Олимпиада роботов DARPA Robotics Challenge в США

Совсем недавно при поддержке DARPA (агентства перспективных оборонных разработок Пентагона) прошел финальный этап соревнований DARPA Robotics Challenge (DRC). В конкурсе мастерство своих роботов демонстрировали 25 команд инженеров-разработчиков из Японии, США, Китая, Италии, Южной Кореи и Германии. Конкурс проводился таким образом: андроиды соревновались в умении оперативного и точного выполнения поставленных задач, начиная от использования электроинструмента для строительства, заканчивая вождением машины.

По итогам соревнования определился победитель, который, по обещанным прогнозам, подпишет контракт не только на разработку, но и на производство спасателей-роботов, цель которых – работа в условиях, смертельных для человека.

К примеру, они смогут работать на атомных электростанциях, устраняя последствия губительных для человечества аварий.

Победителем соревнований были признаны машины, в сборке которых принимали участие две американские и одна корейская команда инженеров – за лидерство они получили приз в размере 3, 5 миллиона долларов.

Немного фактов олимпиады DARPA Robotics Challenge

Начиная с 2013 года в рамках плана министерства обороны Соединенных Штатов по стратегическому развитию, начала проводиться программа DARPA Robotics Challenge. Основные цели программы заключаются в содействии гражданским службам во время ликвидации последствий техногенных катастроф, стихийных бедствий, эвакуации гражданского населения.

В частности, дело касалось особых условий, в которых человек имел возможность работать ограниченный промежуток времени. Или же нахождение его в опасных условиях было совсем невозможно, например, при авариях на горнодобывающих объектах, ядерных и нефтяных станциях. Агентство перспективных оборонных разработок Пентагона приводило примеры возможных задач, которые были бы под силу роботам, в частности, обрушение чилийской шахты, когда под землей остались шахтеры, авария на атомной электростанции в Японии «Фукусиме-1» и аварию на скважине Deepwater Horizon, когда произошла утечка нефти.

Требования на соревнованиях были таковы:

1. Робот-спасатель в перспективе может не являться автономным или антропоморфным андроидом.
2. Обязательное условие – робот должен уметь использовать электрический и обычный инструмент, перемешать грузы небольшого веса.
3. Будущий спасатель должен беспрепятственно перемещаться по обломкам и неровной местности.
4. Робот, управляемый человеком с дистанционного пульта в случае прерывания связи и возникновения помех должен иметь некоторую степень автономности для выполнения поставленных задач.
5. Робот должен уметь управлять транспортными средствами.
6. Помимо вышеперечисленных условий, перспективный робот-спасатель должен быть самостоятельной машиной, подвластной к управлению человеку без должной квалификации.

Как проходила олимпиада DARPA Robotics Challenge

Сначала участников конкурса разбили на 4 группы, причем финансирование трем группам оказал Пентагон. Задачей первой группы (Track A) являлась разработка робота, а также программного обеспечения для управления машиной.

Перед второй группой (Track B) стояла задача узконаправленная – разработка программного обеспечения. Третья группа (Track С) создавала физическую оболочку для робота. Перед группой №4 (Track D) стояла более сложная задача – за счет собственных средств они должны были создать робота-спасателя и разработать сопутствующее программное обеспечение.

Первый этап DARPA Robotics Challenge

Конкурс был разбит на три этапа. Первый этап, прошедший в июне 2013 года, носил название Virtual Disaster Challenge. По итоговым результатам были отобраны и сформированы команды, состоящие из второй и третьей групп (В и С). Перед новым командным составом, который объединил свои усилия, стояла задача по созданию робота, которому требовалось побороть машину, представленную конкурсантами из первой и четвертой группы (А и D).

Второй этап соревнований роботов

Второй этап DRC, состоявшийся в декабре 2013 года, имеет еще и другое, более известное название – «Олимпиада роботов». Первый испытательный этап заключался в том, что роботам было дано восемь заданий, за успешное выполнение каждого из них команда зарабатывала определенное количество очков.

Если все восемь заданий были выполнены успешно, команда могла получить максимальное количество очков, равное 32. Роботы выполняли следующие задания:

• Поднимались по лестнице, выполненной из металла.
• Водили автомобиль по заданному маршруту.
• Расчищали от завалов дверной проем.
• Открывали три двери разных типов.
• Пробирались по кирпичным завалам.
• Ходили по пересеченной местности.
• Используя строительный инструмент, роботы должны были прорубиться через стену, изготовленную из гипсокартона.
• Разматывали пожарный шланг с последующим его подключением.
• На тестовом трубопроводе, учитывая определенную последовательность, роботы должны были закрыть клапаны.

В соревновательном процессе были задействованы шестнадцать команд, по результатам которых вперед выбились восемь финалистов. На соревнованиях, проходивших в 2015 году, им были даны некоторые преимущества, причем новые команды и остальные участники «олимпиады роботов» получили право принять участие в финале конкурса, но для этого необходимо было осуществлять финансирование за свой счет.

Список восьми финалистов олимпиады роботов DRC

В число счастливчиков вошли:

1. Команда Института человеческого и машинного восприятия Флориды – IHMC Robotics.
2. Команда японских инженеров SCHAFT из компании Schaft.inc.
3. Команда от университета Карнеги-Меллон и Национального инженерного центра робототехники Tartan Rescue.
4. Команда Массачусетского технологического института MIT.
5. Команда TRACLabc от американской компании TRACLabc.inc.
6. Команда от Лаборатории реактивного движения NASA – RoboSimian.
7. Команда британского Политехнического института Вустера WRECS.
8. Лаборатория передовых технологий американской компании Trooper Lockheed Martin.

Когда настал черед заключительной части соревнований, DARPA решила изменить требования к потенциальным роботам-спасателям. Разработчикам машин уже нельзя было оказывать роботу физическую помощь в случае, если он застрянет в процессе испытаний или упадет, проходя преграду. Поэтому робот обязан был возвратиться в рабочее положение либо самостоятельно, либо ему должна была оказать помощь другая машина.

Было еще одно изменение: если на втором этапе на выполнение задачи выделялось четыре часа, то на заключительный этап соревнований давалось лишь час. Самое важное условие последнего этапа DRC состояло в том, что рабочие машины должны были быть полностью автономными, то есть беспроводными, так как в условиях реальных ситуаций провода не позволяют выполнить эффективно поставленные задачи – кабеля будут мешать и ограничивать движение машины. Причем потенциальный спасатель должен уметь обходиться без связи до 60 секунд установленного времени, то есть машина должна работать, несмотря на длительные перебои со связью.

Какие задачи выполняли роботы в финальном этапе соревнований

Перечень поставленных задач во время последнего этапа соревнования включал в себя:

1. Открытие дверей.
2. Управление автомашиной и выход из нее.
3. Сверление отверстий с помощью электрической дрели. Задачу надо было выполнить в указанной точке.
4. Прохождение лестничных проемов.
5. Вращение вентилей на трубах.
6. Прохождение завалов.

Помимо этого участников соревнований ждал сюрприз: детали задания члены команды узнали за сутки до того, как выйти на трассу для испытаний. Задание-сюрприз состояло в том, чтобы машина-робот подошла к стене, на который был закреплен закрытый металлический ящик с установленной внутри кнопкой. Перед роботом стояла задача – открыть ящик и нажать эту кнопку, и если задание было выполнено, команда получала балл. Во время данного конкурса можно было набрать восемь баллов по максимуму, причем определенной последовательности выполнения заданий не было предусмотрено. Роботы на свое усмотрение выбирали порядок прохождения предложенных испытаний.

Вскоре был определен победитель – им стала южнокорейская команда Team KAIST. Разработчики из Кореи представляли на конкурсе робота DRC-Hubo, сумевшего справиться со всеми поставленными задачами. Время, которое потребовалось машине на выполнение всех испытаний составило немного более 44 минут, при этом команда заработала восемь из восьми очков. Приз, который получила от DARPA команда инженеров, составил два миллиона долларов. Работа над созданием и разработкой робота-победителя началась еще в 2002 году, и участниками проекта стал флоридский Университет Дрексела – именно он первым продемонстрировал возможности робота на соревнованиях.

Что представляет собой робот DRC-Hubo победивший в DARPA Robotics

• Программное обеспечение и сенсоры андроида дают возможность формировать карту местности в трехмерном изображении. При этом машина умеет распознавать объекты и идти на взаимодействие с ними.
• Последняя версия DRC-Hubo отличается тем, что инженеры переписали весь алгоритм передвижения машины – робот приобрел дополнительную устойчивость.

Особенности робота-победителя DRC-Hubo

У машины есть ряд особенностей:

• На «коленях» его ног, имеются специальные колеса, каждое из которых имеет связь с электромотором.
• Щиколотки оснащены стандартными колесами, которые могут вращаться вокруг вертикальной оси.
• Робот DRC-Hubo может встать на «колени» и ехать в заданном направлении с помощью колес – это дает возможность увеличить скорость передвижения машины на несложной местности.
• Масса робота составляет 80 кг, а рост 180 см – данные среднестатистического мужчины.
• «Руки» DRC-Hubo укомплектованы 7 электромоторами, и машина способна повторять движения человеческой руки. Также машина способна поднимать грузы, вес которых не более двадцати килограмм.

Второе место в соревнованиях роботов

Победителем под №2 стала команда из Америки под названием IHMC Robotics, которая представила в качестве конкурсной работы машину Running Man. Инженеры-разработчики из данной команды тоже получили поощрительный денежный приз – им была вручена награда в размере 1 миллиона долларов. Членами команды была проделана кропотливая работа – основой конкурсного образца стала разработанная американской компанией Boston Dynamics машина Atlas, на базе которой и был сконструирован перспективный робот Running Man.

Стоит заметить, что машину Atlas брали за основу несколько других команд, у которых не было возможности разработать своего робота. Но члены команды смогли написать для машины программное обеспечение. Второй по счету победитель, сумевший взять максимальное количество баллов за этот этап соревнований, преодолел все испытания чуть больше чем за пятьдесят минут. Начало 2015 года ознаменовалось тем, что на базе робота Atlas, была закончена разработка беспроводной версии машины, получившей название Atlas Unplugged. Работа осуществлялась компанией Boston Dynamics.

Отличия Atlas Unplugged от предыдущей модели андроида

• Новая версия в лице Atlas Unplugged взяла всего лишь 25 % элементов от предыдущего образца, который принимал участие во втором этапе соревнований DRC – в оригинале у андроида остались только «ноги», причем только ниже колен.
• В разработке нового робота использовались более легкие материалы, и по этой причине машину сумели укомплектовать гидравлическим насосом повышенной мощности с переменной производительностью.
• Но самым главным в новой комплектации стала литий-ионная батарея, емкость которой составляет 3,7 киловатт-час.
• Мощный насос позволяет машине функционировать как в режиме максимальной мощности, требующейся для напряженной работы (к примеру, отодвинуть тяжелые предметы, разгрести завалы), так и в режиме экономии батареи.
• Вдобавок, обновленный насос функционирует гораздо тише прежнего варианта, а емкости батареи в среднем хватает для 60 минут работы андроида.
• Оснащение машины – это мощные манипуляторы, позволяющие совершать любые движения, то есть машине обеспечена высокая степень свободы. Если сравнить с другими роботами, которые поворачивают дверную ручку движением всей «руки», Atlas Unplugged может справиться с этой задачей с помощью одной лишь «кисти».
• В машине имеется три компьютера, задачей которых является восприятие роботом окружающего пространства.
• Прошивка машины Atlas, используемая в соревнованиях, специально «заточена» для соревновательных целей для выполнения финальных испытаний. DRC.
• Неизменными остались габариты Atlas Unplugged – его вес составляет 156, 5 кг, а рост – 188 см.

Третье место в олимпиаде роботов

Американская компания Tartan Rescue заняла на соревнованиях почетное третье место, получив призовой фонд в размере 500 000 долларов. Для конкурса был разработан робот CHIMP, который, как и два других призера, сумел набрать восемь максимальных балов, но на прохождение испытательной трассы ему потребовалось 55 минут и 15 секунд. Высота андроида инженеров команды Tartan Rescue составляет 1, 6 метра, а масса – 181 кг. Аппарат имеет четыре конечности необычной конструкции: на «локтях» и «стопах» машины установлены гусеницы, имеющие покрытие из резины, дающие возможность свободного передвижения по пересеченной местности. Конечности андроида сконструированы таким образом, чтобы робот мог свободно хвататься за перекладины лестницы – в этом ему помогают специальные крюки. Чтобы машина могла крутить руль в машине, его руку оснастили пальцами – по три на каждую конечность.

Итоги и перспективы DARPA Robotics

Никто не знает, когда появятся новые роботы-спасатели, но становится понятно, что машины серийного выпуска будут существенно отличаться от конкурсных образцов, победивший в соревнованиях DRC. В частности, для работы в экстремальных условиях, которые не пригодны для человека, роботы должны получить более одного часа для автономной работы.

Сегодня перед военными стоит конкретная задача по выработке четких требований к перспективным роботам-спасателям. Необходимо определить возможные сценарии, где использование машин будет эффективным и оправданным с экономической точки зрения. Правительству потребуется профинансировать опытно-конструкторские и научно-исследовательские работы, необходимые для создания и производства серийных машин-спасателей.

После окончания соревнований руководитель DARPA Robotics Challenge заявил, что это лишь начало пути, но светлое будущее уже впереди.