Абубакар Самбиев
sambiew@yandex.ru

Оботы

Прошло время, когда персональные компьютеры были дорогой игрушкой чудаков, повернутых на технике. Сейчас компьютер (а порой и не один) есть в каждой семье. А чудаки нашли себе новую дорогую игрушку – роботов.

Поначалу компьютеры были большими, дорогими и разными. Разными в том смысле, что было много разных фирм (и частных лиц), производивших компьютеры: Атари, Коммодор, Синклер, БК, Радио… Каждый из этих компьютеров имел свои достоинства и недостатки, свой круг последователей, свои проблемы. Все они были дорогими, слабыми и несовместимыми друг с другом ни программно, ни аппаратно.

Чтобы компьютеры подешевели понадобилась идея компании IBM. IBM создала первый компьютер с открытой архитектурой под названием IBM PC. Особенностью этого ПК было использование компонентов сторонних производителей (в то время как другие производители пытались все сделать сами), отсутствие лицензирования и открытые спецификации. Первое решение позволило сэкономить на разработке, два других – привлекло сторонних разработчиков к переходу на эту платформу, что привело к острой конкуренции на этом рынке. В результате цены упали с первоначальных 20 тыс. долларов на порядок при постоянно растущей мощности компьютеров. А IBM с годами потеряла рынок ПК.

Вообще-то IBM не была первой компанией, применившей этот подход. Унификация и стандартизация использовались в технике и прежде.

Основные узлы роботов: устройство управления (бортовой компьютер), ходовая часть (колеса, гусеницы, ноги), исполнительные органы (манипуляторы, инструменты), датчики сбора информации (микрофоны, камеры и др.), операционная система, программное обеспечение.

А теперь давайте подумаем: почему нельзя повторить в отношении робототехники, тот же фокус, который ИБМ проделала с компьютерами – делать роботов с открытой архитектурой? Назовем их оботами (Открытый роБОТ или по-английски Open BOT).

Приходит человек в магазин и покупает те части будущего обота, которые ему по карману. Поскольку поначалу многие части будут дороги даже при наличии открытой архитектуры, то придется начать с самого скромного варианта. Поэтому можно отказаться от бортового компьютера, вместо которого использовать обычный настольный компьютер или ноутбук. Для обмена информацией между компьютером, который выполняет в данном случае роль «стационарного мозга» для обота, и самим оботом можно использовать Bluetooth, Wi-fi или какое-либо другое решение. На робота ставим самый простой датчик – видеокамеру и самую простую ходовую часть – колеса. В результате получаем робота за цену около сотни долларов. При всей примитивности такого обота можно научить очень многим любопытным и полезным вещам: например, найти вещь, которая находится в труднодоступном месте, научить его самому подзаряжаться когда заряд батареи на исходе, составлять карту местности, использовать как разведчика и т. д.

Поскольку сотня долларов найдется у многих, то мы сразу выходим на рынок емкостью миллионы изделий в год. В мировом масштабе это миллиарды долларов ежегодно.


Идем дальше. По мере расширения наших интересов и возможностей, предложений рынка, снижения цен можно устанавливать на обота дополнительные датчики информации (микрофоны, инфракрасные датчики, дальномеры и т. д.), инструменты и манипуляторы, различные виды ходовой части (и не только – обот может быть плавающим или летающим). У него могут появиться свои «мозги» - бортовой компьютер (БК).

Поскольку одной из целей является снижение цены, то в качестве операционной системы для БК можно использовать Линукс. Точно так же, можно сделать программное обеспечение на основе открытых кодов.

Дополнительно увеличить возможности самостоятельного изготовления оботов и расширения их функций можно, если использовать дополнительные платы Arduino или Freeduino, возможности технологий 3d-печати RepRap, Fab@home и т. д.
А теперь это уже не только игрушка, но и достаточно серьезный рабочий и научный инструмент. Такой обот может выполнять функции контроля территории, переносчика грузов, подсобного рабочего.

Поскольку возможности робота сильно зависят от его размеров, то логичным будет появление различных «весовых категорий»:

  • «Детские»: маленькие оботы (размером с обувную коробку), предназначенные для детей, для решения простых задач, работы в условиях ограниченного пространства, например, проникновения в труднодоступные места, выполнения работ связанных с перевозкой небольших грузов;
  • «Взрослые»: для перемещения грузов в десятки килограммов, способные работать с различными манипуляторами, развивать большие усилия…;
  • Промышленные: способные развивать усилия, измеряемые в тоннах и работать с объектами больших размеров.

Разумеется, данный перечень не означает, что нельзя делать оботов промежуточных размеров. Более того, это совершенно логично и естественно. Кроме того, возможны классы оботов, подразделяющиеся по другим признакам. Например, по способам управления:

  • с дистанционным управлением,
  • частично или полностью самостоятельные,
  • управляемые человеком (экзоскелеты),
  • действующие по жесткой программе или
  • способные к адаптивному поведению.

По способам передвижения:

  • ездящие, шагающие, ползающие (как змеи, ящерицы, гусеницы),
  • плавающие (водоизмещающие, глиссирующие, на подводных крыльях, подводные),
  • летающие (как самолет, вертолет, ракета, дирижабль, воздушный шар),
  • со шнековым движителем,
  • на воздушной подушке,
  • экранолеты

и т. д.

По назначению:

  • узкоспециализированные,
  • универсальные,
  • перенастраиваемые,
  • самомодифицирующиеся (трансформеры).

По видам привода:

  • электрические,
  • пневматические,
  • гидравлические…

И т. д. и т. п. При таком развитии вполне вероятно, что число различных видов оботов вскоре может достигнуть числа биологических видов. Только если эволюция биологических видов длится миллионы лет, эволюция оботов будет происходить прямо на глазах.
Поскольку оботов будет много, их можно объединить друг с другом с помощью специализированного «интернета для роботов». А это уже не фантастика – такая разработка уже есть и называется она RoboEarth.

В перспективе можно сделать так, что если мы устанавливаем на обота новое оборудование, то он тут же будет находить в робо-сети необходимые драйвера, программное обеспечение, правила использования этого оборудования, правила техники безопасности.

Оботы могут образовывать единую вычислительную сеть, и динамически распределять ресурсы этой сети между собой. Например, если некий обот стоит перед задачей, выполнение которой бортовым компьютером занимает слишком много времени, то он может сбрасывать в «обот-нет» исходную информацию и получать обработанные результаты. В те же моменты, когда бортовой компьютер недогружен или простаивает, он может предоставлять вычислительные ресурсы бортового компьютера для решения задач, которые дает ему «обот-нет». Точно так же он может предоставлять в общий доступ оперативную память, жесткий диск, каналы связи и т. д. Больше того, если обот физически не может справиться с поставленной задачей за отведенное время (или в принципе, например, транспортному роботу поручили вырыть траншею), он может «бросить клич» через «обот-нет» и не занятые в настоящий момент оботы-соседи, которые могут оказаться полезными для решения данной задачи, придут на помощь.

Обот может быть полезен во многих ипостасях: как игрушка, средство технического творчества детей, инструмент, полигон для отработки технических и программных решений и технологий, средство совершенствования интерфейса «человек – робот» и «робот – робот», научный инструмент, инструмент исследования психологии взаимодействия человека с машиной и оботов между собой, средство производства и т. д. и т. п.

Развитие этой парадигмы означает, что технические устройства из совокупности отдельных объектов станут единой целым – техносферой.

Люди знающие могут заметить, что подобные идеи уже есть. Согласен. Но в каждом конкретном случае идея реализована не полностью. Linux - это открытая программная часть, IBM PB - открытая аппаратная часть. Willow Garage, K-Team и некоторые другие фирмы предлагают открытую программную часть при фиксированной аппаратной, что позволяет им сохранить контроль над производством. Предлагаемая идея отличается тем, что открытыми становятся обе части робота - и аппаратная, и программная.

Любое сложное техническое изделие состоит из множества узлов. Открытая архитектура позволила IBM сделать компьютер сродни конструктору: покупай нужные узлы и собирай. Если рассуждать в терминах предпринимательского успеха, то открытая архитектура компьютеров – это провал. ИБМ вынуждена была уйти с рынка, который сама и создала. В критериях же технического прогресса это полный успех, поскольку открытая архитектура позволила революционизировать рынок вычислительной техники, многократно улучшив характеристики компьютеров и резко снизив цены на них.

Те же подходы (открытая архитектура, отсутствие лицензирования, открытые спецификации, унификация, стандартизация) можно использовать для улучшения технических параметров любых сложных устройств. Например, автомобилей. Создать фирмы, выпускающие отдельные узлы автомобилей (силовые установки, кузова, подвески и т. д.). Действия покупателя такие же, как сейчас при покупке компьютера: обратиться в фирму по сборке автомобилей, указав желательные характеристики и сумму, в которую надо уложиться. В результате автомобильный рынок, который в настоящее время является олигопольным (десяток крупных производителей договариваются об уровне цен на свою продукцию), становится конкурентным, что приводит к резкому снижению цен. Недостатки такого решения также очевидны – легче контролировать уровень качества продукции десятка производителей, чем тысячи. Но это проблема решаемая.

Сфера возможного применения открытых архитектур, как уже указывалось, не ограничивается компьютерами, роботами или автомобилями. Это может быть, например, авиация (эта идея была выдвинута в одном из номеров журнала «Техника – молодежи» в 1970-80-х годах), ракетостроение и т. д.

Но такой подход, хотя и соответствует интересам общества, прямо противоречит интересам фирм, поскольку в конечном итоге ведет к утрате контроля над рынком, снижению уровня цен, и, соответственно, доходов. А потому встречает противодействие со стороны монополистов и крупных фирм, контролирующих соответствующие рынки. Достаточно вспомнить «войну токов», «войну форматов», «войну браузеров» и другие войны, которые периодически происходят в промышленности. Это не спор о достоинствах той или иной технологии, авторстве, приоритетах и т. д. Это спор о том, кто будет контролировать рынок, и, соответственно, получать доходы.

Тем не менее, открытые архитектуры существуют, и, если не процветают, то, хотя бы занимают свою нишу. Так что идея очень простая. Вопрос в том, кто начнет первый эту работу. Идея завораживающая. Сам бы реализовал, но я не бизнесмен. Ау, бизнесмены! Чур первый обот мой!

P. S. Уже после написания статьи подумал, что в качестве бортового компьютера очень удобно было бы использовать планшетный компьютер - он маленький, легкий, экономичный, имеет встроенные микрофон, камеру, экран, готовую операционную систему, USB-интерфейсы. Есть очень дешевые модели, которые при этом обладают достаточной вычислительной мощностью. Камера могла бы использоваться как орган зрения обота, микрофон - как орган слуха (для восприятия шумов среды и голосового управления), а экран – отображал бы необходимую контрольно-диагностическую информацию. Таким образом, владельцы планшетников могли бы покупать только аппаратную часть и экономить на программно-вычислительной.

 

Используются технологии uCoz