Введение

Форма тела, похожая на человеческую. Гуманоидный робот – это робот, форма тела которого напоминает человеческое. Конструкция может быть разработана для функциональных целей, таких как взаимодействие с человеческими инструментами и окружающей средой, для экспериментальных целей, например, для изучения двуногого передвижения, или для других целей. Как правило, у гуманоидных роботов есть торс, голова, две руки и две ноги, хотя некоторые гуманоидные роботы могут воспроизводить только часть тела, например, от пояса и выше. Некоторые гуманоидные роботы также имеют головы, разработанные для имитации человеческих черт лица, таких как глаза и рот. Андроиды – это гуманоидные роботы, созданные для достижения эстетического сходства с людьми.

История

Концепция гуманоидного робота возникла в различных культурах по всему миру. Одни из самых ранних свидетельств идеи человекоподобных автоматов относятся к IV веку до нашей эры и встречаются в греческой мифологии, а также в различных религиозных и философских текстах Китая. Физические прототипы человекоподобных автоматов позднее были созданы на Ближнем Востоке, в Италии, Японии и Франции.

Греция

Греческий бог кузнецов, Гефест, создал несколько различных человекоподобных автоматов в различных мифах. В «Илиаде» Гомера Гефест создал золотых служанок и наделил их голосами, подобными человеческим, чтобы они служили говорящими инструментами. Другой греческий миф повествует о том, как Гефест изготовил гигантского бронзового автомата по имени Талос для защиты острова Крит от вторжений.

Китай

В III веке до н.э. в даосском философском тексте "Лиэцзы", написанном китайским философом Ли Юкоу, подробно описывалась идея человекоподобного автомата. В тексте упоминается инженер Ян Ши, создавший робота в натуральную величину, похожего на человека, для пятого правителя китайской династии Чжоу, короля Му. Робот был в основном сконструирован из кожи и дерева и умел ходить, петь и двигать всеми частями тела. Другой созданный им автомат использовался для мытья рук – он наполнял чашу водой после того, как она опорожнялась.

Италия

В 1400-х годах Леонардо да Винчи разработал концепцию сложного механического робота, облаченного в доспехи, способного сидеть, вставать и самостоятельно двигать руками. Управление всем роботом осуществлялось системой блоков и тросов.

Япония

С 17 по 19 века японцы создавали гуманоидные автоматы, называемые куклами-каракури. Эти куклы были похожи на кукол и использовались для развлечения в театрах, домах и на религиозных фестивалях. Куклы-каракури, используемые в театральных постановках, назывались бутай-каракури. Небольшие куклы-каракури, которые находились в домах и назывались дзасики-каракури, размещались на столах, чтобы танцевать, играть на барабанах или подавать напитки.

Франция

В 18 веке французский изобретатель Жак де Вокансон создал выдающегося человекоподобного автомата, известного как "Флейтист". Этот деревянный робот в человеческий рост был способен исполнять различные мелодии на флейте. Его конструкция включала систему меха, трубок, грузов и других механических компонентов, имитирующих работу мышц, необходимых для игры на флейте.

Приложения

Гуманоидные роботы в настоящее время используются в качестве исследовательских инструментов в различных научных областях. Исследователи изучают структуру и поведение человеческого тела (биомеханику) для создания человекоподобных роботов. И наоборот, попытки смоделировать человеческое тело приводят к более глубокому его пониманию. Человеческое познание – это область исследований, посвященная изучению того, как люди учатся на основе сенсорной информации, приобретая при этом навыки восприятия и моторики. Эти знания используются для разработки вычислительных моделей человеческого поведения, которые постоянно совершенствуются. Предполагается, что высокоразвитая робототехника может способствовать улучшению возможностей обычных людей. См. трансгуманизм.

Медицинские и научные исследования

Гуманоидные роботы являются ценным ресурсом в медицине и биотехнологиях, а также в других областях исследований, таких как биомеханика и когнитивная наука. Гуманоидные роботы используются для разработки сложных протезов для людей с физическими ограничениями, например, при отсутствии конечностей. WABIAN 2 – новый медицинский гуманоидный робот, созданный для помощи пациентам в реабилитации нижних конечностей. Гуманоидные роботы могут использоваться в качестве подопытных для отработки и разработки индивидуальных средств медицинской помощи, фактически выполняя функции роботизированных медсестер для таких групп населения, как пожилые люди. Стантроники – это гуманоидные роботы, созданные для работы в качестве дублеров в кино и на телевидении, и предназначены для имитации реалистичных, не привязанных к проводам, динамичных движений. Современные примеры гуманоидных роботов, такие как Honda Asimo, демонстрируются публике для показа новых технологических достижений в области двигательных навыков, таких как ходьба, лазание и игра на музыкальных инструментах.

Проприоцептивный

Проприоцептивные датчики воспринимают положение, ориентацию и скорость тела и суставов гуманоида, а также другие внутренние параметры. У человека отолиты и полукружные каналы (во внутреннем ухе) используются для поддержания равновесия и ориентации. Кроме того, люди используют собственные проприоцептивные датчики (например, осязание, растяжение мышц, положение конечностей) для определения своей ориентации в пространстве. Гуманоидные роботы используют акселерометры для измерения ускорения, по которому скорость можно вычислить интегрированием; датчики наклона для измерения угла наклона; датчики силы, расположенные в руках и ногах робота, для измерения силы контакта с окружающей средой; датчики положения, указывающие фактическое положение робота (по которому скорость можно вычислить дифференцированием); и даже датчики скорости.

Внешне-рецептивные

Массивы тактильных элементов могут использоваться для получения данных о том, к чему прикасаются. "Теневая рука" использует массив из 34 тактильных элементов, расположенных под полиуретановой кожей на кончике каждого пальца. Тактильные датчики также предоставляют информацию о силах и моментах, передаваемых между роботом и другими объектами. Зрение подразумевает обработку данных, полученных с помощью любых устройств, использующих электромагнитный спектр для создания изображения. В гуманоидных роботах оно используется для распознавания объектов и определения их характеристик. Зрительные датчики работают наиболее похоже на глаза человека. Большинство гуманоидных роботов используют ПЗС-камеры в качестве зрительных датчиков. Звуковые датчики позволяют гуманоидным роботам слышать речь и окружающие звуки, подобно человеческому уху. Микрофоны обычно используются для воспроизведения речи роботами.

Двигатели

Приводы – это двигатели, отвечающие за движение робота. Гуманоидные роботы сконструированы таким образом, чтобы имитировать человеческое тело. Они используют приводы, выполняющие функции мышц и суставов, хотя и с иным устройством. Для этих приводов желательно иметь высокую мощность, малый вес и компактные размеры. Управление – это непосредственное выполнение запланированных движений и траекторий. Поскольку одно из основных применений гуманоидных роботов – взаимодействие с людьми, важно, чтобы механизмы планирования и управления гуманоидными роботами функционировали в разнообразных условиях местности и окружающей среды. Поддержание центра тяжести робота над площадью опоры для обеспечения устойчивого положения может быть выбрано в качестве цели управления. Они не остаются неподвижными, как промышленные манипуляторы и другие роботы, работающие в строго структурированных средах. Гуманоидные роботы пока не обладают некоторыми характеристиками человеческого тела. К ним относятся структуры с переменной гибкостью, обеспечивающие безопасность (как для самого робота, так и для окружающих), и избыточность движений, то есть большее количество степеней свободы и, следовательно, широкий спектр решаемых задач. Область управления всем телом занимается этими проблемами и решает задачу правильной координации многочисленных степеней свободы, например, для одновременного выполнения нескольких задач управления с соблюдением заданного приоритета.

Временная линия развития событий

Год, предмет, заметки. 250 г. до н.э. Автомат. Человекоподобный автомат подробно описан в «Лиэцзы», написанном китайским философом Лие Юку. 1206 Исмаил Аль-Джазари описал группу, состоящую из человекоподобных автоматов, которые, по словам Чарльза Б. Фаулера, выполняли "более пятидесяти действий лица и тела во время каждого музыкального произведения". Аль-Джазари также создал автоматы для мытья рук с автоматическими гуманоидными слугами. 1495 Робот Леонардо. Леонардо да Винчи проектирует гуманоида-автомата, одетого в рыцарские доспехи и приводимого в движение шкивами и тросами. 1898 Никола Тесла публично демонстрирует свою технологию "автомата", беспроводно управляя моделью лодки на Электрической выставке, проходившей в Мэдисон-сквер-Гарден в Нью-Йорке во время испано-американской войны. 1921 Чешский писатель Карел Чапек ввел слово "робот" в своей пьесе R. U. R. (Универсальные роботы Россума). Слово "робот" происходит от слова "robota", что означает на чешском и польском языках "труд, повинность". 1927 Maschinenmensch ("машинный человек"), гиноидный гуманоидный робот, также называемый "Пародией", "Футурой", "Роботрикс" или "Имитатором Марии" (в исполнении немецкой актрисы Бригитты Хельм), один из самых ранних гуманоидных роботов, когда-либо появлявшихся в кино, изображен в фильме Фрица Ланга "Метрополис". 1928 Эрик. Электрический робот открывает выставку Общества инженеров-моделистов в лондонском Королевском садоводческом зале и совершает тур по миру. 1939 Электро. Гуманоидный робот, построенный корпорацией Westinghouse Electric Corporation. 1941-1942 Три закона робототехники. Исаак Азимов формулирует Три закона робототехники, используемые в его научно-фантастических рассказах, и в процессе этого вводит термин "робототехника". 1948 Кибернетика. Норберт Винер формулирует принципы кибернетики, основу практической робототехники. 1961 Unimate. Первый цифровой, управляемый и программируемый негуманоидный робот установлен на сборочной линии General Motors для подъема горячих металлических деталей из литейной машины и их укладки. Он был создан Джорджем Деволом и построен компанией Unimation, первой компанией по производству роботов. 1967-1972 WABOT 1. Университет Васеда инициировал проект WABOT в 1967 году, а в 1972 году завершил WABOT 1, первого в мире полномасштабного гуманоидного интеллектуального робота. Это был первый андроид, способный ходить, общаться с человеком на японском языке (с искусственным ртом), измерять расстояния и направления до объектов с помощью внешних рецепторов (искусственные уши и глаза), а также захватывать и переносить предметы руками. 1969 Д. Э. Уитни публикует свою статью "Контроль скорости движения манипуляторов и человеческих протезов". 1970 Точка нулевого момента. Миомир Вукобратович предложил теоретическую модель для объяснения двуногого передвижения. 1972 Активный экзоскелет. Миомир Вукобратович и его коллеги из Института Михайло Пупина создают первый активный антропоморфный экзоскелет. 1980 Марк Райберт основал Лабораторию ног MIT, которая занимается изучением передвижения на ногах и созданием динамических роботов с ногами. 1983 Greenman. С использованием манипуляторов MB Associates был разработан "Greenman" Центром систем военно-морского вооружения и войны в Сан-Диего. Он имел экзоскелетный главный контроллер с кинематической эквивалентностью и пространственным соответствием туловища, рук и головы. Его система зрения состояла из двух видеокамер с 525 линиями, каждая из которых имела поле зрения 35 градусов, и мониторов окуляра видеокамеры, установленных в шлеме летчика. 1984 WABOT 2. В Университете Васеда создан WABOT 2, гуманоидный робот-музыкант, способный общаться с человеком, читать ноты с помощью глаз и играть мелодии средней сложности на электронном органе. 1989 Manny. Полномасштабный антропоморфный робот с 42 степенями свободы, разработанный в Тихоокеанских северо-западных лабораториях Battelle в Ричленде, штат Вашингтон, для испытательного полигона Dugway в штате Юта. Он не мог ходить самостоятельно, но мог ползать и имел искусственную дыхательную систему для имитации дыхания и потоотделения. 1993 Серия Honda P. Honda разработала P1 (Прототип модели 1) через P3, эволюцию серии E, с верхними конечностями. Разработка продолжалась до 1997 года. 1995 Wabian. Двуногий ходячий робот человеческого размера из Университета Васеда. 2001 HOAP. Fujitsu представила своего первого коммерческого гуманоидного робота под названием HOAP 1. Его преемники, HOAP 2 и HOAP 3, были объявлены в 2003 и 2005 годах соответственно. HOAP предназначен для широкого спектра применений в области исследований и разработок робототехнических технологий. 2002 HRP 2. Двуногий ходячий робот, созданный Центром науки и технологий производства (MSTC) в Токио. 2003 JOHNNIE. Автономный двуногий ходячий робот, созданный в Техническом университете Мюнхена. Основная цель состояла в создании антропоморфной ходячей машины с похожей на человеческую, динамически стабильной походкой. 2003 Actroid. Робот с реалистичной силиконовой "кожей", разработанный Университетом Осаки совместно с компанией Kokoro Company Ltd. 2004 Persia. Первый иранский гуманоидный робот, разработанный с использованием реалистичного моделирования исследователями Исфаханского технологического университета совместно с ISTT. 2004 KHR 1. Программируемый двуногий гуманоидный робот, представленный в июне 2004 года японской компанией Kondo Kagaku. 2005 PKD Android. Разговорный гуманоидный робот, созданный по образу писателя-фантаста Филипа К. Дика, был разработан в результате сотрудничества Hanson Robotics, FedEx Institute of Technology и Университета Мемфиса. 2005 Wakamaru. Японский домашний робот, созданный Mitsubishi Heavy Industries, предназначен в основном для общения с пожилыми и инвалидами. 2005 Actroid. Серия Geminoid — это серия ультрареалистичных гуманоидных роботов, разработанных Хироси Исигуро из ATR и Kokoro в Токио. Оригинальный Geminoid HI 1 был создан по его образу. За ним последовали Geminoid F в 2010 году и Geminoid DK в 2011 году. 2006 Nao. Небольшой программируемый гуманоидный робот с открытым исходным кодом, разработанный Aldebaran Robotics во Франции. Широко используется университетами по всему миру в качестве исследовательской платформы и учебного инструмента. 2006 iCub. Двуногий гуманоидный робот с открытым исходным кодом для исследований когнитивных способностей. 2006 Mahru. Сетевой двуногий гуманоидный робот, разработанный в Южной Корее. 2007 TOPIO. Робот, играющий в пинг-понг, разработанный TOSY Robotics JSC. 2007 Twendy One. Робот, разработанный лабораторией Сугано Университета Васеда для оказания помощи на дому. Он не двуногий, так как использует всенаправленный мобильный механизм. 2008 Justin. Гуманоидный робот, разработанный Немецким центром воздушно-космических исследований (DLR). 2008 Nexi. Первый мобильный, ловкий и социальный робот, дебютировал как одно из лучших изобретений года по версии журнала TIME. Робот был создан в результате сотрудничества между MIT Media Lab Personal Robots Group, UMass Amherst и Meka Robotics. 2008 Salvius. Первый гуманоидный робот с открытым исходным кодом, созданный в Соединенных Штатах. 2008 REEM B. Второй двуногий гуманоидный робот, разработанный PAL Robotics. Он обладает способностью автономно изучать окружающую среду с помощью различных датчиков и нести 20% своего веса. 2008 Surena. Его высота составляла 165 сантиметров, а вес — 60 килограммов, и он мог говорить по заранее заданному тексту. Он также имел возможность дистанционного управления и отслеживания. 2009 HRP 4C. Японский домашний робот, созданный Национальным институтом передовых промышленных наук и технологий, демонстрирует человеческие характеристики в дополнение к двуногому хождению. 2009 Kobian. Робот, разработанный Университетом Васеда, умеет ходить, говорить и имитировать эмоции. 2009 DARwIn OP. Робот с открытым исходным кодом, разработанный ROBOTIS в сотрудничестве с Virginia Tech, Purdue University и University of Pennsylvania. Этот проект был поддержан и спонсирован NSF. 2010 Robonaut 2. Очень продвинутый гуманоидный робот, созданный NASA и General Motors. Он был частью полезной нагрузки шаттла Discovery во время успешного запуска 24 февраля 2011 года. Он предназначен для выполнения работ в открытом космосе для NASA. 2010 HRP 4C. Национальный институт передовых промышленных наук и технологий демонстрирует своего гуманоидного робота, поющего и танцующего вместе с людьми. 2010 REEM. Гуманоидный сервисный робот с мобильной базой на колесах. Разработанный PAL Robotics, он может выполнять автономную навигацию в различных условиях и обладает возможностями распознавания голоса и лиц. 2011 ASIMO. В ноябре Honda представила...

В научной фантастике

Общая тема изображения гуманоидных роботов в научной фантастике связана с тем, как они могут помогать людям в обществе или представлять угрозу для человечества. Эта тема по сути ставит вопрос о том, является ли искусственный интеллект благом или злом для человечества. Другая заметная тема, затрагиваемая в научной фантастике в отношении гуманоидных роботов, фокусируется на вопросе о наделении личностью. В некоторых фильмах, в частности в "Бегущем по лезвию" и "Бегущем по лезвию 2049", исследуется вопрос о том, следует ли считать искусственно созданное существо личностью. В этих фильмах андроиды, называемые "репликантами", создаются практически неотличимыми от людей, однако к ним относятся с предубеждением и они лишены тех же прав, что и люди. Эта тема вызывает сочувствие у зрителей, одновременно порождая тревогу из-за чрезмерного сходства гуманоидных роботов с людьми.