Создавшая «Федора» Россия всего за пять лет догнала робонавтику США

Посадка спускаемого аппарата с антропоморфным роботом FEDOR успешно завершила российские испытания в области робонавтики.

Мягкая посадка в казахстанской степи 7 сентября спускаемого аппарата с единственным пассажиром, антропоморфным роботом FEDOR (позывной Skybot F-850), стала успешным завершением российских испытаний в области робонавтики.

Без преувеличения можно сказать, что полет похожего на человека телеуправляемого манипулятора приковал огромное внимание публики, чего давно уже не случалось в отношении живых космонавтов и астронавтов. Правда, большую часть «обратной связи» по «Федору», к сожалению, составляли плоские шутки о неуклюжести робота и его «технической отсталости», хотя программа развития антропоморфной техники является одним из наиболее перспективных направлений в исследованиях космического пространства. И реализуется сегодня отнюдь не только Россией.

Зачем в космосе антропоморфный робот?

Освоение околоземного пространства и ближнего космоса — пожалуй, первая ступенька, на которую предстоит встать человечеству, чтобы добраться к другим планетам или даже звездам. Ближний космос, где-то до орбиты нашего естественного спутника Луны, — это удобное для освоения пространство, практически «задний двор» Земли. Или, если угодно, — «чердак» нашего дома, откуда удобно смотреть на звезды, и «крыша», откуда можно запускать воздушного змея.

Даже до далекой Луны электромагнитный сигнал идет быстро, затрачивая на этот путь около 1 секунды. Это позволяет управлять любым роботом прямо с Земли — внутри воображаемой сферы оператор не теряет «эффекта присутствия» и может практически в режиме реального времени управлять движениями робота. Ведь даже с учетом обратной связи общая задержка составит не более 2 секунд, что вполне терпимо для большинства задач, возлагаемых на роботов, например манипуляций с грузами или ходьбы по поверхности Луны.

Ситуация еще более упрощается, если оператор находится рядом с антропоморфным манипулятором. В этом случае для человека и вовсе можно создать виртуальную картинку практически полного погружения, в рамках которой робот станет его «вторым телом». Оно будет работать во внешнем безвоздушном пространстве, в то время как оператор будет находиться в безопасности, в комфортных условиях орбитальной или лунной обитаемой станции.

Но зачем роботу антропоморфность? Ответ просто: сравнимый с человеческим размер такого «Федора» крайне важен для создания эффекта обратной связи, когда человек воспринимает движения манипулятора как движения собственных конечностей. Большой и слишком сильный робот в этом случае вреден или даже опасен: человек может просто не рассчитать необходимое усилие и повредить инструмент или оборудование. Вот почему у антропоморфных роботов нет «терминаторских» способностей: в этом их делают подчеркнуто похожими на обычных людей.

Последнее обстоятельство, кстати, позволяет роботам легко использовать различную созданную для людей технику, например транспортные средства или ручной инструмент. В этом случае для робота не надо делать «отвертку с секретом», которую может держать только он. А главное, он может пройти или пролезть везде, где прошел человек, ведь еще одна жизненно важная функция «Федора» — это робот-спасатель. 

Вот и ответ, зачем космический робот «Федор» сделали похожим на человека.

Американский вариант: руки из задней части

Большая часть шуток про «Федора» ожидаемо касалась его видимой неуклюжести. Тут тебе и обсуждение того, что «гаечный ключ он держать толком не умеет в невесомости», и насмешки над тем, что российский флаг на старте был просто воткнут каким-то из техников прямо в сочленение сустава «Федора», и шутки о том, что ноги робота закрепили болтами на обратную дорогу на Землю.

В принципе — ничего нового. Обычное обсуждение того, что ничего-то в России, кроме балалайки, и сделать-то не могут, а по улицам у нас медведи ходят. Но давайте посмотрим на российского робота через призму успехов его западных конкурентов. 

Наиболее известный в мире проект космического антропоморфного робота — это американский «Робонавт» (Robonaut), разработанный совместно космическим агентством NASA и корпорацией General Motors. Изначальные проекты «Робонавта», известные как R1A и R1B, были начаты под эгидой Военного агентства США по перспективным разработкам (DARPA) еще в 1996 году, а на создание полностью функциональной модели ушло более 10 лет.

Для «Робонавта» перепробовали массу различных компоновок — в частности, его тело пытались установить на колесное шасси, причем в двух вариантах. Первый вариант использовал стандартный двухколесный самокат Segway PT и был представлен в 2003 году. Но от его использования быстро отказались — как выяснилось, в таком исполнении нижняя часть робота хороша для демонстраций на Земле, а вот в реальной жизни мало к чему пригодна.

Вторую компоновку 2007 года назвали Centaur, и она использовала специально разработанный для «Робонавта» четырехколесный привод, делавший робота похожим на мифического «колесного кентавра». С таким усовершенствованием «Робонавт» даже смог передвигаться по пересеченной местности пустыни Аризона. Впрочем, управлять им было сложно — оператор часто не мог рассчитать реальную скорость движения робота, просто не чувствуя колеса. Кроме того, высокий центр тяжести делал всю конструкцию крайне неустойчивой.

В итоге для усовершенствованного «Робонавта-2», который был представлен в 2010 году, под нижнюю часть тела выбрали три основные компоновки. Первая из них представляла усовершенствованного «кентавра». Правда, от схожести с мифическими персонажами пришлось отказаться — торс нового «Робонавта» усадили на обычный багги. 

Вторая компоновка должна была включать обычные ноги, но так и осталась по большей части в компьютерных рендерах — американские разработчики не смогли решить вопрос балансировки равновесия. 

Наконец, третья компоновка включала в себя «ноги нулевой гравитации» (zero-g legs), которые отдаленно напоминали второй комплект рук, растущих, хм, из задней части робота. 

С такими дополнительными манипуляторами «Робонавт» отдаленно напоминал ленивца — и мог вполне уверенно перемещаться по поверхности космических аппаратов в условиях невесомости.

«Робонавт-2» отправился на МКС 24 февраля 2011 года на борту шаттла «Дискавери» и испытывался там в различных компоновках вплоть до мая 2018 года. Впрочем, испытания были неспешными и весьма щадящими для робота: согласно сообщениям, он «использовал пылесос и чистил фильтры». До выхода в открытый космос дело так и не дошло, хотя комплект ног «Робонавта» был присоединен к нему еще в апреле 2014 года. 

Сейчас «Робонавт-2» находится на Земле. В планах заявлен возврат его на борт МКС и даже на поверхность Луны, однако никаких определенных дат пока не озвучено.

Согласитесь, это весьма скромные успехи американской «робонавтики».

Человечество — в середине пути

Можно сказать, что в этой сфере знаний мы — не только Россия, но и все человечество — пока пребываем где-то посередине на пути к будущем свершениям.

С одной стороны, использование человекоподобных роботов-манипуляторов — это магистральная дорога в освоении космоса. В конце концов, роботу не страшна проникающая радиация, и ему не надо беспокоиться о запасе кислорода в баллонах системы жизнеобеспечения. При этом кажущаяся «безмозглость» нынешних манипуляторов не должна обманывать — если у робота будет надежное и испытанное тело, то ему впоследствии могут приделать и «умную» начинку, которая сможет, например, автономно действовать в условиях далекого Марса, куда сигнал идет уже добрых полчаса.

С другой стороны, реальные условия работы космического робота — это вам не демонстрации на «красной дорожке», когда робот находится в тепличных условиях. В космосе ему предстоит столкнуться с массой неформализуемых препятствий и сложных задач, которые уже сегодня требуют от разработчиков последовательного совершенствования своих изделий.

В целом, в России всего лишь за пять лет, если считать от начала первых разработок, создан работоспособный телеуправляемый робот-манипулятор. А уверенно держать гаечный ключ, ходить по Луне или спасать людей в сложных ситуациях в открытом космосе он еще научится, дайте только время.