Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2013
IEEE Spectrum
Агентство передовых оборонных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) объявило о старте новой смелой программы, нацеленной на развитие робототехники, предназначенной для устранения последствий стихийных бедствий и катастроф. В рамках этой программы, получившей название DARPA Robotics Challenge, предлагается финансирование в объеме десятков миллионов долларов любым командам из любой страны мира, способным создать роботов, умеющих выполнять сложные движения и манипуляции, такие, например, как, ходьба по щебню и работа с электроинструментом. Все это завершится соревнованием между роботами, управляющими грузовиками, делающими проломы в стенах, и пытающимися произвести ремонтные работы в смоделированных условиях аварии на производстве. Победитель получит все: приз в размере $2 млн.
Представители DARPA утверждают, что существует острая необходимость совершенствования роботов, которые могут помочь в условиях природных или техногенных катастроф. Вместо того чтобы создавать специализированные робототехнические системы, предназначенные для работы в конкретных ситуациях, целью новой программы является разработка роботов, способных ориентироваться в естественной для человека среде и использовать инструменты и средства передвижения, созданные для человека.
«Здесь основной акцент делается на приспособляемость – определяется наиболее способная к адаптации система, которая может быть использована в течение первых двух дней после катастрофы, когда еще есть шанс уменьшить ее масштабы, приняв соответствующие меры. В этом-то и суть данного конкурса», – говорит Гилл Прэтт (Gill Pratt), руководитель программы DARPA, занимающийся организацией конкурса.
В качестве примера катастрофы, последствия которой можно было бы смягчить в случае применения роботов с соответствующими способностями, DARPA упоминает ядерную аварию на Фукусиме. В связи с этим в DARPA разработали сценарий для финальной части соревнования, которая будет сильно напоминать драматические события, произошедшие в первые 24 часа после аварии на Фукусиме, когда рабочие пытались, но не смогли починить один из поврежденных реакторов.
На вопрос о том, не кажутся ли конкурсные задачи, включающие необходимость пробить молотом брешь в стене, обнаружить и устранить утечку в трубе, или заменить насос охлаждающей системы, несколько сложными, Прэтт отвечает: «Нет. Мы считаем, что в требования DARPA действительно непросты, но не являются невыполнимыми. Движение к результату таит в себе огромные риски, но, в то же время, сулит щедрую награду, и это именно то, что в DARPA хотят осуществить».
Предыдущая конкурсная программа DARPA была сфокусирована на автономных транспортных средствах. Соревнования – это способ DARPA стимулировать инновации путем организации конкурсов, требующих существенных технических навыков в конкретной области. DARPA выигрывает от этого, собрая большое количество умных людей, бьющихся над решением проблемы, но и все остальные тоже выигрывают, так как в ходе соревнований за очень короткий промежуток времени возникает множество прогрессивных идей и решений.
Новая программа направлена на развитие не только робототехнического оборудования, но и общедоступных средств моделирования. Прэтт говорит, что DARPA вкладывает большие средства в создание симулятора, который, как он надеется, станет «преобразующим инструментом» в области робототехники, содействующим инновационному развитию и помогающим новым компаниям преодолеть барьеры на пути выхода на рынок роботов. Для разработки симулятора он хочет привлечь не только исследователей в сфере робототехники, но и людей с различным опытом в таких областях, как компьютерная графика и видео игры, при этом предполагается введение дифференцированных денежных поощрений за различные уровни вклада в решение проблемы.
Для пояснения сути новой программы DARPA выпустила специальное заявление под названием Broad Agency Announcement (BAA). Вот наиболее важные положения этого документа:
Цель:
Целью новой программы является «развитие возможностей наземных роботов для выполнения сложных задач в опасных условиях окружающей среды, созданной человеком». Основными направлениями робототехники, которые планируется развить благодаря этой программе, являются «контролируемая автономность, мобильность, как с применением транспортных средств, так и без них, а также сила, ловкость и выносливость робототехнической платформы».
График:
Программа будет разделена на два этапа, каждый из которых завершится соревнованием. Этап 1 будет проходить 15 месяцев с 1 октября 2012 года по 31 декабря 2013. Этап 2 продлится 12 месяцев с 1 января 2014 года по 31 декабря 2014 года (DARPA подчеркивает, что все даты являются приблизительными и могут быть изменены).
Приз:
DARPA выделяет приза $2 миллиона, которым будет награждена команда, победившая во втором туре испытаний. В качестве стимула для получения хорошего результата в первом испытании DARPA планирует финансировать те команды, которые больше всего наберут очков, чтобы перейти на второй этап. Никакого другого приза по завершению первого испытания не намечается.
Участники:
В программе могут участвовать команды со всего мира, от которых не требуется наличия каких-либо связей с американскими компаниями или лабораториями. Участники смогут приступить к соревнованиям в рамках одной из четырех секций. Секция A предназначена для тех команд, которые намереваются разрабатывать своего собственного робота и программное обеспечение к нему, и это будет финансироваться DARPA. Секция B подойдет тем командам, которые будут разрабатывать программы управления (без аппаратного обеспечения), чтобы состязаться в создании компьютерных симуляторов. Такие команды также получат финансовую поддержку DARPA. В секцию C войдут команды-разработчики управляющих программ (без аппаратуры), которые будут оцениваться на соревнованиях с применением симулятора. Cекция D предназначена для тех команд, которые намерены приступить к соревнованиям, разрабатывая робота и программное обеспечение к нему на свои собственные средства.
Финансирование:
В DARPA планируют выбрать не более пяти команд для секции A, каждая из которых получит до $3 миллионов на первом этапе программы. В рамках секции B в течение первых девяти месяцев DARPA будет поддерживать финансами до 12 команд, каждой команде будет выделено до $375,000. По прошествии девяти месяцев после завершения виртуального соревнования на симуляторе, предоставленном правительством, агентство выделит до шести команд (из секций B и C), каждая из которых получит до $750,000 и оборудование (конструкцию робота, выполненную подрядчиком DARPA), предоставляемое правительством. На втором этапе DARPA выберет до восьми команд в рамках секций A, B и C, каждая из которых получит до $1 миллиона, причем команды B и C продолжат участие в конкурсе, используя роботов, предоставляемых правительством.
Платформа GFE:
В DARPA будет создан робот собственной разработки на платформе Government Furnished Equipment (GFE), который позволит командам без опыта создания аппаратуры принять участие в соревновании. Предполагается, что GFE-робот будет иметь руки с семью степенями свободы и по два или три пальца на каждой руке, ноги с шестью степенями свободы, а также голову с системой пространственного зрения и лазерным радаром. Ближе к середине первого этапа с помощью этой платформы будут определены наиболее результативные команды из секций B и C. Такие команды будут объявлены победителями и получат GFE-роботов и финансовые средства для продолжения работы. (По последним данным, для создания платформы GFE DARPA выбрала компанию Boston Dynamics).
Симулятор-тренажер:
DARPA также предлагает общедоступный виртуальный тренажер для испытаний, который будет «содержать в себе модели роботов, их компонентов и деталей, а также полевых условий». Компания, предоставляющая тренажер, будет развивать программное обеспечение с открытым исходным кодом, в то время как сам тренажер, модели роботов и модели окружающей среды будут развиваться и совершенствоваться усилиями как компании, так и участников. (По последним данным в качестве компании, которая займется разработкой программного обеспечения для тренажера, DARPA выбрала Open Source Robotics Foundation).
А теперь о том, что интересует каждого – само соревнование. В DARPA говорят, что роботы будут состязаться в конкурентной борьбе друг с другом, выполняя задачи в условиях чрезвычайных ситуаций по сценарию, который, вероятно, будет включать в себя следующие события:
- Управление внедорожником на месте аварии
Робот должен сесть в машину, проехать на ней по определенному маршруту и выйти из машины. Робот должен полностью управлять автомобилем, то есть уметь обращаться с рулем, педалями газа и тормоза и зажиганием. В качестве транспортных средств предполагается использовать такие модели внедорожников, как John Deere Gator или Polaris Ranger.
- Ходьба по щебню
На этом этапе робот должен пересечь местность, где будут присутствовать как гладкие и ровные места, так и места с уклонами, рыхлой почвой и горной породой. Человек с легкостью пересек бы подобный ландшафт. В добавок, на местности будут встречаться такие препятствия, как камни, кусты, деревья и канавы, которые робот должен обходить.
- Разбор завалов, блокирующих проход
Здесь роботу нужно переместить объект, блокирующий вход. Объект будет иметь такой размер, вес и прочие физические показатели, которые позволят человеку или платформе GFE сдвинуть его с места. Планируется, что его вес не будет превышать 5 кг, он будет твердым как камень или шлакоблок, и будет неправильной формы.
- Открывание двери и вход в здание
Робот обязан справиться с дверной ручкой и иметь достаточно силы, чтобы толкнуть дверь. Как дверь, так и дверная ручка, будут стандартными.
- Подъем по лестнице промышленного образца и прохождение маршрута в заводских условиях
Робот должен пройти по навесному пути (узкой рабочей платформе) с решетчатой поверхностью и поручнями. В рамках этой задачи робот также должен подняться по промышленной лестнице. Предполагается, что испытуемому, чтобы взобраться по лестнице, придется пользоваться как руками, так и ногами.
- Использование инструмента для создания пролома в бетонной стене
Далее роботу необходимо использовать мощный инструмент для того, чтобы выполнить «силовую манипуляцию». Инструментами, скорее всего, будут являться пневмо- или электрический отбойный молоток и долото, и электрическая сабельная пила. Задача заключается в создании прохода в бетонной (без арматуры) или каркасной стене.
- Найти и закрыть вентиль рядом с протекающей трубой
В этом случае робот должен обнаружить трубу с утечкой и расположенный рядом вентиль, который требуется перекрыть. На промышленном объекте будет множество труб, но лишь одна будет повреждена, при этом из нее будет вырыываться дым, и будет слышно шипение выходящего газа. Предполагается, что для закрывания вентиля необходимо пользоваться двумя руками.
- Замена компонента, такого, как насос системы охлаждения
Наконец, роботу будет необходимо найти насос и, ослабив одно или несколько креплений, вытащить его из установки, а затем выполнить действия по его замене. Планируется, что насос будет небольшой и достаточно компактный, чтобы человек мог справиться с такой задачей одной рукой.
DARPA говорит, что это типичные задачи, и «в процессе развития программы сложность сценария будет меняться в зависимости от продемонстрированных возможностей и исходя из практических соображений». Пока еще не определена система начисления балов, а также не утверждены правила соревнований. Тем не менее, представители DARPA считают, что роботы, обладающие большей автономностью и потребляющие меньше энергии, смогут заработать больше очков.
Некоторые детали, касающиеся этого соревнования, все же просочились в сеть. Но DARPA утверждает, что в этих ранних сообщениях содержаться ошибки. В частности, в там утверждается, что программа направлена на развитие роботов лишь гуманоидного типа. DARPA же заявляет, что хотя роботам-гуманоидам, вероятно, будет уделено наибольшее внимание в рамках программы, все роботы не обязательно должны представлять собой человекоподобные машины. Если какая-либо команда считает, что робот-паук сможет хорошо справиться с поставленными задачами, то они могут принять участие в соревновании и с таким проектом.
«Мы не хотим ограничивать дизайн роботов, устанавливая какие-то стандарты геометрических форм или топологии» – говорит Прэтт, возглавляющий отдел Autonomous Robotic Manipulation (ARM) DARPA: «Мы хотим ограничить размеры проектируемого механизма, указывая, в чем заключается конкретная задача, и мы хотим, чтобы эти задачи были как можно более близки к тем ситуациям, с которыми вы можете столкнуться в случае настоящей катастрофы».
Более того, в ранних сообщениях ошибочно утверждается, что, поскольку испытание представляется весьма сложным, командам не стоит ожидать успеха после первой попытки. Прэтт говорит, что это не так. «Задания будут корректироваться в ходе соревнования по мере приобретения опыта работы с командами на первом этапе» – заявляет он: «Мы лишь желаем убедиться, что настоящее соревнование будет трудным, но отнюдь не невозможным».
Но все же, самое захватывающее в новом соревновании, это не само соревнование, а то, что оно даст развитию робототехники. Взгляните на прогресс автономного транспорта после проведения DARPA авто соревнований Grand and Urban, – теперь мы имеем «беспилотные» автомобили. У компании Google таких уже предостаточно. Конечно, отсюда не следует, что в этом только лишь заслуга DARPA, но такие соревнования породили огромное количество исследований, сосредоточенных на этой проблеме, которые уже дали результат, сделавший вождение более безопасным для каждого.
«Когда-нибудь, в недалеком будущем, мы просто сядем в автомобиль и будем разговаривать с человеком, сидящим рядом с нами, при этом ни сколько не заботясь об управлении машиной». – говорит Прэтт. – «И это было бы просто великолепно. Я надеюсь, что нечто подобное ожидает новый конкурс, который мы начинаем».
