Целые рои небольших самостоятельных роботов кружат в каналах Амстердама, перевозя грузы и собирая мусор. По команде они объединяются в мост или даже плавучий рынок. Таким видят будущее города разработчики системы Roboat. И недавно эти роботы продемонстрировали способность собираться в единую конструкцию.
Устройство роботов и результаты испытаний описаны в научной статье, представленной на Международной конференции по робототехнике и автоматизации (ICRA 2019) и доступной в виде PDF-файла.
Напомним, что около четверти площади Амстердама покрыто водой. Город расчерчен 165 каналами. Это отрада для туристов, но головная боль для городских служб. Каналы отнимают место у дорог, затрудняя движение. Кроме того, за ними нужно ухаживать, убирая попавший в воду мусор.
Подобные проблемы хорошо знакомы Санкт-Петербургу и другим городам на воде. Таким мегаполисам может помочь система, разработанная в Массачусетском технологическом институте и Амстердамском институте современных городских решений.
Roboat – это флот небольших роботов. Каждый из них оснащён собственным двигателем, лидаром, камерой, системой компьютерного зрения и GPS-датчиком. Эти маленькие труженики могут перевозить небольшие грузы или собирать мусор. Они уже были испытаны в каналах Амстердама в 2016 году.
Теперь инженеры добавили им новую способность. Отдельные устройства должны стыковаться друг с другом, по команде образуя пешеходные мосты и плавучие платформы.
Хотя до полноценных мостов таким конструкциям ещё далеко, прототипы роботов в четверть натуральной величины уже продемонстрировали, что могут находить друг друга, стыковаться и исправлять собственные ошибки.
Для этого спереди, сзади и по бокам каждого робота установлены стыковочные элементы. Такая деталь похожа на волан для бадминтона: это резиновый конус с металлическим шариком на конце. Когда обладатель "волана" стыкуется с другим роботом, шарик входит в специальное гнездо в виде широкой воронки.
При помощи лазерного луча система одного робота проверяет положение шарика другого и подаёт сигнал, если тот расположен правильно. Тогда срабатывает механизм с тремя "лапами", которые захватывают шарик и не дают ему покинуть гнездо. Неизвестно, что сказал бы об этом Зигмунд Фрейд, но вот Пятачок бы наверняка констатировал: "Входит и не выходит".
Сам по себе механизм стыковки не слишком сложен. Однако трудность состоит в том, чтобы научить самоуправляемых роботов попадать чем надо и куда надо. А если цель не достигнута, устройство должно это "понять" и попытаться провести стыковку снова.
Для этого у "робоэтов" есть камеры и метки AprilTag, напоминающие упрощённые QR-коды. В правильном для стыковки положении камера активного робота (который подходит и стыкуется) должна находиться точно напротив метки пассивного (который покорно ждёт, подставив гнездо).
Прицеливаться устройство начинает уже в одном-двух метрах от цели. Сложные компьютерные алгоритмы учитывают отклонения по всем трём осям и дают роботу команды, как в буквальном смысле выправить положение. В итоге система выверяет свою ориентацию с точностью до миллиметра.
Если торжественный акт слияния не состоялся, лазерный сенсор фиксирует, что в гнезде нет шарика, хотя должен быть. В этом случае роботу подаётся сигнал: "Со всяким случается, попробуйте ещё раз".
Система была испытана в бассейне Массачусетского технологического института и в реке Чарльз, где волны, прямо скажем, побольше. В обоих случаях роботам требовалось примерно 10 секунд, чтобы сблизиться с расстояния в один метр и состыковаться. Иногда устройству требовалось несколько попыток.
Теперь авторы планируют перейти от прототипов в четверть натуральной величины к полноразмерным устройствам. Кстати, более солидные габариты повысят устойчивость робота, помогут ему справляться с волнами.
Также инженеры собираются усовершенствовать стыковочное гнездо, снабдив его резиновыми захватами, похожими на щупальца кальмара.
Наконец, исследователи рассчитывают сделать метки изменяемыми. Тогда пассивный робот сможет подавать команду на сближение только одному активному "коллеге" за раз. Это нужно, чтобы претенденты на руку, сердце и стыковочное гнездо не толпились и не мешали друг другу.
Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о рое роботов-лодок, способных к самообучению, и о стае подводных роботов, которая помогла сделать открытие. Кроме того, недавно были подведены итоги очередного конкурса XPRIZE, в котором участвовали создатели пар из надводных и подводных беспилотников.
