Роботы в нашем доме

Алексей Федоров

Еще недавно об использовании бытовых, домашних роботов можно было прочитать только на страницах фантастических романов. Но время идет, технологии развиваются, и все, что еще вчера казалось несбыточной мечтой, сегодня становится реальностью. В этом обзоре мы рассмотрим несколько моделей домашних роботов, которые доступны уже сегодня. Некоторые из них могут выполнять различные функции, в то время как другие предназначены для какой-то конкретной работы. Большинство из рассматриваемых здесь роботов так или иначе связаны с персональными компьютерами.

Начнем с многофункционального домашнего робота R100, разработанного в центральной исследовательской лаборатории японской фирмы NEC (http://www.incx.nec.co.jp). Оснащенный средствами для распознавания визуальных изображений, голоса и возможностями общения через Internet, этот робот способен узнавать отдельные лица, воспринимать голосовые команды и перемещаться по дому, обходя такие препятствия, как столы и стулья.

По утверждению представителей фирмы, R100 способен узнавать различных членов семьи и даже спрашивать, чем он может помочь. За счет встроенных средств для доступа к Internet R100 сообщает о получении электронной почты.

Давайте рассмотрим основные возможности R100, «мозг» которого представлен процессором Intel 486 DX4 c тактовой частотой 75 МГц. Зрение робота реализовано на основе двух видеокамер, позволяющих ему обходить препятствия, вычислять расстояния до предметов и узнавать людей. Для распознавания плана квартиры и объектов, которые находятся в ней в неподвижном или подвижном состоянии, R100 использует стереоскопическую видеообработку поступающих на камеры сигналов в реальном времени. Те же видеокамеры позволяют ему опознавать и запоминать лица. С помощью программирования можно задать роботу имена знакомых ему людей, и в этом случае он будет приветствовать членов семьи. Помимо этого встроенные видеокамеры позволяют роботу перемещаться вслед за человеком, который с ним разговаривает.

Стереоскопическая видеообработка поступающих на камеры сигналов позволяет R100 перемещаться по комнатам со скоростью 60 см/с, избегая столкновения с различными препятствиями, которые встречаются на его пути.

Слух у R100 реализован тремя направленными микрофонами, позволяющими определить направление звука или голоса. Например, если позвать робота, то он повернется к зовущему лицом. Микрофоны также служат для распознавания речи в объеме тех слов, которые хранятся в памяти робота. Помимо микрофонов робот оснащен шестью сверхчувствительными датчиками, которые позволяют ему немедленно остановиться при обнаружении какого-либо близкостоящего предмета или при приближении человека.

Робот способен произносить ваше имя, отвечать на задаваемые ему вопросы, сообщать о получении электронной почты и даже читать электронные сообщения и танцевать под музыку.

Чувства, которыми могут обладать роботы, — предмет для писателей, работающих в жанре научной фантастики. Тем не менее R100 способен распознавать как прикосновения к датчикам, расположенным в его голове, так и их тип: поглаживание, шлепок и т.п. — и реагировать соответствующим образом.

Встроенные сенсоры помогают роботу измерять температуру и яркость света. Таким образом, робот может реагировать на изменения температуры, освещенности, смены времени суток и емкости заряда собственной батареи.

В данной модели распознавание речи и анализ видеоинформации осуществляется персональным компьютером, к которому R100 подключен по радиоканалу. В следующих моделях робот будет оснащен собственным бортовым компьютером.

Программное обеспечение робота состоит из набора расширяемых модулей, таких как контроллер механики, средство для записи изображений, управление сенсорами, библиотека движений и аппарат принятия решений. Основные программные модули робота показаны на схеме.

Все программные модули не зависят друг от друга и легко обновляются. Помимо этого возможно расширение функций робота за счет добавления новых программных модулей.

Оснащенный камерами и микрофонами R100 способен записывать видеосообщения и воспроизводить их на экране телевизора. При необходимости R100 может включать и выключать телевизор, свет и другую бытовую технику. При отсутствии хозяев робот «присматривает» за домом и в случае обнаружения чего-либо необычного немедленно фиксирует это на видеокамеру и может отослать данные по указанному адресу электронной почты.

Когда роботу нечем заняться, он болтается по дому, здороваясь с людьми, которых встречает по пути, или насвистывая какую-либо мелодию. Все эти функции можно отключить, и тогда R100 будет тихо сидеть в углу, пока его кто-нибудь не позовет.

В таблице приведены основные технические характеристики R100.

 

Общие характеристики
Высота 440 мм
Ширина 280 мм
Вес 7,9 кг
Время работы от аккумуляторов 1,5-2 часа
Время заряда аккумуляторов 2-3 часа
Число распознаваемых команд около 100 фраз
Число произносимых выражений около 300 фраз
Перемещение 2 передних колеса и одно заднее, макс. скорость — 60 см/мин.
Ввод информации
«Глаза» 2 камеры типа CCD
«Уши» 3 микрофона
Сверхчувствительные датчики 6 по всему телу
Сенсоры Измеряют температуру и освещенность
Вывод информации
Звук 2 встроенных динамика
«Лицо» Светодиоды для глаз и рта, позволяющие отражать мимику
«Голова» Движения вверх/вниз, налево и направо

Отметим, что функции автоматической подзарядки в данной модели не предусмотрены. Когда заряд аккумуляторов становится низким, R100 зовет на помощь хозяев.

Следующего робота, с которым мы познакомимся в данном обзоре, зовут Cye, и он разработан американской фирмой Probotics, Inc. (http://www.personalrobots.com). В отличие от своего японского собрата он не настолько многофункционален и может выполнять некоторые достаточно монотонные операции.

Cye имеет размер 40x25x40 см и выпускается в трех различных цветовых модификациях: желтой, оранжевой и черно-зеленой.

В качестве примера использования робота Cye разработчики приводят возможность его управления беспроводным пылесосом (CyeVac — автономно работает в течение 15 мин, постоянно заряжается от Cye), доставку почты (обычной не электронной, как в случае с R100) и другие вспомогательные операции. Робот может быть оснащен дополнительной тележкой, выдерживающей вес до 4,5 кг, или, например, «помогать» в уборке посуды, разносить напитки и т.п.

Новая модель робота Cye — Cye-sr, обладает повышенной чувствительностью к радиосигналам и реакцией на звуковые сигналы (Sound Response). Это дает возможность управлять роботом с помощью хлопков руками. Один хлопок привлекает внимание робота, серия хлопков заставляет его переместиться в указанном направлении.

Помимо этого система Sound Response позволяет роботу танцевать под громкую ритмическую музыку.

Робот Cye управляется с компьютера через специальную программу Man-N-Zap. Работа с программой начинается с того, что вы создаете карту квартиры или дома. Эта карта используется для задания всех перемещений робота, после чего создается список команд, их параметры, и затем они посылаются с компьютера по радиоканалу через Radio Pod (команды посылаются на частоте 903,37 МГц; канал занимает 32 кГц).

Сам робот оснащен 16-битным, процессором 16 МГц, который получает команды с компьютера, управляет движением робота, следит за его координатами и зарядом батареи — в случае необходимости робот возвращается к специальному зарядному устройству, местонахождение которого ему заранее известно.

Для любителей программирования предоставляются низкоуровневый интерфейс и компонент ActiveX, который позволяет управлять роботом из собственных программ. Таким образом, можно указать роботу координаты, в которые он должен переместиться, а также узнать, где он находится в данный момент.

Стоимость робота Cye — 695 долл., модель Cye-sr продается по цене 995 долл. — в ее состав входит сам робот, пылесос (129 долл.) и тележка (89 долл.). Программное обеспечение поставляется с каждым роботом бесплатно.

Три следующих домашних робота, которых мы рассмотрим в этом обзоре, не управляются с персонального компьютера, но обладают встроенными бортовыми компьютерами, основанными на современных микропроцессорах.

Фирма Electrolux разработала робот-пылесос (http://www3.electrolux.se/robot/). В США он выпускается под маркой Eureka (http://www.eureka.com). Этот компактный робот (его диаметр равен 40 см) выполняет только одну операцию, но делает это очень тщательно.

Мощный процессор, встроенное программное обеспечение и система датчиков работают следующим образом: сначала робот изучает периметр комнаты, «запоминает» все объекты, которые могут встретиться на пути, а затем приступает к сбору пыли. Сначала робот обходит периметр комнаты, а затем пересекает ее в случайном порядке. По мере работы пылесос обходит мебель, электрические шнуры, а также забирается в углы, недоступные обычному пылесосу.

Благодаря своей круглой форме пылесос никогда не теряется в углах, под диванами и в других труднодоступных местах, а его мягкие края не портят мебель.

Робот-пылесос может работать один час без подзарядки. Затем его помещают на специальную подставку, где он заряжается в течение приблизительно двух часов. На сегодняшний день данная модель является полностью автономной, но Electrolux не останавливается на достигнутом и уже рассматривает возможность создания более совершенной версии робота-пылесоса с управлением через компьютер по радиоканалу.

Робот Solar Mower шведской фирмы Husvarna (http://www.international.husqvarna.com) позволяет автоматически стричь газон. Он питается от солнечной энергии (имеет встроенные поликристаллические ячейки, получающие энергию и заряжающие ею встроенный аккумулятор) и способен следить за газоном в течение всего сезона, поддерживая заданный уровень травы.

Для того чтобы робот-газонокосильщик не «увлекался», периметр газона отмечается специальным кабелем, на наличие которого реагируют датчики робота. Стрижка газона выполняется горизонтальными перемещениями вдоль заданного периметра с учетом клумб и деревьев. Помимо самостоятельной, автономной работы Solar Mower может управляться по радиоканалу со специального пульта. Цена на робот-газонокосильщик колеблется в зависимости от модели — от 1800 до 2700 долл.

Израильская фирма Friendly Machines (http://www.friendlymachines.com) тоже предлагает робот-газонокосильщик RoboMow, который, в отличие от Solar Mower, не является полностью автономным — за его действиями необходимо следить и периодически подзаряжать его.

В данном роботе также предусмотрено ограждение периметра с помощью специального кабеля, но стрижка ведется по произвольной траектории в рамках периметра. С помощью технологии RoboScan робот обходит препятствия и способен подстричь лужайку площадью до 500 кв. метров, работая всего на двух 12-вольтовых батарейках. Ведется работа над созданием модели, управляемой по радиоканалу. Стоимость робота-газонокосильщика RoboMow — около 2000 долл.

Завершая данный обзор, отметим, что японская фирма Honda Motor Co, Ltd занята разработкой гуманоидного робота — Honda Humanoid Robot. Прототип этого робота существует в двух вариантах.

В основе первого лежит процессор Pentium III, второго — Pentium II/110 Мгц. Модели различаются ростом, максимальной нагрузкой на руки, весом и рядом других характеристик.

В этом обзоре мы рассмотрели несколько моделей бытовых роботов, которые готовы, или почти готовы, переступить порог нашего дома. Следует сказать, что не обязательно тратить тысячи долларов на приобретение какой-либо из перечисленных здесь моделей. Достаточно купить набор типа «сделай сам» и построить робота на его основе. Одним из примеров подобного набора является Lego Mindstorms известной фирмы Lego. Более подробно об этом наборе см. в статье «Lego: больше чем просто кубики», публикуемой в этом номере.

Желающие больше узнать о роботах могут обратиться на специализированный сайт под названием Robohoo! (http://www.robohoo.com), представляющий собой роботизированную версию Yahoo!.

На нашем CD-ROM вы найдете видеоматериалы, позволяющие увидеть описанных здесь роботов R100, Cye и Honda Humanoid Robot в действии.

КомпьютерПресс 3'2000