большинство мышей следует одной стратегии. За первый заход они внимательно изучают лабиринт и ищут лучший путь к цели, стараясь не тратить слишком много времени. Остальные попытки уходят на то, чтобы как можно быстрее пройти уже известный путь.

Может, пока за пределами лабиринта, но робот всего несколько инфракрасных сенсоров, вместо глаз, и изнутри лабиринт выглядит совсем не так, понятно как сверху. Однако, чтобы пройти лабиринт, глаза не нужны. Если вести рукой по одной стене, рано или поздно вы доберётесь до цели.

В большинстве лабиринтов именно так и рассуждали некоторые участники самых ранних забегов. В первом же соревновании победила мышь, которая шла по лабиринту, ориентируясь на стены. После чего точку финиша убрали от края и добавили лишних проходов. Теперь блуждать по лабиринту вдоль стен можно хоть вечно.

Следующий вариант — изучить каждый закоулок. Оказавшись в тупике или петле, мышь может вернуться к последнему разветвлению и пойти в другую сторону. Если робот повернул налево и это был неверный ход, он возвращается и идёт направо. Это такой подход очень упорной мыши. Она уверенно идёт вперёд до тех пор, пока есть хоть какой-то путь дальше. Такой способ назовём его поиском в глубину. Рано или поздно приведёт мышь к цели. Проблема в том, что путь у неё будет, скорее всего, не самый короткий.

Робот возвращается только если возникает необходимость. Так легко упустить отворот на более быстрый путь. Есть другой похожий подход — поиск в ширь. Он как раз позволяет найти самый короткий путь. На пересечении коридоров мышь сначала идёт в одну сторону, а когда доходит до следующей развилки, возвращается назад, проверяет, куда бы повёл альтернативный путь, и лишь потом идёт дальше.

Мышь изучает все доступные варианты, но для этого ей приходится несколько десятков раз проходить одни и те же участки. Не быстрее ли будет просто обойти весь лабиринт? Идея не так уж плоха. Дотошная мышка может изучить все 256 ячеек в лабиринте, заглянуть за каждый поворот и в каждый угол, и точно установить, что нашла самый короткий путь, но и такое тщательное исследование нам не нужно.

Самый популярный способ прохождения лабиринта отличается от всех перечисленных. Этот алгоритм известен под названием "заливка". Согласно нему мышка отправляется в лабиринт полной оптимизма, настолько, что во время первой попытки его изучить она считает, что стен там вообще нет. Она намечает самый короткий путь и направляется к цели.

Естественно, потом она упирается в стену, которой нет. На её карте отмечает препятствия и прокладывает новый кратчайший маршрут, бежит, обновляет маршрут, бежит, обновляет и так далее, но всё это время стремится к цели. По сути, микро мыша на своей карте отмечает расстояние от каждой ячейки в лабиринте до своей цели и затем двигается по ним от большего числа к меньшему.

Попадая в тупик, робот обновляет значение ячеек и продолжает следовать новым кратчайшим путём. Именно этот принцип следовать пути с наименьшим сопротивлением дал название ритму. Представьте, мы как будто заливаем лабиринт водой и ориентируемся на самый быстрый поток.

Достигнув цели, необходимо вернуться на старт. Перед следующим проходом обратный путь можно использовать для поиска нового, возможно, более короткого пути через лабиринт. Таким образом, если робот ищет кратчайший маршрут и на пути к цели, и обратно, вполне вероятно, что он его найдёт, а ненужную часть лабиринта даже не заглянет.

Получается, что для микро мышей "заливка" - это разумный и практичный способ находить самый короткий путь в лабиринте. Едва стало понятно, что это возможно, лучшая стратегия и едва стали доступны нужные для этого микроконтроллеры и сенсоры, некоторые решили, что будущее микро мышей определилось окончательно и бесповоротно.

Как писали в одной из статей в конце 1980-х, соревнования микро мышей и жили себя. Проблема была решена, и никаких новых вопросов не появилось. [музыка] В 2017 на соревнованиях в Японии бронзу и серебро заняли мыши, которые, обнаружив кратчайший путь к цели, прошли его за 7,4 секунды. Но красная комета, мышь, с которой выступал Масакадзу Уно, вела себя совсем по-другому.

Вот самый короткий путь к цели: им шли все роботы. А вот маршрут, по которому продвигалась красная комета, он на 5,5 метра длиннее. Ну вот в чём дело? Для победы вам не нужен самый короткий путь. Вам нужен самый быстрый поисковой алгоритм. Красной кометы определил, на каком маршруте меньше поворотов, которые замедляют мышь.

Получилось, что более длинный путь может привести к цели быстрее, и робомышь рискнула это проверить. Красная комета обошла соперников на 131 миллисекунду. Сейчас мыши-участники ещё выбирают маршруты. Дойти до финиша совсем непростая задача, может подвести алгоритм или лабиринт окажется слишком мудр. Угол похож на...

Ого, иногда поведение мышей сложно предсказать. В системе "Моей мыши" бак, она застывает. Каждый раз, когда сохраняет маршрут в памяти, она бегает по лабиринту, уже 4 минуты. Если Бави — нельзя сказать, что микро шип или в конструкции, а сразу и в том, и в другом — это задачка робототехники. Красная комета победила не потому, что у неё был более совершенный алгоритм или моторчики побыстрее. Вся прелесть заключалась в том, как её мозг и тело взаимодействовали между собой.

Оказалось, что разобраться в лабиринте вообще не проблема. С этим никаких проблем не было. Главные вопросы — навигация и скорость. С каждым годом роботы становятся меньше, быстрее и легче. Пространства для доработки ещё много. В Японии небольшая группа активистов конструирует мышей размером с четвертак. Они умещаются на монетку. Прошло 50 лет, а интерес к микро мышам только вырос. [аплодисменты]

Уже не в первый раз какие-нибудь соревнования пытаются списать со счетов. Прыжки в высоту с 1896 года были олимпийским видом спорта. Участники оттачивали разные техники. Но чем дальше, тем меньше это давало результата. Но как только использование матов стало повсеместным, всё изменилось. В 1968 году Дик Фосбери первым из олимпийских спортсменов жизни разве спиной ВД прыгуны. А назвали такой метод "флоп". Если бы микро мышей правда забросили в 1980, то там бы не случились свои флори флопы.

Два дополнения, которые в корне изменили принцип работы этих роботов. Спорт, где участникам можно прицепить всё, что только захочешь, открыл для инноваций. Итак, первый фосбери флоп в мире микро мышей случился довольно рано. Технологии тут были ни при чём. Это был скорее нестандартный подход. А точнее — нестандартный поворот.

Раньше все мыши поворачивали вот так. Всё изменилось, когда собрали "маус-3". Она впервые научилась срезать углы по диагонали. Вы это видите? Вот это да! Оказалось, что это гораздо удобнее, чем мы себе представляли. Это настолько классно, что теперь в лабиринтах часто делают коридоры по диагонали. Может попасться лабиринт, где это не надо, но в целом проходить по диагонали — это плюс.

Чтобы мыши ездили по диагонали, их раму пришлось сделать менее 11 см для малых размеров — аж до 5 см. Также поменялись по и сенсоры. Прямой коридор — это несложно. Расстояние от стен измеряют инфракрасные датчики, и главное — оставаться по центру. Но диагонали требуют совершенно нового алгоритма, который будет вести мышь, как будто у неё что-то на глазах. Обычно, когда двигаешься вдоль стены, её видно постоянно.

И по расстоянию легко понять, если ты уходишь не туда. При движении по диагонали видно только, как стены на тебя набегают, а если хоть чуть-чуть сбиться с курса, задеть угол гораздо страшнее, чем проехать боком по стене. До сих пор диагонали в лабиринте — основной источник аварий. Но взамен, вместо рваного движения Реми, поворотами мы получаем плавное и [музыка] быстрое. Почти любая современная микро мышь сделана так, чтобы проходить углы по диагонали. Эта стратегия открыла новое поле возможностей.

Примерно в то же время менялся и подход к прохождению поворотов. Вместо того, чтобы останавливаться каждый раз, мыши научились двигаться по... А как только к этому добавилось движение по диагонали, резко возросло количество возможных поворотов. Лабиринт перестал быть набором из прямых углов. С новыми возможностями манёвров количество возможных маршрутов стало значительно больше. И результаты невероятно радовали.

Там, где раньше мы наблюдали отрывистое движение с остановками, появились плавные сгибы. Полностью изменились конструкции и то, как роботы прокладывали себе путь. Доступные технологии год за годом развивались. Большие неповоротливые манипуляторы, которые раньше нащупываются, больше энергии. Так что есть смысл их использовать.

Ещё нам понадобилось серво управление и обратная связь, чтобы двигатель делал то, что надо. Лучше ориентироваться в пространстве помогли гироскопы. Если носить такую штуку с собой, это как компас. За это на самом деле спасибо мобильным телефонам. Технологии дают нам принципиально новые решения. Все повороты контролирует гироскоп, и не приходится каждый раз их высчитывать.

Несмотря на эти усовершенствования, самой большой физической проблемой для крошечных мышей десятки лет никто не занимался. Можно заметить, что почти у каждого участника с собой есть скотч. Если вы знаете, что искать, то увидите скотч везде. Нужен он не для того, чтобы чинить роботов, или приматы отвалившуюся [музыка]. Необходимо, чтобы центростремительная сила ускоряла вас в направлении поворота. Чем быстрее едет машина, тем больше силы нужна, чтобы не сойти с курса.

Единственное, что обеспечивает центростремительную силу на дороге, — это трение, которое определяется двумя факторами. Дорога выталкивает машину вверх. Вертикальная сила, и это мы умножаем на статический коэффициент трения. И это трение шины и поверхности трассы. Поэтому на поворотах гоночные трассы делают под наклоном. Угол позволяет машинам поворачивать при меньшем трении, потому что часть вертикальной силы направлена внутрь и за счёт этого увеличивает необходимую центростремительную силу.

Если расположить часть трассы на повороте под достаточно крутым уклоном, для поворота вообще трение не понадобится. Той части вертикальной силы, которая направлена внутрь, хватит, чтобы центростремительная сила удержала машину на трассе. Микрошип опускать ниже, а на поворотах замедляться, чтобы не врезаться в стену. Но в отличие от машин гоночных, мышей инженеры могли дорабатывать практически как угодно, чтобы решить эту проблему.

Итак, второй фосбери флоп в мире микро мышей — это отработка. Впервые появилась "Мома-08", и никто не воспринял её всерьёз. Вы, вероятно, тоже ничего особенного сейчас не видите. Ничего страшного. Но попробуйте прислушаться. Это не микров пропеллер. Как мы помним, перелетать через стены нельзя, но никто не запрещал с помощью пропеллера прижать робота к полу, чтобы избежать скольжения.

На моей памяти первым прикрутил к мыши пропеллер. Это был канальный вентилятор. Затея была в том, чтобы посильнее прижать мышь к поверхности. К ней ещё юбку добавили, но это ничем особенно не помогло. Уж простите, я так считаю. Суть в том, чтобы внутри как можно меньше воздуха. Это как с пылесосом: если закрыть трубу, нагрузка на мотор падает, обороты возрастают, а напряжение электроцепи уменьшается.

Но если воздуха слишком много, то напряжение возрастает. Это моторы квадрокоптеров очень прожорливые; при размерах микрошеф в пять раз больше веса мыши. Ого, хорошо, впечатляет. А сколько весит сама мышка? Около 130 г. Если прислушается, не знаю, возьмёт ли ваш микрофон, но слышу: вот мотор замедляется из-за нагрузки. При таком большом трении современные микрошип поворот и создавая центростремительную силу до 6g, как болиды Формулы 1. Вентиляторы улучшили контроль, что позволило расширить максимальную скорость. Гипотетический разгон у неё лучше, чем у Теслы.

Ростар просто недолго, они могут носиться по лабиринту со скоростью 7 метров в секунду. Быстрее, чем бегает большинство людей. [музыка] [аплодисменты] Каждая деталь, которая сейчас считается стандартной для любой микро шип, когда-то была экспериментальной. И возможно, не за горами очередной фосбери флоп. Четырёхколёсная микро шь впервые победила в Японии в 1988 году, но затем количество колёс у победителей менялось, пока через 22 года в норму снова не вошли четыре колеса.

Сейчас есть конструкции, у которых и по шесть, и по восемь колёс. Иногда вместо обычных ставят все направленные или снабжают мышей компьютерным зрением. Кто знает, когда случится новая смена парадигмы. Отсчёт времени пребывания в лабиринте начинается только когда робот покидает стартовый квадрат. Так что пока никаких штрафов он не получает, но в микромашины гонка главная — это не количество колёс, вентилятора или движения по диагонали.

Мне кажется, это идеальное сочетание всех главных навыков, которые нужны в робототехнике: инженерии, программировании, в интегрируемых системах — всё в маленькой штучке, которую можно собрать у себя в спальне. И никаких лабораторий вам не надо. Зайдёте, посмотрите из любопытства, а потом думаете: "Я тоже так смогу!". Это совсем не сложно.

И ловушка захлопнулась. Но если втяну, то не пожалеешь. Сначала была просто мышка, которой нужно было пройти лабиринт. Через 50 лет это несложная, казалось бы, задачка отлично напоминает о том, что несложных задач не бывает. [музыка]

Итак, робот-гуманоид созданный, чтобы делать всё то же, что и человек, жертвует специализацией в пользу многофункциональности. Но если он, пусть и неплохо, но выполняет то, чем уже занимаются люди, то наши сферы деятельности пересекаются. Роботы просто копируют наши способности, никак их не приумножая. Так что вероятно, роботы в нашей жизни появится не в виде многофункциональных гуманоидов, а как точные инструменты для отдельных задач. Вместо робота швейцарского ножа у нас скорее появится персонализированный набор роботов инструментов.

Лоза и прыгучий робот Элита — это всего два случая, когда разработки, способные спасать жизни или исследовать другие планеты, совсем не соответствуют расконечка. Во-первых, если заменить конструкции с отдельными металлическими элементами на цельные гибкие объекты, роботы могут стать надежнее и точнее. Работа этой гибкой конструкции, например, оказалась настолько стабильной, что правительство США одобрило её для предотвращения колебаний, которые могут спровоцировать случайное срабатывание ядерного оружия.

Но стабильность — это всего одно из восьми преимуществ гибких роботов. Что общего у этого реактивного двигателя, пластикового инструмента и механического? Ответ: компоненты, которые гнутся. Так называемые гибкие механизмы. Всегда считалось, что в гибкости механизмов нет ничего хорошего. Мы решили взять эту ненавистную гибкость, которой все пытаются избежать, и превратить её в преимущество. Добиться с её помощью чего-нибудь интересного. Профессор Хаул даже написал о гибких механизмах: "Самое высокомерие".

Только послушайте, как он рассказывает о механизме, который разработал для того, чтобы предотвратить случайность срабатывания ядерного оружия. Это устройство предохранения и взведения ядерного оружия.

— Что, подождите-ка! Для ядерного оружия?

— Да, как в пистолетах? Это предохранитель.

— Ну да, если и стоит думать о том, что в мире должно быть безопасным и не должно сработать случайно. Да, конечно, это вполне очевидно. Разумеется, ядерные боеголовки сами не взрывались.

— Но чем тут поможет подобная штука?

— К этому устройству мы вернёмся позже, когда поймём, какие преимущества дают гибкие устройства. Ух, здорово!

Начнём с самых основ. Так, наверное, первая моя разработка — вот этот механизм. Это своего рода гибкие плоскогубцы. Можно положить что-нибудь вот сюда, и вообще-то действовать будет довольно большая сила сюда, например, мелок, и вот он переломился.

А что будет, если засуну туда палец и надавить?

— Вы закричите от боли, хотите проверить?

— Вообще хочу, мне интересно посмотреть, насколько сильно...

— Да хорошо, но на ручки вам придётся самому нажимать, а то правда.

— Ну, если хотите, давайте я буду жать, пока вы не закричите.

— Ладно, только не так...

Мне очень быстро стало очень больно. Ощущения такие, как будто сильно сжали клещами. Эта штука и правда подозрительно напоминает зажимные клещи, но с гибкими частями. Там, где обычно шарниры.

Из разговора с профессором Хло я узнал, что у гибких механизмов есть ряд преимуществ перед обычными. Но мне показалось, что описывал эти преимущества, он как-то слишком сложно и непонятно, поэтому я собрал их в список, и получилось восемь достоинств гибких механизмов.

Первый пункт: количество составляющих. Гибкие механизмы имеют пото, что гнут в тех местах, где в аналогах шарниры, гайки и отдельные пружины. Это хваталка, например, представляет собой один кусок пластика, но делает то же самое, что и более сложной конструкции.

— А на сколько здесь сила больше?

— Стоит считать 30 к, то есть прилагая силу в один фунт, на выходе получаю 30. Довольно неплохо! И производить, наверное, очень... да, совсем недорого. Об ионным формованием это будет стоить буквально центами.

— Да, очень дёшево.

Второй плюс: форма. Делаешь заготовку и просто нарезаешь. Производить их разными довольно дешевыми способами, такой переключатель цельный кусок пластика спокойно заменит сложное устройство с пружинами и множеством жёстких элементов.

— А сколько такой прослужит?

— Мы проводили испытания на прочность, и он без перебоев пережил больше миллиона циклов.

— А это у вас?

— Что такое рок? У меня есть для вас тестик. Вот какой вопрос: если знаю, это слон точно.

— Итак, если я нажму в области крестца в этом направлении, вот здесь за него возьмусь, тут отверстие. Так вот, когда я нажму, куда оно пойдёт: влево, вправо, вверх или вниз?

Вообще мне хочется ответить на "уга". Даже не задумываясь, можно, да? Конечно, я думаю: "вверх" и как бы "внутрь".

— Хорошо, мне кажется так, потому что вроде бы это для слона вполне естественно, подкрутить хобот в этом направлении. Да, логично. Ну и ещё потому, что, наверное, если вот здесь часть сдвинется сюда, то вот это пойдёт вправо и вверх. Отличные аргументы.

Не знаю, правда хороший. Ну, по крайней мере, они есть. В общем, конструкция такова, что если нажать сюда, отверстие остаётся на месте. Оно никуда не смещается.

— Я знал, что тут есть какой-то подвох.

— Да, это вопрос с подвохом. Раз уж я попался сам, то не мог не проверить Диану с канала Physic Girl. Какая странная штука, так здорово!

— Я не поняла, как за основу взят механизм, которым пользуются в аэродинамических трубах, там, где хобот крепят модель, и такая система позволяет задавать крен, чтобы сама модель не сдвигается, остаётся на месте, но как бы крыльями машет?

— Да, подобные устройства демонстрируют, что гибкие механизмы способны совершать очень точные движения, что для меня оказалось неожиданностью, потому что в них есть гибкие части. Но может это не так уж удивительно.

Во-первых, при движениях гибкого механизма нет люфта. Его причина во многом зазоры в шарнирах. По сути, это дырка, куда вставлен штырёк. Направление движения деталей меняется задержкой, потому что в шарнирах есть пустое пространство. Из-за этого механизмы изнашиваются, и их нужно смазывать.

С гибкими механизмами такой проблемы нет, поэтому они показывают себя лучше привычных аналогов. А вот моё любимое. Да, мне тоже больше всего нравится. Смотрите, как щёлкает!

Здорово, какой же приятный звук. Идея для этой вещицы появилась, когда мы работали на микроскопическом уровне, делая гибкие механизмы на чипах. Нам пришлось научиться изготавливать их из кремния, а он хрупкий как стекло. Сделать нечто подобное из материала, похожего на стекло, невероятно сложно.

Однако это означало, что если у нас получится, мы справимся, например, и с пластиком. А это тоже не идеальный материал для гибких механизмов. На наш сайт, и там ВС расписано, ищите файлы и делайте сами. Размещу ссылку в описании. Договорились?

Кстати, трогать приятно, и щёлкает хорошо! Да, щёлкает отлично! И ещё мне нравится, что когда возвращаешь обратно, оно так резко встаёт на место. В этом есть что-то очень приятное.

То есть вот эти штуки движутся?

— Да, да! Именно! Я обязан это увидеть. Ладно, хорошо, покажем.

— А там это что, выйдет как-то?

— Да, именно так. В целом здесь процесс такой же, как при изготовлении компьютерных чипов.

Следующее преимущество гибких механизмов в том, что их можно изготавливать в гораздо меньшем размере. ВС благодаря таким технологиям, как фотолитография. Итак, мы добиваемся необходимых точных движений на микроскопическом уровне.

Потрясающе. Далее благодаря упрощенной конструкции податливые механизмы гораздо компактнее и весят меньше, а значит, отлично подходят для применения в космосе. А это совместные наработки с НАСА.

Это шарнир, который можно использовать для развертывания солнечных панелей. Это Титан, распечатывается туда-сюда. Это логично, но чтобы настолько кусок титана гнулся на 90 градусов в обе стороны, выходит отклонение на 180 градусов. Это чистый Титан, это цельный кусок титана, сделанный на 3D-принтере, то есть не сплав безо всяких добавок.

Для гибкости есть кое-что ещё, более странное. Вот такой дружочек. У этого чудища много деталек, и у каждой своё назначение. Вот гибкие стяжки. Тут два управляющих элемента. Опять же разрабатывали с НАСА для маневровых двигателей. Подсоединяется здесь, и двигатель можно поворачивать в любую сторону.

Этот кусок титана обеспечивает контроль. Заметьте, тут ВС гнётся, и нет никаких зажимов, в которые могут попасть электрические провода или топливная магистраль. Такой цельный титановый компонент позволяет вместо двух двигателей поставить всего один. Это центробежная муфта. Вот как она работает: если быстро раскрутить, а она гибкая, внешняя часть будет стремиться наружу и примкнет к цилиндру и начнёт раскручивать всё остальное.

А так эта штука как бы расширяется и потом... Да, когда она очень быстро крутится, мы по сути подключаем цилиндр, который снаружи. Примерно так работает, например, электропила. Сначала надо хорошенько раскрутить и тогда уже подключается собственно сама цепь.

Потому что центробежная сила. Здорово! Эта деталь сделана из пластика для наглядности, но вообще она должна быть гораздо жёстче. Так что вот она же и стали!

Что, погодите, вы хотите сказать, что вот эту штуку из самой настоящей стали?

— Да! Раскручивают до определённой скорости, и она расширяется, и передаёт движение внешнему цилиндру. Да, всё так! В покое она такая, но при некоторой скорости она по плану доходит до определённого числа оборотов в минуту, разгоняет, и она раскручивает цилиндр.

— Я никогда о таком не слышал! Узнал сегодня что-то новое!

Что ж, вернёмся к тому предохранителю для ядерного оружия. Задача устройства предотвратить воздействие случайных вибраций, например, от землетрясения, которые могли бы случайным образом привести к пуску оружия. Одно из требований: такое устройство должно быть как можно меньше.

Этого пытались добиться привычными методами. Даже брали технологии, которые используют в производстве швейцарских часов. С помощью гибких механизмов изготовили устройство из Уно, некоторые детали были толщиной с человеческий волос.

Это замедляется, видео устройство работает на частоте 72 Гц. То есть это отверстие может пройти два оборота в секунду. Принцип работы таков: лазерный луч светит на колёсика. Если системе дать серию правильных команд, оно повернётся таким образом, что луч попадёт в отверстие, и только тогда процесс пойдёт дальше.

Очень важно, чтобы устройства были абсолютно надёжными и работали даже после десятков лет в хранилище. Эти устройства сейчас в каждой ядерной боеголовке.

Ну, нам не то чтобы об этом докладывали. Мы что-то разработали, сделали прототип, испытали его, а продолжение, как говорят, уже за закрытыми дверями.

В общем, это всё секретная информация. Мы понятия не имеем, что там дальше. Только подключив их к компьютеру, мы получим машину, которая сможет изгибаться в разные фигуры или причудливо двигаться за счёт своей гибкости. Как же они устроены, и зачем кому-то вообще может понадобиться мягкотелый робот?

Я отправился в Стэнфорд пообщаться с Заком Хандо, создателем одного из таких роботов.

— Рад познакомиться.

— Ну что, покатили?

— То есть примерно так робот будет перемещаться. Именно в этом суть. Вот так перекатывает с бока на бок. Он может двигаться, куда надо, получается прерывистое движение качения. Он встаёт на одну грань, плавно наклоняется, перекатывается на следующую. Робот плавно смещает центр тяжести за пределы опорного полигона, то есть нижней грани.

И когда это происходит, он перекатывается на другую сторону. Вот ещё один тип мягкого робота. Этот сделан из пластиковых трубок. Он спроектирован так, чтобы имитировать походку черепахи, у которой одновременно двигаются лапы наискосок друг от друга. Перемещается робот за счёт сжатого воздуха, и что самое примечательное — не имеет электронных компонентов. Управление полностью пневматическое. А значит, робота можно использовать в шахтах, где любая искра грозит взрывом или в сильном магнитном поле, например, в аппаратах МРТ.

Но для каких целей он может быть полезен?

— Есть у меня одно развлечение: люблю иногда помять такого робота. Он же мягкий, гибкий, и потому безопасный. Можешь и сам попробовать, не стесняйся.

— Ну, это же твоё детище! Я не хочу ничего сломать.

— Да не волнуйся, он выдержит. Если надо работать рядом с людьми, мягкий робот просто физически не сможет сильно навредить.

— Ага, поразительно! Пластичный робот, основной структурный элемент робота, мягкий, поэтому он при всём желании не сможет меня сильно ударить. И поэтому его можно без опасений подпускать к людям.

— А получится сделать так, чтобы я оказался как бы внутри?

— Да, конечно, без проблем! Только аккуратнее с головой.

— Да, сейчас залезу.

Вот, вполне можно забраться. Так, попробуем.

— Ну вот.

— А что?

— Вполне неплохо! У него есть ещё одна форма, там получится вроде окошко, через которое удобно вылезать.

— Давай!

— Правда, давно так не делали, может не сработать, но давай попробуем.

Вот справа теперь больше места, можно спокойно выйти наружу.

— Отлично!

— Да, весьма удобно. Робота ты сам собирал?

— Да, я и ещё один аспирант. По сути, мы вдвоём ВС сделали. Долго пришлось работать. Я бы сказал, где-то месяц. Это я про полную сборку. Сложно было? Трубки тоже сами шили?

— Ага, всё делали сами. Главный структурный элемент робота — несколько тканевых трубок, заполненных воздухом.

Итак, сама труба — это нейлон, а внутри ещё один слой из полиэтилена. Он как раз не даёт воздуху выйти. Внутри поддерживается давление, приме больше атмосферного, что делает трубку устойчивой, но довольно мягкой.

В нескольких местах расположены электроприводы с роликами, между которыми и зажата трубка, будто соломинка для коктейля. Тут по сути спицы, обмотанные специальным материалом для лучшего сцепления.

Ну и воздух в трубе постоянно давит наружу. Благодаря этому ничего не скользит. С помощью приводов можно контролировать длину участков конструкции.

Вы видели когда-нибудь, как в цирке делают разные фигурки из воздушных шариков? Тут примерно то же самое, только там шарик перекручивают наглухо, а у нас воздух может проходить через место сгиба, и когда робот передвигается, всё равно нигде нет пережатых участков.

Робот