Создавая робота ASIMO по принципу Technology+Humanity, инженеры Honda стремятся объединить технологическое совершенство с человечностью.

Легко ли научить робота рукопожатию? «Велика забота, — воскликнет иной читатель, — если уж собака лапу подает, то робот и подавно справится: выставил руку вперед и жди, пока ее пожмут!» Да, пока что с роботами это работает — спрос с них невелик. Но рукопожатие ли это? Попробуйте сами поздороваться, выставив вперед неподвижную руку, — вряд ли вам ответят добром. Дальше все становится еще сложнее: протянете прямую руку — вас сочтут за невежу, подойдете слишком близко — посчитают агрессором, сожмете руку слабо — заподозрят в равнодушии, а стиснете изо всех сил — с вами вообще перестанут здороваться.

Мы познакомились с роботом ASIMO второго поколения, который умеет приветствовать человека по‑человечески. Если вы были знакомы с ASIMO раньше, при встрече робот узнает вас в лицо, назовет по имени, подойдет и протянет руку. Благодаря встроенному в руку сенсору, следящему за ладонью человека, кисть робота будет двигаться точно навстречу вашей. Робот сам постарается взять вас за руку, а не будет ждать, пока это сделаете вы. Если вы подойдете слишком близко, робот отступит назад, если расстояние будет велико — сделает шаг навстречу. Точные сервомоторы пальцев ASIMO сожмут вашу руку с усилием, адекватным вашему собственному.

Зачем инженерам Honda понадобилось обучать машину, по определению лишенную чувств, столь тонкому эмоциональному жесту? Ответ прост: чтобы ASIMO мог органично вписаться в человеческое общество, жить среди людей и помогать им, общаясь с ними на самом доступном и понятном языке — человеческом.

Полет над землей

Впервые мы познакомились с ASIMO в прошлом году на Московском международном автосалоне («ПМ», № 11'2006). Робот демонстрировал свои необыкновенные двигательные способности: ходил, плавно ускоряя и замедляя шаг, поворачивал, не сбавляя хода, поднимался и спускался по лестнице и даже танцевал рок-н-ролл (ASIMO расшифровывается как Advanced Step in Innovative Mobility). После шоу оператор робота Серж Делю по секрету рассказал нам о разработке ASIMO следующего поколения, способного передвигаться бегом. И вот год спустя именно бег по прямой, по кругу и по слаломному курсу стал гвоздем программы презентации нового ASIMO на открытии конгресса II Jornades de Robotica в Барселоне.

Новый ASIMO может бегать со скоростью до 6 км/ч, что примерно соответствуют быстрому человеческому шагу. Это очень важный навык. Раньше, идя рядом с роботом, нужно было ограничивать скорость ходьбы примерно до 2,7 км/ч. Теперь человек может идти в удобном для себя темпе, а маленький робот будет семенить рядом. Инженеры Honda считают, что 130-сантиметровый рост ASIMO оптимален для работы в окружении людей. Робот достаточно велик, чтобы доставать до столов и выключателей, катать тележки с напитками, брать вещи с относительно высоких полок, подниматься и спускаться по обычным лестницам. В то же время ASIMO имеет совершенно не устрашающий вид. Хотя, даже несмотря на крайне дружелюбный облик робота, есть немало людей, которым становится не по себе при близком знакомстве с механическим гуманоидом.

Напомним, что в основе стабильной ходьбы ASIMO лежит контроль поверхности, центра масс и положения. Робот ощущает поверхность с помощью специальных сенсоров на ступнях (поэтому ему не страшны неровности или наклонный пол), отслеживает ускорения центра тяжести и подбирает положение конечностей так, чтобы уравновесить все действующие на него силы. Каждая нога ASIMO содержит шесть сервоприводов: два в голеностопном суставе, три в тазобедренном и один в коленном. Главным ориентиром при создании робота послужила человеческая анатомия, поэтому, чтобы научить его бегать, в конструкции не пришлось ничего менять. Нужно было лишь решить несколько технических проблем.

Во время бега ASIMO отрывает от земли обе ноги одновременно. Его полет длится 0,08 секунды, примерно как у бегущего человека. «Полный отрыв от земли доставил нам наибольшее количество проблем, — рассказывает главный конструктор ASIMO Шиничи Мацунага. — Мы научили робота контролировать положение центра масс, даже не касаясь ногами земли». Необходимость подбрасывать робота в воздух и плавно принимать его вес при приземлении предъявила новые требования к мощности сервомоторов и прочности ступней, в том числе сенсоров поверхности. Все это пришлось заменить. Если во время медленной ходьбы человек полностью переносит вес тела с ноги на ногу, то на бегу он этим пренебрегает, полагаясь на быструю смену ног. Из-за смещенного центра тяжести робота поначалу разворачивало в сторону при сильном толчке. Поэтому в его торсе появился дополнительный сервомотор, чтобы компенсировать вращательный момент поворотом корпуса, опять же по‑человечески. Разумеется, робота научили не только бегать по прямой, но и поворачивать, наклоняя корпус для компенсации центробежной силы.

Всегда начеку

Пожалуй, бег — это самый зрелищный навык нового ASIMO, однако вряд ли его можно считать главным. Судите сами: у первой модели робота было 26 осей свободы, у новой — 34, не считая приводов десяти гибких пальцев на руках. И лишь один новый мотор необходим для бега — тот, который отвечает за поворот торса. Дополнительный сервопривод появился в шее ASIMO — теперь робот может не только поворачивать, но и наклонять голову в стороны. И главное, по одной новой оси свободы получил каждый локоть робота и по две — каждое запястье. Это означает, что руки ASIMO стали гораздо более точными, умелыми и деликатными и робот научился выполнять множество новых бытовых задач. Во время шоу гуманоид показал, что он умеет не только танцевать и играть в футбол, но и работать — например, официантом. ASIMO принял заказ клиента, отправился на воображаемую кухню, сообщил о заказе повару, взял поднос с напитками, аккуратно пронес его через всю сцену и поставил на стол, не расплескав ни капли. В заключение робот засвидетельствовал свое почтение клиенту уважительным поклоном.

Чтобы выполнять повседневные поручения, робот должен уметь свободно перемещаться не только по пустой сцене, но и в обычном домашнем или офисном окружении. Для этого ему необходима мощная система планирования и коррекции маршрута в реальном времени. Рассчитывая свои передвижения, ASIMO основывается на показаниях сенсора поверхности, визуального и ультразвукового сенсоров. Визуальный сенсор — это не что иное, как две видеокамеры. Робот может не только распознавать отдельные объекты на видеоизображении, но и определять расстояние до них благодаря стереоэффекту. Сенсор поверхности состоит из лазерного и инфракрасного сканеров. С его помощью робот получает детальное представление о рельефе поверхности, на которую ему предстоит ступить, поэтому он никогда не упадет с лестницы и не поскользнется на банановой кожуре.

Ультразвуковые дальномеры, установленные примерно на уровне пояса ASIMO, сообщают роботу о точном расстоянии до объектов, которые могла не заметить камера: это предметы из стекла, объекты, расположенные за пределами обзора камеры (в том числе по бокам и за спиной робота), и препятствия, внезапно возникшие на пути. В отличие от видеоизображений, сигналы дальномера не требуют сложной вычислительной обработки, поэтому робот реагирует на них мгновенно. Это было продемонстрировано на примере: ASIMO попросили пройти из одного конца сцены в другой, после чего на его пути внезапно встал человек. Робот мгновенно остановился, хотя и не потерял привычной плавности движений, и торжественно объявил: «Вы преградили мне путь!» Разумеется, ASIMO может разработать альтернативный маршрут движения и обойти препятствие, если оно не будет ликвидировано.

Ученик и учитель

Самое вкусное всегда оставляют напоследок. Ближе к концу презентации ASIMO пригласил на сцену своего «учителя». На сцену вышел профессор Эдгар Кернер, специалист в области биомедицины и электротехники, и робот вежливо поклонился своему сенсею. Кернер вкратце рассказал о том, что разработчики искусственного интеллекта ASIMO стремятся воссоздать человеческий мозг так же, как создатели ног робота опирались на знания о человеческом скелете. На экране промелькнуло несколько забавных картинок, проводящих аналогии между долями мозга и блоками процессора ASIMO. Но следующий видеоролик действительно поразил воображение присутствующих. Оказывается, ASIMO назвал профессора Кернера учителем отнюдь не в фигуральном смысле. Человек на экране обращался к ASIMO на английском языке, жестами предлагал пройти в то или иное место, показывал предметы, просил запомнить их названия и произвести определенные действия. Робота не программировали на компьютере, а учили, как ребенка.

В основе общительности ASIMO лежит сложнейшая система распознавания человека по видеоизображению. Робот не только может отличить человека от шкафа, но и хорошо представляет себе, где у него голова, глаза и руки, в каком положении он находится, какой жест показывает. ASIMO может распознать и узнать в лицо не только стоящего, но и движущегося человека, поэтому он всегда готов к общению. Если помахать роботу рукой, он ответит тем же. Если жестом показать ему, куда следует отправиться, он проанализирует положение руки и головы человека в трехмерном пространстве, точно определит точку, на которую он указывает, и направится туда. «ASIMO, это чашка», — говорит человек, обращаясь к роботу, и повторяет слово несколько раз. ASIMO умеет формулировать и запоминать характерные особенности незнакомых объектов. Если в следующий раз попросить его принести чашку, он найдет ее независимо от положения и ракурса, в котором она предстанет перед его камерами. «ASIMO, помести ложку в чашку», — просит человек и показывает роботу пример. ASIMO не столь силен в пространственном моделировании, чтобы сразу понять, как это делается. Зато он умеет учиться на собственных ошибках. Робот пробует пронести ложку сквозь стенку чашки, но отступает, ощутив препятствие. Затем пробует еще. После нескольких попыток команду удается выполнить. ASIMO запоминает, как это делается, и в следующий раз может выполнить задачу правильно с первого раза. Обучение происходит без единого специального термина, исключительно простым языком, жестами и наглядными примерами.

Согласитесь, робот, исполняющий лишь стандартный набор команд, скорее приходится родственником микроволновке, нежели человеку, даром что стоит на двух ногах. Программируемый робот, функции которого может расширить специалист или продвинутый пользователь, — это хороший помощник, но далеко не для всех. А вот ASIMO, с которым можно договориться простыми словами, в будущем сможет оказать помощь каждому, кто в этом нуждается. По прогнозам Эдгара Кернера, такое светлое будущее наступит не ранее чем через 20 лет. На сегодняшний день ASIMO не только баснословно дорог, но и не совсем готов к жизни среди людей.

Сам себе хозяин

После прошлогоднего шоу в Москве оператор ASIMO Серж Делю рассказал нам, что показательные выступление робота на публике проходят по заранее записанной программе, с отключенными сенсорами и с минимальным участием искусственного интеллекта. Большое скопление людей, фотовспышки, громкие аплодисменты могут сбить ASIMO с толку, поэтому на шоу приходится демонстрировать лишь имитацию самостоятельной работы робота в лабораторных условиях.

Во время презентации в Барселоне мы были уверены, что ASIMO находится в управляемом режиме. Удивляло лишь то, что Серж Делю на этот раз находился среди публики, хотя и был всецело погружен в происходящее на операторском мониторе. После шоу Серж разрешил наши сомнения: оказывается, шоу было абсолютно честным! Чтобы ASIMO не мог видеть вспышки камер и зрителей, по периметру сцены установили обманные световые рампы. В качестве ориентира на полу нарисовали пару меток. Робот выполнял команды, танцевал, бегал, играл в футбол, ходил по лестнице и приветствовал гостей (среди которых был мэр Барселоны) исключительно по воле своего собственного искусственного интеллекта. ASIMO совершил колоссальный прогресс по сравнению с первой моделью, особенно в плане общительности, интеллекта, человечности. Если так пойдет и дальше, то следующее интервью о проекте мы будем брать у самого ASIMO.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№12, Декабрь 2007).