Классификация роботов

Военные роботы
Готовые к боевому применению роботы выходят из лабораторий и направляются в горячие точки.

Подполковник армии США Джон Блитч ушел на пенсию прошлой осенью, оформив необходимые документы в Пентагоне утром 10 сентября 2001 года. За три года, в течение которых он возглавлял проект тактических мобильных роботов Министерства Обороны, Блитч курировал около десяти академических и корпоративных исследований. Цель этих проектов: разработка роботов, которые могли бы заменить солдат на самых опасных участках и использоваться для спасательных работ. После выхода на пенсию 43-летний подполковник спецназа должен был возглавить Центр интеллектуальной робототехники и автоматических систем при корпорации SAIC (Science Applications International Corporation), находящийся в городе Литтлтон, штат Колорадо. Утром 11-го сентября Блитч собирался отправиться в путь.

Узнав об атаках террористов, Блич отменил поездку, забрал из лаборатории группу тактических мобильных роботов (ТМР), большинство из которых имело размеры футбольного мяча, и отправился в Нью-Йорк. В течение следующих одиннадцати дней 17 роботов, протискиваясь в слишком узкие для людей щели и пробираясь сквозь груды обоженного камня, нашли семерых пострадавших, заживо погребенных среди гор покореженного металла и бетонных обломков. Хотя это была и малая часть из тех 252 жертв, которых удалось достать из-под обломков, СМИ запели роботам дифирамбы (Роботы проявили проворность в критической ситуации, - писала Нью-Йорк Таймс, Там, где человек не смеет ступить ногой, на помощь приходят роботы - слова из Хьюстон Кроникл). Такие отзывы прессы помогли Блитчу избежать недоразумений с начальством, которые могли возникнуть по причине самовольного вмешательства в работу спасателей (не забывайте, что на тот момент он был уже на пенсии).

Но самое важное то, что роботы доказали реальность мечты Блитча - создать роботов, которые делали бы то, что не по силам или просто опасно для солдат. Несмотря на то, что первое практическое применение ТМР было связано с поисково-спасательными работами, успех этого испытания дал новый толчок ученым, работающим над созданием универсальных роботов-солдат, которые могли бы использоваться в разведке и на поле боя.

Несмотря на то, что исследования в области робототехники продолжаются вот уже пол-столетия, тактические мобильные роботы появились совсем недавно. Военное научное агенство Darpa основало проект разработки ТМР в 1997 году под руководством Ерика Кроткова, бывшего исследователя-робототехника университета Карнеги Меллон. Кротков подписал договоры с первыми десятью разработчиками на сумму 50 млн. долларов. Годом позже Джон Блитч принял на руководство проектом. Он финансировал 25 крупных и более десяти небольших проектов, результатом которых было создание 43 прототипов и 18 уникальных роботов.

В настоящее время разработкой тактических роботов под эгидой Darpa занимаются 40 компаний и исследовательских лабораторий. На сегодняшний день уже созданы машины, которые могут быть десантированы с воздуха на территории противника и передавать оттуда разведданные в режиме реального времени. Есть также полторакилограммовые роботы-наблюдатели, которых солдаты на передовой могут забрасывать в окна или за угол для получения данных об обстановке в непросматриваемых секторах. Созданы роботы, которые могут приспосабливаться к пересеченной местности, быстро передвигаться по лестницам и вывозить раненых солдат из самых горячих точек под огнем противника. Ведутся разработки электронных помощников, которые могли бы перевозить оружие, определять участки местности, зараженные бактериологическим оружием, и даже видеть сквозь стены. Есть даже робот, который может проводить солдат через зоны с плохим обзором, отвлекая на себя огонь потенциальных снайперов.

Война - опасное и жестокое дело, и, конечно же, никакой робот не сможет этого изменить. Но тактические мобильные роботы, разработкой которых сейчас занимаются ученые, могут спасти жизни многим солдатам, заменяя людей на наиболее опасных заданиях.

Со стороны не скажешь, что Центр интеллектуальной робототехники и автоматических систем SAIC - это то место, где создаются высокотехнологические военные машины. Лаборатория находится возле передних отрогов Колорадо в предместьях Литлтона, что в 15 милях к юго-западу от Денвера. Это очень тихое, малолюдное место.

В настоящее время лаборатория занимается разработками прототипа ТМР в рамках проекта Raptor. Raptor - это часть сумчатой робототехнической системы, разработка которой началась еще в 1995 году. Задача проекта - создать робота, который смог бы проникать в подземные бункера. Проект Raptor предусматривает создание небольшой группы роботов с передвижной платформой Raptor в качестве базы. В условиях боевых действий можно будет десантировать платформу на территорию противника и, приземлившись, она выпустит группу небольших роботов-разведчиков. Эти роботы будут собирать данные и передавать их на базу, которая эту информацию будет обрабатывать и передавать дальше с помощью беспроводной связи. Такая роботизированная система земля-земля-воздух позволит военным проникать за линию фронта и собирать стратегическую информацию, чем в настоящее время занимаются подразделения воздушного десанта, оснащенные приборами ночного видения, переговорными устройствами и автоматами.

Но это все в перспективе. Пока что прототип системы Raptor собирает разведданные на автомобильной стоянке возле центра SAIC. Прототип построен на базе обычного внедорожника. Но если армия возьмет этого робота на вооружение, его подвижная база будет соответственно усовершенствована для боевого применения. Сейчас Raptor работает на бензине, маршрут робота задается на компьютере и передается по беспроводному протоколу, а ручное управление движениями платформы осуществляется с помощью джойстика. В будущем Блитч планирует разработать цифровую перчатку, которая позволит солдатам подавать роботу команды с помощью языка жестов. Изображение и звук с тридцати бортовых сенсоров системы, включающих цифровые видеокамеры, приборы ночного видения, инфракрасные датчики, микрофоны и лазерный радар для создания подробных трехмерных карт местности, будут передаваться по беспроводному протоколу WLAN на дисплей, встроенный в солдатскую каску. В то же время роботы разведчики будут посылать полученные сведения на платформу Raptor, где из этой информации будет создаваться и передаваться военным через спутник подробный макет местности в режиме реального времени.

Разработки тактических роботов в других исследовательских центрах не менее впечатляющи. В 2000 году ученые лаборатории Дрейпер в Кембридже, штат Массачусетс, начали разработку метательных роботов - небольших, легких электронных разведчиков, которых можно будет забрасывать на участки, занятые противником. Если солдату перед тем, как войти в здание, нужно будет узнать, кто в нем находится, он мог бы сначала забросить в окно робота (наподобие подачи в бейсболе). Как только робот достигнет пола, он начнет передавать изображения и звук с места приземления. Таким образом, метательные роботы дадут солдатам возможность видеть и слышать сквозь стены. Кроме того, такие роботы очень бы пригодились при ведении боевых действий в джунглях в качестве дозора. Первый результат разработки метательных роботов - робот Spike, размером с грейпфрут. У этого робота нет бортовых сенсоров и процессора, он управляется на расстоянии с помощью беспроводного джойстика.

В настоящее время сотрудники лаборатории Дрэйпер работают над созданием более интеллектуального устройства, получившего название высоко-мобильного тактического микроробота, или HMTM (high-mobility tactical microrobot). Разработчики планируют представить первый прототип в декабре этого года, а появление рабочей модели, стоимость которой оценивается в $5000, ожидается в течение ближайших трех лет. Но для начала следует сделать HMTM способным функционировать и передвигаться в разнообразных условиях окружающей среды, таких как грязь, песок, вода. Одно из возможных решений, предложенных специалистами - это колесно-гусеничная передвижная система с возможностью выбора нужной ходовой части в зависимости от ситуации. Кроме того, робот должен быть достаточно крепким, чтобы выдержать падения на землю во время десантирования. С этой целью разрабатываются специальные ударостойкие материалы для укрепления корпуса, колес, шасси и трансмиссии.

Параллельно специалисты лаборатории разработали ПО для сжатия видеоинформации в режиме реального времени. Это особенно пригодится, когда система связи HMTM будет переведена с беспроводного протокола 802.11b на сотовую связь, которая может передавать данные на гораздо большие расстояния, но использует более узкую полосу пропускания. Для повышения устойчивости связи с роботом сотрудники лаборатории разрабатывают технологию так называемого автоматического ретротраверса. Принцип действия этой технологии следующий: бортовой сенсор отслеживает движение НМТМ и вращение колес. Если в каком-либо месте связь с базой обрывается, робот может повторить свои движения в обратном направлении, как бы возвращаясь по своим следам, пока связь не восстановится. Такая система не позволит роботу потеряться.

Специалисты компании iRobot, отделившейся от Массачусетского технологического института, занимаются разработкой другого перспективного ТМР, получившего название PackBot. Этот робот, похожий на танк без башни, отличается своей многофункциональностью и проворностью. Использовать такого электронного помощника можно в качестве тягача для артиллерийских орудий, или же мобильной станции скорой помощи во время боя. На демонстрационном видеоролике показано, как PackBot вывозит раненого солдата с поля боя под огнем противника. Робот подъезжает к раненому с носилками, солдат забирается на них, а санитары из рядом стоящего бункера за веревку, прикрепленную к носилкам, притягивают раненого в безопасное место. На другой демозаписи PackBot за считанные секунды по ступенькам преодолевает лестничный пролет. Инженеры из iRobot хотят также научить своего робота переходить вброд реки.

Этим летом iRobot поставит Министерству обороны США до пятнадцати роботов PackBot - по цене от $20 тыс. до $50 тыс. Военное руководство отправит электронных помощников на тестирование в различные рода войск.

Разработка PackBot, HMTM и всех остальных роботов SAIC финансировалась агенством Darpa и проходила под девизом так называемых пяти правил Блитча. Эти правила таковы: в случае падения тактический мобильный робот должен уметь самостоятельно подняться; ТМР должен уметь восстанавливать прерванную связь; ТМР должен уметь определять свое местонахождение; робот должен быть устойчив к внешним воздействиям, и, наконец, ТМР должен уметь объезжать сложные препятствия.

Если судить по этим правилам, то не один тактический робот не отвечает всем пяти требованиям одновременно. Но усовершенствование роботов продолжается. Сначала тактические роботы были радиоуправляемыми, и операторы контролировали каждый их шаг. Затем появились роботы, которые могли маневрировать самостоятельно, и запрашивали инструкции у оператора только в затруднительных ситуациях. Осталось сделать последний шаг к полностью автономным роботам, которые бы могли выполнять задания руководствуясь набором предустановленных параметров, то есть без непосредственного управления человеком.

Чтобы понять, что для создания полностью автономных ТМР нужны годы, достаточно увидеть испытание PackBot на стоянке воле центра SAIC: один из инженеров управляет роботом с портативного ПК, а другой бегает за PackBot-ом в готовности выдернуть шнур электропитания, если что-нибудь пойдет не так. На данный момент типичного ТМР обслуживает три-четыре человека. Цель ученых - сделать так, чтобы один солдат управлял несколькими автономными роботами.

Самая большая преграда между ТМР и полной автономностью - это программное обеспечение. Добавить роботу еще один сенсор легко; гораздо труднее научить его интерпретировать данные, которые этот сенсор воспринимает, и сопоставить эти данные с другой входящей информацией. Приведем пример. Осязательный сенсор робота нащупывает неровности поверхности с помощью запрограммированных алгоритмов. Когда робот обнаруживает, что едет по неровной дороге, он снижает скорость. А теперь представьте, что в это же время другие сенсоры определяют, что робот попал под обстрел. Ему все же следует замедлить скорость или наоборот, быстро уходить?

Инженер центра SAIC Джим Хэмилтон занимается разработкой ПО, которое способно обрабатывать данные, поступающие от десятков сенсоров, и выбирать на их основе оптимальный образ действий в конкретной ситуации. По аналогии с человеческим мозгом, пакет программ ATAC (автономный классификатор местности) анализирует входящую информацию, которая может означать стрельбу, темноту, воду, биологическое оружие или неровную поверхность, и решает, что роботу в данной ситуации делать.

Многие критики считают, что ПО типа ATAC не смогут в обозримом будущем сравниться в сфере принятия решений с человеческим мозгом. Кроме того, должны быть решены существенные технические проблемы. Тактические роботы меньше и не такие мощные, как танки, но и менее проворные, чем люди. Поэтому обычная кротовина может стать для них горой. Возможности колесной и гусеничной ходовых частей ограничены, и поэтому некоторые ученые предлагают альтернативные способы передвижения для роботов, такие как прыжки или скольжение. Электропитание роботов - это еще одна проблема, которую ученые надеются решить с помощью топливных элементов.

На испытаниях роботы наматывают круги по мощеной дороге до тех пор, пока не поломаются или не закончится топливо. Только с теми роботами, которые выживают в этом пробеге, проводятся следующий этап тестирования - внедорожный. Он включает в себя грязевые болота, водные преграды, пласты горных пород и разнообразные склоны, покрытые песком, гравием и т.п. С появлением каждого успешного поколения роботов, к полосе препятствий добавляются новые элементы.

Хотя роботы и могут быть полезны для выполнения определенных задач, по мнению специалистов они никогда не смогут заменить хорошо обученного солдата. ТМР для солдата - это средство к достижению цели. Если оно работает исправно и помогает выполнить боевое задание - отлично; если нет - то лучше воспользоваться чем-то другим. Но, исходя из современного состояния исследований в области ТМР, можно легко представить себе поле боя будущего, наполненное роботами, выполняющими опасные задания, и с малым количеством солдат. Но это наводит на следующую мысль: если уменьшатся шансы гибели людей в бою, не будет ли это провоцировать правительства решать политические проблемы с помощью военных конфликтов? Вот что ответил на это подполковник Блитч (после продолжительного молчания): Робот - это не оружие. Он может спасти кого-то от снайперской пули или разминировать все минные поля в мире. Создание боевых, вооруженных роботов действительно могло бы вызвать войны- даже войны роботов. И я не хотел бы попасть в историю как основатель боевой робототехники.

В действительности, Блитч может войти в историю как первый военный, который испытал тактических мобильных роботов на практике. В январе 2001 года, спустя четыре месяца после его самовольного вмешательства в спасательные работы у обломков Всемирного торгового центра, Блитч вновь вернулся на службу, получив приказ собрать группу роботов для выполнения поставленного задания.