Лошарик-робот оживает за счёт кинетической памяти 18.02.2009, 10:10 Главная   »   Статьи   »   Роботы-игрушки   »   Лошарик-робот оживает за счёт кинетической памяти Вы в детстве мечтали, чтобы ваши игрушечные лошадки оживали под вашими прикосновениями и начинали двигаться самостоятельно? А ведь это возможно (фото Hayes Raffle, Amanda Parkes). "Собери себе робота!" – под таким девизом немало компаний предлагают электронные конструкторы на самый разный вкус. Только рассчитаны они, как правило, на тинейджеров или ребят постарше, а с иными и взрослый не сразу разберётся. Между тем существует кибернетическая система, предназначенная для детей от 5 лет. Простота её использования удивительно сочетается с широкими возможностями для творчества. Игрушка эта сама по себе не новая, родилась она в 2003 году. Но до сих пор ходила в лабораторных да выставочных образцах, совершенствовалась, обрастала дополнениями. Специалисты её хвалили, а что толку — испытать новинку могли лишь отдельные счастливчики, так или иначе связанные с разработчиками. Теперь же этот конструктор стало возможным купить. Чем не повод для знакомства? Набор Topobo создали трое исследователей из медиалаборатории Массачусетского технологического института (MIT Media Lab) — Хейс Солос Раффл (Hayes Solos Raffle), Аманда Паркес (Amanda J. Parkes) и Хироси Исии (Hiroshi Ishii). Американские изобретатели едва ли знакомы с анимационным прототипом своего робота – "Лошариком" (на врезке) Ивана Васильевича Уфимцева. Но сходство форм налицо. Правда, показанная тут конфигурация Topobo зовётся "лось", но это уже детали, ведь фантазия сборщика почти не ограничена (фото с сайта mit.edu, кадр с сайта books.interros.ru). Из элементов Topobo можно собирать самых разнообразных роботов: от созданий, напоминающих реальных животных (собачек, крабов) до "фантазийных" монстров. Главная же особенность системы — этих существ можно программировать на любые сложные движения без всякого компьютера. Как? Очень просто — своими руками. Секрет кроется в моторчиках с так называемой кинетической памятью. Однако, прежде чем разобраться с её работой, — немного предыстории. Идеологическим предшественником Topobo авторы системы считают робототехнический конструктор Lego Mindstorms в разработке которого, к слову, принимали самое непосредственное участие специалисты всё той же медиалаборатории Массачусетского института (правда, то была другая команда). В нынешнюю его версию (называемую NXT) входят центральный блок с электронными "мозгами", которые можно программировать через PC или Mac, сервоприводы, куча датчиков (контакта, звука, света, ультразвуковой сенсор), всяческие проводки и набор "кирпичиков", из которых можно собрать хоть андроида, хоть скорпиона, хоть лифт, хоть промышленный манипулятор настольного масштаба.

Эти роботы-игрушки можно собрать из набора Lego Mindstorms. Почти "суровый хай-тек"... (фотографии с сайта missouri.edu)

Базовая программа, с помощью которой оживляют NXT-ботов, проста в обращении (интерфейс drag and drop), но если владелец набора желает пойти глубже — он может сам написать любой софт для своего подопечного, воспользовавшись языками RCX Code, ROBOLAB, C++ и целым рядом других.

Кто будет возиться со всем этим добром? Явно не первоклашка. Но главная претензия со стороны Хейса, Аманды и Хироси в отношении Mindstorms была даже не сложность в обращении (не столь уж и высокая), а некий разрыв между программированием виртуального бота на экране и результатом — действиями машинки на столе. Эти два процесса были словно из разных вселенных. Ведь сначала пользователю нужно было представить — чего он хочет, и "нарисовать" это, управляясь не с реальными, а с абстрактными объектами.

Наши же герои считали, что для максимально интуитивного взаимодействия с роботом в него должен быть встроен "осязаемый интерфейс". То есть ребёнок может попросту играть с "мишкой", "лошадкой" или "котиком" так, как он играет с обычными игрушками: переставляя своими руками их лапки или поворачивая им голову.

Осталось только сделать маленькое чудо — чтобы после такого прямого обучения игрушка сама пошла или выполнила набор действий, заданных своим хозяином.

Сказано — сделано. Topobo — это робот, которого можно просто поводить по столу, последовательно шевеля его ногами или другими частями тела, а затем, нажав кнопку, увидеть повтор всех этих движений. Что-то пошло не так, бот падает? Берите игрушку в руки и повторите все па точнее. И будет вам развлечение, а детишкам — обучение через игру.

Давайте же познакомимся с начинкой Topobo поближе.

Помимо мелких вспомогательных деталей (типа питающих игрушку проводков от сетевого адаптера, проводов, переправляющих информацию между блоками и крепежа) конструктор состоит из элементов двух основных типов.

Первые называются пассивными элементами, а для краткости "пассивами" (Passive). Это совершенно инертные деталюшки разнообразной формы, из которых можно собирать различные фигурки, простыми движениями стыкуя пассивы между собой.

Узлы второго типа называются активными блоками или попросту "активами" (Active). Это части робота с сервомоторчиками внутри. В них, как понимаете, — вся соль.

Активы соединяются с пассивами и между собой в любом сочетании. При этом несколько активов ещё связываются силовой и информационной сетью. Каждый актив содержит один моторчик, микросхему с памятью и высокоточный датчик угла поворота.

На корпусе актива есть кнопка, переключающая его (а заодно и всего робота) между режимами записи и воспроизведения. При записи человек своими руками производит с ботом любые желаемые манипуляции, а датчики в активах аккуратно записывают, как меняется угол поворота валов во времени.

При воспроизведении все активы стартуют синхронно, и далее каждый начинает отрабатывать свою партию, хранящуюся во встроенной памяти. Вот, в общем-то, и всё (почти, так как позже мы скажем о более сложных действиях).

Никакого внешнего программирования тут нет, и нет даже единой программы, которая описывала бы какой-либо танец робота. Каждый актив знает только последовательность собственных движений, но этого вполне достаточно, чтобы игрушка работала как единое целое.

Зато при таком подходе максимально упрощается перепрограммирование игрушки после того, как ребёнок разобрал "лошадку" и "слепил" из тех же деталей конструктора "самоходное колесо". Одно нажатие кнопки "запись/воспроизведение", пара перекатываний колеса вручную, и снова нажатие кнопки. И вот уже "луноход" осваивает просторы квартиры. Третье нажатие всё той же кнопки останавливает машинку.

Кстати, кнопка эта подсвечивается красным во время записи и зелёным при воспроизведении движений — не запутаешься.

Чтобы ещё сильнее разнообразить возможности системы, спецы из Массачусетса придумали особый тип активов, названных "королевами" (Queen).

Эти активы, будучи соединёнными информационной шиной сразу с несколькими активами обычными, могут управлять последними из своей памяти и даже напрямую — при принудительном перемещении своего вала. Такое подражательство дарит роботу новые способности.

Дальше пошли дополнения и усложнения: скажем, возможность подключения к ботам проводных пультов Robo. Программирование игрушки с таким пультом осуществляется так же, как и раньше — простым воздействием на сочленения "зверька" руками. Но пульт позволяет записать четыре отдельные программы и потом воспроизводить их по желанию, или вмешиваться в работу подопечного напрямую.

Появился ещё один тип деталей — "рюкзак" (Backpack), подключаемый при желании к активу. В рюкзаке может содержаться какой-нибудь датчик (скажем — внешнего освещения) или дополнительная кнопка. При помощи последней можно осуществлять модификацию ранее записанной программы (менять размах движений и/или их скорость), а сенсор позволит создавать робота, чьи действия будут зависеть от внешнего освещения.

Наконец, инженеры создали инструмент Remix, позволяющий программировать Topobo при помощи поворота простых колёсиков и рукояток.

В 2007-м Topobo завоевал титул "Самой играбельной робототехнической игрушки" на международном фестивале (и конкурсе) Robots at Play, проводимом в Дании. Только вот серийного производства этого маленького шедевра как не было, так и...

Теперь появилась надежда: умельцы из медиалаборатории объявили, что ограниченная партия конструкторов Topobo выставлена на продажу (их можно заказать, отправив запрос по электронной почте, указанной на сайте продукта).

Самый простой набор Experimenter состоит из 100 элементов, включающих 85 пассивов девяти форм и два простых актива. Цена такого комплекта составляет $499 (без учёта доставки). Есть ещё комплект из 500 деталей (Workshop, $2499).

Ну а за $4999 можно получить набор Classroom, состоящий из 1000 элементов, в том числе 850 пассивов, 16 простых активов и 8 "королев" (с таким конструктором одновременно может заниматься целый класс — поясняют авторы системы). Плюс можно докупить сверх набора дополнительные активы (обоих видов) по $199 за штуку.

Так что кибернетический "Лошарик" понемногу, но идёт в массы, а там, глядишь, и какой-нибудь промышленный гигант подтянется.