Введение
Автономный робот – это робот, выполняющий действия или задачи с высокой степенью самостоятельности. Автономный робот действует без необходимости вмешательства человека. Исторические примеры включают космические зонды. Современные примеры включают в себя роботы-пылесосы с автоматическим управлением и беспилотные автомобили. Промышленные роботизированные манипуляторы, работающие на сборочных линиях на заводах, также могут считаться автономными роботами, хотя их автономность ограничена высокоструктурированной средой и невозможностью перемещения.
An autonomous robot is a robot that acts without recourse to human control. Historic examples include space probes. Modern examples include self driving vacuums and cars. Industrial robot arms that work on assembly lines inside factories may also be considered autonomous robots, though their autonomy is restricted due to a highly structured environment and their inability to locomote.
Самообслуживание
Первое требование к полной физической автономии – это способность робота самостоятельно заботиться о себе. Многие из продающихся сегодня роботов, работающих от аккумуляторов, могут находить и подключаться к зарядной станции, а некоторые игрушки, такие как Aibo от Sony, способны самостоятельно подключаться к зарядке. Самообслуживание основано на "проприоцепции", или ощущении собственного внутреннего состояния. В примере с зарядкой аккумулятора робот проприоцептивно определяет, что уровень заряда батареи низок, и затем ищет зарядное устройство. Другой распространенный проприоцептивный датчик предназначен для контроля температуры. Для работы роботов автономно вблизи людей и в сложных условиях потребуется более развитая проприоцепция. К распространенным проприоцептивным датчикам относятся тепловые, оптические и тактильные датчики, а также датчик Холла (электрический).
Ощущение окружающей среды
Экстероцепция – это восприятие информации об окружающей среде. Автономным роботам необходим широкий спектр датчиков для выполнения задач и избежания проблем. Автономный робот способен распознавать неисправности датчиков и минимизировать влияние этих неисправностей на производительность. К распространенным экстероцептивным датчикам относятся датчики электромагнитного спектра, звука, тактильные датчики, химические датчики (обоняния и запаха), температуры, расстояния до различных объектов и высоты. Некоторые роботы-газонокосилки адаптируют свою программу, определяя скорость роста травы, чтобы поддерживать идеально подстриженный газон, а некоторые роботы-пылесосы оснащены датчиками загрязнения, которые определяют количество собираемой грязи и используют эту информацию, чтобы оставаться в одном месте дольше.
Выполнение задач
Следующий шаг в автономном поведении — это выполнение реальной физической задачи. Новая область, демонстрирующая коммерческий потенциал, — это домашние роботы, с появлением множества небольших роботов-пылесосов, начиная с iRobot и Electrolux в 2002 году. Хотя уровень интеллекта в этих системах невысок, они способны перемещаться по большим площадям и маневрировать в ограниченном пространстве внутри домов, используя контактные и бесконтактные датчики. Оба этих робота используют собственные алгоритмы для повышения эффективности покрытия по сравнению с простым случайным движением. Следующий уровень автономного выполнения задач требует от робота выполнения задач в зависимости от условий. Например, роботы охраны могут быть запрограммированы на обнаружение злоумышленников и реагирование определенным образом в зависимости от их местоположения. Так, например, компания Amazon запустила своего робота Astro для домашнего мониторинга, обеспечения безопасности и ухода за пожилыми людьми в сентябре 2021 года.
Навигация в помещениях
Для того, чтобы робот ассоциировал поведение с местом (локализация), ему необходимо знать своё местоположение и уметь перемещаться от точки к точке. Такая навигация началась с проводного управления в 1970-х годах и развилась в начале 2000-х до триангуляции на основе маяков. Современные коммерческие роботы автономно ориентируются, используя данные о естественных ориентирах. Первыми коммерческими роботами, достигшими этого, были больничный робот HelpMate от Pyxus и робот-охранник CyberMotion, оба разработанные пионерами робототехники в 1980-х годах. Изначально эти роботы использовали созданные вручную планы этажей в формате CAD, сонарные датчики и различные алгоритмы следования вдоль стен для навигации в зданиях. Следующее поколение, такое как PatrolBot и автономная инвалидная коляска от MobileRobots, представленные в 2004 году, обладает способностью создавать собственные лазерные карты здания и ориентироваться как в открытых пространствах, так и в коридорах. Их система управления изменяет маршрут в режиме реального времени, если на пути появляется препятствие. Первоначально автономная навигация основывалась на планарных датчиках, таких как лазерные дальномеры, способных считывать информацию только с одного уровня. Наиболее продвинутые системы теперь объединяют данные от различных датчиков для локализации (определения местоположения) и навигации. Системы, такие как Motivity, могут использовать разные датчики в разных областях, в зависимости от того, какие из них предоставляют наиболее надежные данные в данный момент, и способны автономно перестраивать карту здания. Вместо того, чтобы подниматься по лестницам, что требует специализированного оборудования, большинство роботов для использования в помещениях ориентируются в зонах, приспособленных для людей с ограниченными возможностями, управляя лифтами и электронными дверями. Благодаря таким интерфейсам электронного контроля доступа роботы теперь могут свободно перемещаться внутри помещений. Автономное преодоление лестниц и открытие дверей вручную – темы текущих исследований. По мере развития этих технологий роботы-пылесосы получат возможность убирать конкретную комнату, указанную пользователем, или весь этаж. Роботы-охранники смогут координированно окружать злоумышленников и блокировать пути отхода. Эти достижения также обеспечивают дополнительную защиту: внутренние карты роботов обычно позволяют определять "запрещенные зоны", чтобы предотвратить их автономное проникновение в определенные области.
Общественное воздействие и проблемы
По мере развития автономных роботов в плане возможностей и технических характеристик, растет общественное внимание и освещение в новостях последних достижений, а также связанных с ними философских вопросов, экономических последствий и социальных изменений, возникающих в связи с ролью и деятельностью автономных роботов. Илон Маск, известный предприниматель и миллиардер, на протяжении многих лет предупреждает о возможных опасностях и рисках, связанных с автономными роботами; однако его собственная компания является одним из лидеров в разработке новых передовых технологий в этой области. В 2021 году группа правительственных экспертов ООН, известная как Конвенция об определенном обычном оружии – Группа правительственных экспертов по летальному автономному оружию, провела конференцию, чтобы подчеркнуть этические проблемы, возникающие в связи с развитием технологий, позволяющих автономным роботам использовать оружие и выполнять военные задачи.
Ранние роботы
Первые автономные роботы, известные как Элмер и Элси, были созданы в конце 1940-х годов У. Грей Уолтером. Они стали первыми роботами, запрограммированными "мыслить" подобно биологическим мозгам, и задумывались как обладающие свободой воли. Элмера и Элси часто называли черепахами из-за их формы и способа передвижения. Они были способны к фототаксису – движению, возникающему в ответ на световой стимул.
Автономные военные роботы
Смертельное автономное оружие (LAW) — это тип автономной роботизированной военной системы, способной самостоятельно искать и поражать цели на основе запрограммированных ограничений и описаний. LAW также известны как летальные автономные системы оружия (LAWS), автономные системы оружия (AWS), роботизированное оружие, «роботы-убийцы» или «бойнеботы». LAW могут действовать в воздухе, на суше, на воде, под водой или в космосе. Автономия существующих систем по состоянию на 2018 год была ограничена тем, что окончательную команду на атаку отдаёт человек, хотя существуют исключения для некоторых «оборонительных» систем. Профиль взаимодействия UGV (UGV IOP), «Робототехника и автономные системы – Ground IOP» (RAS G IOP), изначально был исследовательской программой, начатой Министерством обороны США (DoD) для организации и поддержания открытых стандартов взаимодействия для беспилотных наземных транспортных средств (UGV). IOP был первоначально создан Объединенным офисом проектов армии США по роботизированным системам (RS JPO): в октябре 2019 года Textron и Howe & Howe представили свой автомобиль Ripsaw M5, а 9 января 2020 года армия США заключила с ними контракт на программу по разработке средних роботизированных боевых машин (RCV M). Должно быть поставлено четыре прототипа Ripsaw M5, которые будут использованы на уровне роты для определения возможности интеграции беспилотных транспортных средств в наземные боевые операции к концу 2021 года. Он может развивать скорость более чем , имеет боевой вес 10,5 тонн и грузоподъемность . RCV M вооружен 30-мм автоматической пушкой и парой противотанковых ракет. Стандартный комплект бронирования выдерживает бронебойные пули калибра 12,7×108 мм, а установка дополнительной брони увеличивает вес до 20 тонн. В случае выхода из строя он сохранит способность вести огонь, при этом приоритет будет отдан датчикам и радиосвязи для продолжения передачи данных как основной функции. Crusher — это автономный внедорожный беспилотный наземный боевой аппарат, разработанный исследователями Национального центра робототехники Университета Карнеги — Меллона для DARPA. Он является продолжением предыдущего аппарата Spinner. Техническое название Crusher в DARPA — «Беспилотный наземный боевой аппарат и система интеграции перцепторов», а весь проект известен под аббревиатурой UPI, расшифровывающейся как «Интеграция беспилотного наземного боевого аппарата PerceptOR». Warrior в первую очередь предназначен для использования ВВС Индии, а аналогичная, но меньшая версия будет разработана для ВМС Индии. Он будет управляться базовым кораблем и выполнять такие задачи, как разведка, прием огня противника, поражение целей при необходимости с использованием оружия на внутренних и внешних узлах подвески, или самоликвидация путем тарана цели. SGR A1 — это тип автономной пулеметной установки, разработанной совместно Samsung Techwin (ныне Hanwha Aerospace) и Корейским университетом для поддержки южнокорейских войск в Корейской демилитаризованной зоне. Она широко признана первым устройством такого рода, имеющим интегрированную систему, включающую наблюдение, отслеживание, стрельбу и распознавание голоса. Сообщается о развертывании подразделений SGR A1, однако их количество неизвестно из-за секретности проекта.
In October 2019, Textron and Howe & Howe unveiled their Ripsaw M5 vehicle, and on 9 January 2020, the U. S. Army awarded them a contract for the Robotic Combat Vehicle Medium (RCV M) program. Four Ripsaw M5 prototypes are to be delivered and used in a company level to determine the feasibility of integrating unmanned vehicles into ground combat operations in late 2021. It can reach speeds of more than , has a combat weight of 10.5 tons and a payload capacity of The RCV M is armed with a 30 mm autocannon and a pair of anti tank missiles. The standard armor package can withstand 12.7×108mm rounds, with optional add on armor increasing weight to up to 20 tons. If disabled, it will retain the ability to shoot, with its sensors and radio uplink prioritized to continue transmitting as its primary function. Crusher is a autonomous off road Unmanned Ground Combat Vehicle developed by researchers at the Carnegie Mellon University's National Robotics Engineering Center for DARPA. It is a follow up on the previous Spinner vehicle. DARPA's technical name for the Crusher is Unmanned Ground Combat Vehicle and Perceptor Integration System, and the whole project is known by the acronym UPI, which stands for Unmanned Ground Combat Vehicle PerceptOR Integration. The Warrior is primarily envisioned for the Indian Air Force use and a similar, smaller version will be designed for the Indian Navy. It would be controlled by the mothership and accomplish tasks such as scouting, absorbing enemy fire, attacking the targets if necessary with its internal & external pylons weapons or sacrifice itself by crashing into the target. The SGR A1 is a type of autonomous sentry gun that was jointly developed by Samsung Techwin (now Hanwha Aerospace) and Korea University to assist South Korean troops in the Korean Demilitarized Zone. It is widely considered as the first unit of its kind to have an integrated system that includes surveillance, tracking, firing, and voice recognition. While units of the SGR A1 have been reportedly deployed, their number is unknown due to the project being "highly classified".
Человекоподобный
Tesla Robot и NVIDIA GR00T — это гуманоидные роботы.
Робот-поставщик
Робот-доставщик — это автономный робот, предназначенный для доставки товаров.
Заряжающий робот
Автоматический робот для зарядки, представленный 27 июля 2022 года, – это автоматический робот в форме руки, предназначенный для зарядки электромобилей. Он проходит пилотную эксплуатацию в штаб-квартире Hyundai Motor Group с 2021 года. В нем реализована VISION AI система, основанная на технологии глубокого обучения. Когда электромобиль припаркован перед зарядным устройством, роботизированная рука распознает зарядный порт электромобиля и определяет его координаты. Затем автоматически вставляет коннектор в автомобиль и запускает быструю зарядку. Роботизированная рука имеет вертикальную многосуставную конструкцию, что позволяет использовать ее с зарядными устройствами, расположенными в разных местах для каждого автомобиля. Кроме того, предусмотрены функции защиты от воды и пыли.
Строительные роботы
Строительные роботы используются непосредственно на строительных площадках и выполняют работы, такие как возведение зданий, перемещение материалов, земляные работы и охрана.
Мобильные роботы для исследований и образования
Мобильные роботы, используемые в исследованиях и образовании, в основном применяются на этапе прототипирования при разработке полноразмерных роботов. Они представляют собой уменьшенные версии больших роботов, оснащенные аналогичными датчиками, кинематикой и программным обеспечением (например, ROS). Как правило, они обладают возможностью расширения и предоставляют удобный интерфейс программирования и инструменты разработки. Помимо прототипирования полноразмерных роботов, они также широко используются в образовательном процессе, особенно в университетах, где появляется все больше лабораторий, посвященных программированию автономных транспортных средств.
Законодательство
В марте 2016 года в Вашингтоне, округ Колумбия, был предложен законопроект, разрешающий пилотные наземные роботизированные доставки. Программа должна была пройти с 15 сентября по конец декабря 2017 года. Вес роботов ограничивался 50 фунтами без нагрузки, а максимальная скорость – 10 милями в час. В случае остановки робота из-за неисправности, компания обязана была убрать его с улиц в течение 24 часов. Каждая компания могла одновременно тестировать не более 5 роботов. В марте 2017 года рассматривалась версия законопроекта об устройствах персональной доставки 2017 года. В феврале 2017 года в штате Вирджиния был принят законопроект, представленный в Палате представителей как HB2016 и в Сенате как SB1207, который разрешает автономным роботам доставки передвигаться по тротуарам и использовать пешеходные переходы по всему штату, начиная с 1 июля 2017 года. Максимальная скорость роботов будет ограничена 10 милями в час, а максимальный вес – 50 фунтами. В штатах Айдахо и Флорида также обсуждается принятие аналогичного законодательства. Рассматривалась возможность использования роботов с характеристиками, схожими с характеристиками инвалидных колясок (например, максимальная скорость 10 миль в час, ограниченный срок службы батареи), в качестве решения для определенных задач. Если робот будет достаточно интеллектуальным и сможет самостоятельно подзаряжаться, используя существующую инфраструктуру зарядки электромобилей, ему потребуется минимальный контроль, и одной руки с низкой степенью подвижности может быть достаточно для выполнения этой функции, при условии достаточного разрешения его визуальных систем. В ноябре 2017 года Совет попечителей Сан-Франциско объявил, что для тестирования этих роботов компаниям потребуется получать разрешение города. Кроме того, Совет запретил роботам доставки использовать тротуары для осуществления поставок, не связанных с исследованиями.