Первый космический робот
Можно сказать, что «Спутник-1», запущенный СССР в 1957 году, стал первым роботом в космосе. А «Робонавт», разработанный в сотрудничестве General Motors с NASA, получил звание первого гуманоидного робота в космосе и первого робота для работы с инструментами, созданными для людей, в космосе. В настоящее время он трудится на Международной космической станции (МКС).
Проект «Robonaut 2» нацелен на создание гуманоидной машины, способной на совместную работу с космонавтами, чтобы выполнять
трудные и опасные задачи по обслуживанию и ремонту техники в открытом космосе.
«R1», первый вариант «Робонавта», был прототипом, разработанным с целью исследовать, как гуманоидные роботы могли бы помочь астронавтам в открытом космосе. Его преемник «R2» оборудован полноценным роботизированным экзоскелетом, современной системой технического зрения, программным обеспечением для распознавания изображений, датчиками и алгоритмами управления, а также роботизированными руками. Он помогает в работе космонавтам, чтобы сэкономить их силы. Кроме того, «Робонавт» проходит в Хьюстоне подготовку к выполнению медицинских процедур, включая использование шприцев и проведение ультразвукового сканирования.
Но на этом не всё
Кроме уже упомянутых проектов «беспилотников под ключ», в России бурно развивается ниша систем для доработки существующего транспорта.
Эта область привлекает независимых разработчиков, поскольку не требует компетенций в проектировании автомобилей и производственной базы — роль шасси для систем управления играют серийные автомобили наиболее распространенных моделей.
В перспективе разработчики, не связанные с автомобильными производителями, имеют больше перспектив: адаптировать готовый программно-аппаратный комплекс проще и дешевле, чем интегрировать кабину или блок на специальном автомобиле.
Так, продукт StarLine одноименного НПО прошёл обкатку на ряде автомобилей и предлагается разработчикам в качестве готового продукта в тематике компьютерного зрения для интеграции в самые разнообразные системы.
Аналогичным образом распространяется проект Auriga, на раннем этапе развития представлявший собой инструмент разметки видео и стрима данных для машинного обучения. Сегодня он так же адаптирован для использования в беспилотных системах и представляет собой законченный продукт для интеграции в автомобили.
Команда УлГТУ в ходе конкурса проектов по автоматизации серийных образцов транспорта
Кроме профессиональных компаний, на территории России действует множество объединений и фанатских сообществ на базе тематических компаний, альянсов.
Среди них выделяются SmartVision Tomsk из альянса «Техническое зрение» и «Зимний город» МАДИ. Обе «команды» представляют собой ряд производственно-научных лабораторий высокого класса, дополненных фанатами из числа студентов.
Команда УлГТУ с 2011 года создаёт универсальную беспилотную платформу, используя базу грузовика «Газель NEXT» на механической трансмиссии с гидроусилителем. Разработка использует собственный блок машинного зрения и ориентации в пространстве, передавая управляющие сигналы на штатные педали и ручку переключения передач автомобиля, хотя для ряда задач задействует стандартную CAN-шине.
К их результатам приближаются
- Innoteam из Иннополиса,
- CVLRobotics Мосполитеха,
- студенческая команда НГТУ,
- «Альфа» от Ковровской технологической академии,
- объединённый техцентр таганрогского НКБ Вычислительных систем и компании «Бортовые интеллектуальные системы»
Их системы пока существуют в виде конкурсных проектов — реализованных и отработанных. Продукты развиваются.
Кто знает, может быть одна из этих команд уже завтра станет поставщиком автопилотов всей России. А может быть, этим станет один из наших читателей?
iPhones.ru
Пока весь мир следит за успехами Tesla и обсуждает скандалы, связанные с её автопилотом (который, к слову, так и не заработал на обещанном Маском уровне), другие не стоят на месте
Каждый уважающий себя производитель автомобилей обратил внимание на пока ещё пустующую нишу. Не отстают и стартапы — новые имена появляются и исчезают ежегодно
Официально Россия находится в списке догоняющих. Но так будет не всегда: пока производителей подводит инфраструктура, а не разработчики. Что происходит в России с беспилотными…
Замыслы Леонардо да Винчи
Поставить тягу к полету на научную основу впервые попытался великий итальянский ученый, инженер, живописец, архитектор и скульптор Леонардо да Винчи. Он начал с наблюдений за полетом не птицы, а стрекозы. В результате появился чертеж машины, которая по принципу работы напоминала современный вертолет.
Предполагаемый автопортрет Леонардо да Винчи
Предполагалось, что летательный аппарат будет подниматься вверх с помощью пятиметрового винта из прозрачной льняной материи. Винт, по замыслу Леонардо, должен был приходить в движение за счет мускульной силы четырех человек.
Современные ученые утверждают, что этой силы не хватило бы, чтобы поднять машину в воздух. Однако аппарат вполне мог взлететь, если бы в конструкции использовалась, например, мощная пружина.
Переключившись со стрекоз на птиц, ученый уделил самое пристальное внимание механике их полета. Приблизительно в 1490 году у да Винчи родилась идея махолета, или орнитоптера, — летательного аппарата, подъемная сила которого создается благодаря маховым движениям крыльев
Леонардо начал с того, что рассчитал силу, необходимую для подъема в воздух человека весом 90 кг. Используя мышцы рук и ног, оснащенных крыльями достаточного размера, человек смог бы взлететь. Оставалось решить, как помочь ему удержаться в воздухе: одной только мускульной силы было недостаточно. Изобретатель думал использовать что-то вроде натянутого лука, а затем и силу раскручиваемой спиральной пружины, но тогда проблемой становилась скорость ее раскручивания.
Так и не найдя разумного решения, ученый оставил мысли о полетах на целых 15 лет, а вернулся к ним с новой идеей: мускульную силу человека должен дополнить ветер. В своих поисках и вычислениях Леонардо пришел к разработке планера — летательного аппарата с плоским крылом, который закреплялся на спине летчика.
Рисунок махолета Леонардо да Винчи
Главная и самая широкая часть крыла оставалась неподвижной, но его края могли перемещаться с помощью тросов, тем самым изменяя направление полета. Наконец, изобретением, дошедшим до наших дней практически в неизменном виде, стала придуманная Леонардо да Винчи модель парашюта. Сам ученый описывал его так: «Если у вас есть достаточно льняной ткани, сшитой в пирамиду с основанием в 12 ярдов (приблизительно 7,2 м.), то вы сможете прыгать с любой высоты без всякого вреда для своего тела».
Ни одна из идей великого ученого при его жизни не была осуществлена. Однако не так давно в английском графстве Суррей нашелся некий энтузиаст, построивший планер по чертежам Леонардо да Винчи и только из тех материалов, которые были доступны в те далекие времена. Оказалось, что машина способна подняться в воздух и продержаться 17 с на максимальной высоте 10 м.
Не только такси
Как только беспилотные автомобили начали победное шествие по миру, логистические компании моментально отреагировали на это явление. Действительно, что может быть выгоднее, чем использовать роботизацию в перевозке больших объемов грузов? И в самом деле, параллельно с легковыми беспилотниками шло развитие робокаров грузовых. В данный момент робо-грузовики создают и испытывают такие гиганты как Mercedes и Volvo. Да что там, беспилотный КАМАЗ – не выдумка! Камский автозавод совместно с компанией Cognitive Technologies обещают наладить серийный выпуск «умных» большегрузов уже к 2022 году.
Но лидером на рынке стала Tesla Semi Truck! Технические характеристики этого грузовика впечатлили даже самых отъявленных скептиков. Заявленный ресурс работы составляет 1 миллион километров – этого хватит, чтобы объехать земной шар 40 раз!
Одним из важнейших показателей беспилотных грузовиков является тот факт, что колонна из нескольких машин растягивается всего лишь на 80 метров. Для сравнения, дизельная колонна достигает в длину 150 метров. Правда тут водитель все же необходим. Все-таки гигантский автопоезд на дороге без наблюдателя, это пока еще не соответствует условиям безопасности. Опять же движение по городу и парковку 50-тонного монстра, электронике доверять опасаются. Но сидит водитель только в головной машине. Один!
Первый промышленный робот
Первый промышленный робот был внедрен на производственной линии завода General Motors в 1961 году. «Юнимейт» представлял собой мощную роботизированную руку для установки литых металлических изделий и сварных компонентов на шасси автомобиля. Это был первый робот-манипулятор, который помог ускорить производственные линии на заводах по всему миру.
Первоначальная стоимость манипулятора «Юнимейт» составила 25 000 долларов. У робота было шесть программируемых осей движения, а конструкция позволяла работать с тяжелыми объектами на высокой скорости. Манипулятор весом 1,8 тонны оказался чрезвычайно универсальным и вскоре стал одним из самых популярных промышленных роботов в мире.
«Юнимейт» стал популярным и вне промышленного производства, приняв участие в «Вечернем шоу Джонни Карсона», в котором он разливал пиво и даже дирижировал оркестром.
Джордж Девол, первым разработавший промышленного программируемого робота в 1954 году, основал первую в мире компанию по производству роботов, Unimation. Роботы стали обычным явлением на современных сборочных линиях, так как их способность выполнять повторяющиеся задачи на высокой скорости превращает их в идеальные средства производства.
МГТУ-КамАЗ-6561 Геркулес
Карьерный беспилотный самосвал не заставил себя ждать: как лидер отрасли, КамАЗ уже в июле 2021 года разработанную совместно с МГТУ им. Н.Э. Баумана модель КамАЗ-6561 с шарнирно-сочленённой рамой и двумя степенями свободы, получившую имя «Геркулес».
Беспилотный карьерный самосвал КамАЗ
Автомобиль выполнен по схеме «последовательный гибрид», имея ДВС и электрический генератор. Первый приводит в действие генератор, второй даёт энергию для тягового электродвигателя и заряжает аккумуляторную батарею.
Проект задуман пару лет назад и уже готов к серийному выпуску
Гибридное устройство позволяет местами передвигаться на электричестве, экономя до 15% топлива по сравнению с дизельными аналогами.
Есть и система рекуперация, которая происходит при спуске в карьер. Напротив, при подъёме наверх с грузом — накопленная энергия в батареях помогает подняться автомобилю в гору.
При длине в 10,1 метра самосвал оказывается одним из наиболее шустрых и поворотливых на рынке благодаря своей схеме. Кроме того, неплохим получился и КПД: при снаряженной массе в 31 тоннe «Геркулес» перевозит до 40 тонн.
Даже при сохранении водителя, продвинутый ADAS может многое изменить к лучшему в промышленности
В самосвале применяется система автономного вождения ADAS пятого уровня, которая обеспечивает движение в карьере без участие водителя, но водительское место сохранено полнофункциональным.
Он и режим дистанционного управления, позволит запустить производство и эксплуатацию новинки без длительной сертификации и законодательных решений по дорожным беспилотникам (сверхтяжёлая техника сейчас требует обязательного наличия водителя на дорогах общего пользования).
Первый медицинский робот
Первое официально зарегистрированное применение медицинского робота относится к 1984 году, когда «Артробот», разработанный в Ванкувере Джефом Окинлеком и доктором Джеймсом Мак-Уэном в сотрудничестве с хирургом Брайаном Дэйем, использовался при проведении ортопедической операции.
Роботизированный хирургический комплекс «да Винчи» позволяет выполнять сложнейшие операции в больницах по всему миру.
«Артробот» — небольшой робот для выполнения артропластики тазобедренного сустава (операции по восстановлению функции сустава). Он был спроектирован для точного сверления тазобедренных суставов, с возможностью программирования для создания полостей в определенных позициях и под определенным углом для последующей имплантации протезов.
Несмотря на то что небольшие и относительно простые усовершенствования и модификации оригинального «Артробота» привели к использованию роботов в более сложных хирургических операциях, таких, как полная замена коленного сустава, подобные новаторские решения в области медицинской робототехники таковыми и оставались вплоть до 1997 года, пока медицинские роботы не получили распространение.
Система «да Винчи» корпорации Intuitive Surgical Inc стала первым хирургическим роботом, получившим одобрение Управления по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных препаратов США. Робот «да Винчи» представляет собой полноценный хирургический комплекс с набором инструментов, камерами, датчиками и прочими принадлежностями.
Беспилотный грузовик EvoCargo
Малотоннажник EVO-1 компании EvoCargo полностью основан на российских разработках и представляет собой продуманный гибридный концепт с питанием от электрических батарей и водородных топливных элементов. Вторые используются для генератора, когда аккумуляторы будут разряжены.
Беспилотная перевозка груза между контрольными точками серьёзно снизит себестоимость самых разнообразных товаров
Компоновка позволила сократить время заправки до 5 минут. Этого достаточно на 1000 километров без остановки, снизить массу аккумуляторов и повысить ремонтопригодность.
На дороге EVO-1 чувствует себя отлично
Грузовик разработан как полностью беспилотный: в нём отсутствуют кабина, кресло, рулевая система управления. Видимая «надстройка» — своеобразная «рубка» для оборудования, обеспечивающих как самостоятельное перемещение транспорта, так и взаимодействие с подключённой инфраструктурой «умной дороги» стандарта V2X.
Для внедрения своих беспилотников EvoCargo предлагают сервис электрических магистральных перевозок, позволяющий клиентам обойтись без покупки грузовика и капитальных затрат, оплачивая транспортные услуги по подписке или за километраж.
Подробностей немного. Но грузовик EvoCargo уже ездит, в отличие от многих зарубежных конкурентов
Тестовый запуск беспилотных грузовиков EVO-1 из 3 единиц на территории испытательного центра в Москве успешно прошел в марте 2021 года в полностью в автономном режиме с заданной скоростью с учетом дорожных знаков и разметки.
Прагматизм возьмет верх!
Мы назовем вам еще несколько причин, которые сильно склоняют чашу весов в сторону беспилотников. Первая — парковки. В крупных городах проблема с парковками настолько острая, что не оставляет равнодушными никого. А теперь представьте: беспилотник довез вас прямо до офиса и уехал по другим делам или поехал парковаться куда-нибудь подальше, чтобы позднее просто также приехать за вами, когда вы его вызовете. Еще одна причина — это та, что у большинства из нас все же рутинные маршруты (дом — школа — работа — дом) и мы с радостью передали бы их в руки искусственного интеллекта, а сами бы в это время сделали бы что-то интересное или полезное. И, конечно, так как сегодня всё больше людей задумываются об экономике совместного потребления, автономный авто придётся кстати. Ведь средний автолюбитель обычно использует свой автомобиль не больше 4% времени, а всё остальное время машина стоит на парковке у офиса, торгового центра или дома. Каршеринговая схема управления беспилотниками улучшит эффективность использования автомобиля, который пока не нужен вам и сможет отвезти кого-то еще. Такое совместное потребление снизит количество машин и освободит дороги, что улучшит экологию и поможет лучше использовать городскую территорию.
Беспилотники — лучшие водители!
Можете верить или нет, но да, беспилотные автомобили уже давно водят лучше нас. И это одна из самых главных причин, почему сегодня так активно занимаются развитием технологии автономного автомобиля. Ведь это позволит снизить смертность в авариях, вызванных ошибками автолюбителей. К сожалению, тот самый человеческий фактор лидирует среди причин ДТП и обгоняет все технические неисправности. Беспилотник же, как и компьютер, не допускает ошибок, свойственных человеку. Конечно, скорость у автономных авто медленнее, и маневренность маленькая. Но статистика — упрямая вещь: тестовые заезды автомобилей будущего и их аварии сравнили с данными на дорогах, и оказалось, что беспилотники намного безопаснее. Во-первых, они не отвлекаются на телефон, не курят за рулем и не превышают скорость, а во-вторых, лучше видят в темноте и распознают приближающийся ландшафт радарами. Да, возможно всё же будут неоднозначные ситуации и могут быть погибшие в таких авто тоже. Но по данным аналитических агентств, количество дорожных аварий благодаря беспилотным авто, сократится на 90%. Это невероятная статистика, и она в итоге станет решающим фактором во всех спорных моментах с подобными машинами.
Самолеты братьев Райт
Первый подробно зафиксированный полет человека на управляемой машине, оснащенной двигателем, состоялся 17 декабря 1903 года.
За рычагами управления сидел, точнее лежал, владелец небольшого завода по производству велосипедов Орвилл Райт. За 12 с он преодолел дистанцию в 37 м. В тот же день его младший брат и партнер по бизнесу Уилбур смог за 1 мин пролететь 260 м.
Почтовая марка Кот-д’Ивуара с изображением братьев Райт, создателей первого управляемого самолета
Летательный аппарат братьев назывался «Флайер» («Летун»). Он был оснащен бензиновым двигателем мощностью 12 л. с. Размах крыла составил 12,3 м, а общая площадь крыльев — 47,4 м2. Машина представляла собой биплан, имела еловый каркас, обтянутый муслиновой тканью, и весила около 270 кг.
Братья впервые применили схему перекашивания крыла для автоматического выравнивания машины. Она, таким образом, стала первой управляемой относительно всех трех осей. Пилот в машине лежал и воздействовал на крылья движениями бедер. Перед ним находились два рычага: один — для регулирования высоты, второй — для управления двигателем. Последний через цепные передачи приводил в движение два пропеллера диаметром 2,6 м.
Мемориал в честь братьев Райт в США
В сентябре 1904 года братья испытали следующую модель — «Флайер-2». Ее вели уже два двигателя мощностью по 15 л. с., а для старта использовалась катапульта. В 1905 году появился «Флайер-3», который мог находиться в полете более получаса и преодолевать около 40 км. Можно сказать, что это была первая в мире крылатая машина, подходящая для серьезного практического применения. Так был сделан важный шаг от эпохи попыток полета к эпохе самих полетов.
«Флайер» над землей. Снимок сделан 17 декабря 1903 года
«Флайер» в трех проекциях
История изобретения и усовершенствования БПЛА
Первым, кто предоставил на обозрение общественности миниатюрное воздушное судно на радиоуправлении, был известный физик и инженер Никола Тесла. Это произошло в году 1899 и произвело настоящий восторг в научном мире.
Чарльз Кеттерин
Через 21 год Чарльз Кеттерин, военный инженер из США предложит свой вариант «беспилотника». Разработанная им конструкция, управлялась с помощью обычного часового механизма. Предназначенное непосредственно для боевого применения устройство, в определенном месте должно было, подобно бомбе, падать вниз на противника, разрушая все на своем пути. Проект талантливого изобретателя был одобрен американским правительством, однако, спустя некоторое время, так и не достигнув массового производства, Кеттерин прекратил свои разработки.
В 1933 году английские ученые и инженеры по заказу правительства сконструировали первый беспилотный летательный аппарат, главным преимуществом которого являлось не только радиоуправление, но и возможность многократного использования. Устройство получило наименование DH.82B Queen Bee. Что касается области применения, то данный БПЛА многие годы использовался в качестве мишени для зенитчиков.
Вторая мировая война внесла свои коррективы в развитие истории мировой авиации, ведь внимание было акцентировано исключительно на вооружении. Три главных участника: Германия, СССР и США боролись за первенство в разработках беспилотных летательных аппаратов, которые можно было бы использовать в качестве радиоуправляемого оружия
Немецкие бомбы Henschel Hs 293 и Fritz X, сконструированные на базе механизма беспилотника, не получили массовое признание военных специалистов, однако существенно повлияли на ход войны, в частности, успешно применялись во время действий на Средиземноморье. Более востребованными оказались беспилотные комплексы Фау-1, с возможностью запуска с земли или воздуха.
ФАУ-1
После войны США и СССР лидируют в мире по производству беспилотных аппаратов. В настоящее время, первенство в этой сфере принадлежит Америке.
Cognitive Pilot КамАЗ-4308 Одиссей
Одним из самых старых проектов в России является коллаборация автомобилестроительного предприятия КамАЗ и разработчиков системы компьютерного зрения Cognitive Pilot, представленный в 2019 году под названием «Одиссей».
Серийный грузовик КамАЗа для переоборудования в беспилотник
Проект беспилотного грузовика использует серийный грузовой автомобиль КамАЗ-4308, который оснащён высокопроизводительным компьютером, видеокамерами, радарами, лидарами и ультразвуковыми датчиками, а также рядом модулей промышленной связи — Wi-Fi, 4G и даже радиопередатчиком УКВ-диапазона.
Такой большой объем данных с датчиков, прошедших обработку комплексом C-Pilot, позволил достичь невероятной точности работы комплекса — навигация ошибается всего на пару сантиметров.
Беспилотные грузовики протестировали на угольных карьерах Кузбасса для использования на опасных участках. Эксплуатация оказалась настолько успешной, что в компании появились планы для по созданию карьерного самосвала (об этом — чуть позже).
Проект доказал состоятельность и возможность доработки любого транспорта
К началу декабря 2019 года КамАЗ-4308 начал участвовать логистических операциях на дорогах на территории промплощадки КамАЗа, выполняя челночные перевозки по заданным маршрутам практически во всех производствах. Так что модель можно смело назвать самой удачной — пользы «Одиссей принёс больше коллег.
В начале этого года Cognitive Pilot объявили о заморозке проекта — компания сконцентрировалась на системах автоматического вождения сельскохозяйственной техники. Впрочем, компания вышла из совместного проекта уже давно.
Но партнёров у Камского автомобильного завода достаточно: он продолжает создавать беспилотники, в том числе при участии академических организаций.
BaseTracK ГАЗ Next Eva
Не только КамАЗ развивает беспилотный транспорт: ещё в июле 2019 года разработчик технологии управления транспортом BaseTracK продемонстрировал один из рабочих прототипов беспилотного маршрутного такси ГАЗель Next Eva на территории Инновационного центра Сколково.
Для проекта применили стандартную серийную маршрутку
Технология компании реализуется в виде 2 частей: «железной» части в едином исполнении для установки в стандартное транспортное средство и запатентованного программного комплекса софта для передвижения по виртуальному рельсу.
BaseTracK полностью отказались от оптических средств ориентации, положившись на высокоточное геопозиционирование и штатную систему помощи водителю ADAS.
За интеграцию автомобильных систем в комплекс BaseTracK отвечает сам Горьковский автозавод, параллельно ведущий собственную разработку автомобилей с системой.
И никаких проблем с маршрутчиками?
Известно, что концепт прошел штатные испытания, а на данный момент проводится доработка сценариев для различных сложных дорожных ситуаций. Однако, в каком виде и в какие сроки продукт будет представлен как полностью готовый, на данный момент не известно.
