Автономный робот — это робот , который действует без прибегания к человеческому контролю. Исторические примеры включают космические зонды . Современные примеры включают самоуправляемые пылесосы и автомобили .
Промышленные роботы-манипуляторы , работающие на сборочных линиях внутри заводов, также можно считать автономными роботами, хотя их автономность ограничена из-за высокоструктурированной среды и их неспособности передвигаться .
Первое требование для полной физической автономии — это способность робота заботиться о себе. Многие из работающих от аккумуляторов роботов, представленных сегодня на рынке, могут находить и подключаться к зарядной станции, а некоторые игрушки, такие как Aibo от Sony, способны самостоятельно пристыковаться для зарядки своих батарей.
Самообслуживание основано на « проприоцепции », или ощущении собственного внутреннего состояния. В примере с зарядкой аккумулятора робот может проприоцептивно определить, что его аккумуляторы разряжены, и затем он ищет зарядное устройство. Другой распространенный проприоцептивный датчик предназначен для контроля тепла. Повышенная проприоцепция потребуется роботам для автономной работы вблизи людей и в суровых условиях. Распространенные проприоцептивные датчики включают тепловые, оптические и тактильные датчики, а также эффект Холла (электрический).
Экстероцепция — это восприятие вещей в окружающей среде. Автономные роботы должны иметь ряд датчиков окружающей среды, чтобы выполнять свою задачу и не попадать в неприятности. Автономный робот может распознавать отказы датчиков и минимизировать влияние отказов на производительность. [1]
Некоторые роботизированные газонокосилки адаптируют свою программу, определяя скорость роста травы, чтобы поддерживать газон в идеальном состоянии, а некоторые роботы-пылесосы оснащены детекторами грязи, которые определяют, сколько грязи собирается, и используют эту информацию, чтобы подольше оставаться на одном участке.
Следующий шаг в автономном поведении — это фактическое выполнение физической задачи. Новая область, демонстрирующая коммерческие перспективы, — это домашние роботы, с потоком небольших роботов-пылесосов, начавшихся с iRobot и Electrolux в 2002 году. Хотя уровень интеллекта в этих системах невысок, они перемещаются по обширным площадям и пилотируют в тесных ситуациях вокруг домов, используя контактные и бесконтактные датчики. Оба этих робота используют фирменные алгоритмы для увеличения покрытия по сравнению с простым случайным отскоком.
Следующий уровень автономного выполнения задач требует, чтобы робот выполнял условные задачи. Например, роботы безопасности могут быть запрограммированы на обнаружение злоумышленников и реагирование определенным образом в зависимости от того, где находится злоумышленник. Например, Amazon (компания) запустила свой Astro для домашнего мониторинга, безопасности и ухода за пожилыми людьми в сентябре 2021 года. [2]
Для того, чтобы робот ассоциировал поведение с местом ( локализация ), ему необходимо знать, где он находится, и уметь перемещаться от точки к точке. Такая навигация началась с проводного наведения в 1970-х годах и перешла в начале 2000-х годов к триангуляции на основе маяков . Современные коммерческие роботы автономно перемещаются на основе восприятия природных особенностей. Первыми коммерческими роботами, достигшими этого, были больничный робот HelpMate компании Pyxus и робот-охранник CyberMotion, оба разработанные пионерами робототехники в 1980-х годах. Эти роботы изначально использовали вручную созданные планы этажей САПР , сонары и варианты следования вдоль стен для навигации по зданиям. Следующее поколение, такое как PatrolBot компании MobileRobots и автономное инвалидное кресло [3] , оба представленные в 2004 году, обладают способностью создавать собственные лазерные карты здания и перемещаться по открытым пространствам, а также по коридорам. Их система управления меняет свой путь на лету, если что-то блокирует путь.
Сначала автономная навигация основывалась на плоских датчиках, таких как лазерные дальномеры, которые могут распознавать только на одном уровне. Самые передовые системы теперь объединяют информацию с различных датчиков как для локализации (положения), так и для навигации. Такие системы, как Motivity, могут полагаться на различные датчики в разных областях, в зависимости от того, какой из них предоставляет наиболее надежные данные в данный момент, и могут автономно перерисовывать здание.
Вместо того, чтобы подниматься по лестнице, что требует узкоспециализированного оборудования, большинство внутренних роботов перемещаются по зонам, доступным для инвалидов, управляя лифтами и электронными дверями. [4] С такими электронными интерфейсами контроля доступа роботы теперь могут свободно перемещаться в помещении. Автономный подъем по лестнице и ручное открытие дверей являются темами исследований в настоящее время.
По мере того, как эти внутренние технологии продолжают развиваться, роботы-пылесосы получат возможность убирать определенную комнату, указанную пользователем, или целый этаж. Роботы-охранники смогут совместно окружать злоумышленников и отрезать выходы. Эти достижения также приносят сопутствующую защиту: внутренние карты роботов обычно позволяют определять «запретные зоны», чтобы не допустить автономного проникновения роботов в определенные регионы.
Автономность на открытом воздухе легче всего достигается в воздухе, поскольку препятствия редки. Крылатые ракеты — довольно опасные высокоавтономные роботы. Беспилотные летательные аппараты все чаще используются для разведки. Некоторые из этих беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) способны выполнять всю свою миссию без какого-либо взаимодействия с человеком, за исключением, возможно, посадки, когда человек вмешивается с помощью дистанционного радиоуправления. Однако некоторые дроны способны совершать безопасные автоматические посадки. SpaceX эксплуатирует ряд беспилотных кораблей-космодромов Autonomous , используемых для безопасной посадки и подъема ракет Falcon 9 в море. [5]
Наиболее сложным для наземных транспортных средств является обеспечение автономности на открытом воздухе по следующим причинам:
В автономной робототехнике есть несколько открытых проблем, которые являются специфическими для этой области, а не частью общего стремления к ИИ. Согласно книге Джорджа А. Беки « Автономные роботы: от биологического вдохновения до внедрения и управления» , проблемы включают в себя такие вещи, как обеспечение способности робота функционировать правильно и не сталкиваться с препятствиями автономно. Обучение с подкреплением использовалось для управления и планирования навигации автономных роботов, особенно когда группа из них работает в сотрудничестве друг с другом. [6]
Исследователи, занимающиеся созданием настоящей искусственной жизни, обеспокоены не только интеллектуальным управлением, но и способностью робота самостоятельно находить ресурсы посредством фуражировки (поиска пищи, которая включает в себя как энергию, так и запасные части).
Это связано с автономным поиском пищи , проблемой в науках поведенческой экологии , социальной антропологии и поведенческой экологии человека , а также робототехники , искусственного интеллекта и искусственной жизни . [7]
По мере того, как возможности и технический уровень автономных роботов росли, росла осведомленность общества и освещение в новостях последних достижений, а также некоторых философских вопросов, экономических последствий и социальных последствий, возникающих в связи с ролями и деятельностью автономных роботов.
Илон Маск, известный бизнесмен и миллиардер, на протяжении многих лет предупреждал о возможных опасностях и подводных камнях автономных роботов; однако его собственная компания является одной из самых известных компаний, которая пытается разработать новые передовые технологии в этой области. [8]
В 2021 году группа правительственных экспертов Организации Объединенных Наций, известная как Конвенция о конкретных видах обычного оружия – Группа правительственных экспертов по смертоносным автономным системам оружия , провела конференцию, чтобы подчеркнуть этические проблемы, возникающие в связи с все более передовыми технологиями использования автономных роботов для ведения оружия и выполнения военной роли. [9]
Первые автономные роботы были известны как Элмер и Элси , сконструированные в конце 1940-х годов У. Греем Уолтером . Они были первыми роботами, запрограммированными «думать» так, как это делают биологические мозги, и должны были иметь свободную волю . [10] Элмера и Элси часто называли черепахами из-за их формы и способа передвижения. Они были способны к фототаксису , движению, которое происходит в ответ на световой стимул. [11]
Марсоходы MER-A и MER-B (теперь известные как марсоходы Spirit и Opportunity ) определили положение Солнца и проложили собственные маршруты к пунктам назначения «на лету» с помощью:
Планируемый ЕКА марсоход Rosalind Franklin способен осуществлять относительную и абсолютную локализацию на основе зрения для автономной навигации по безопасным и эффективным траекториям к целям с помощью :
Во время финального испытания NASA Sample Return Robot Centennial Challenge в 2016 году марсоход Cataglyphis успешно продемонстрировал полностью автономную навигацию, принятие решений, а также возможности обнаружения, извлечения и возврата образцов. [12] Марсоход использовал для навигации и картирования данные измерений от инерциальных датчиков , колесных энкодеров, лидара и камеры вместо использования GPS или магнитометров. За 2 часа испытания Cataglyphis преодолел более 2,6 км и вернул пять различных образцов в исходное положение.
Робот Seekur был первым коммерчески доступным роботом, продемонстрировавшим возможности, подобные MDARS, для общего использования в аэропортах, коммунальных предприятиях, исправительных учреждениях и министерствах внутренней безопасности . [13]
Программы DARPA Grand Challenge и DARPA Urban Challenge стимулировали разработку еще более автономных возможностей для наземных транспортных средств, в то время как эта цель была продемонстрирована для воздушных роботов с 1990 года в рамках Международного конкурса воздушной робототехники AUVSI .
В период с 2013 по 2017 год компания TotalEnergies проводила ARGOS Challenge по разработке первого автономного робота для нефтегазодобывающих объектов. Роботам пришлось столкнуться с неблагоприятными условиями на открытом воздухе, такими как дождь, ветер и экстремальные температуры. [14]
Некоторые значимые современные роботы включают в себя:
Летальное автономное оружие (LAW) — это тип автономной роботизированной военной системы , которая может самостоятельно искать и поражать цели на основе запрограммированных ограничений и описаний. [23] LAW также известны как летальные автономные системы оружия (LAWS), автономные системы оружия (AWS), роботизированное оружие, роботы-убийцы или роботы-убийцы. [24] LAW могут работать в воздухе, на земле, на воде, под водой или в космосе. Автономность текущих систем по состоянию на 2018 год [обновлять]была ограничена в том смысле, что человек отдает окончательную команду на атаку — хотя есть исключения для некоторых «оборонительных» систем.
Tesla Robot и NVIDIA GR00T — человекоподобные роботы.
Робот-доставщик — это автономный робот, используемый для доставки товаров.
Автоматический зарядный робот, представленный 27 июля 2022 года, представляет собой робота-автомата в форме руки, заряжающего электромобиль. Он работает в пилотном режиме в штаб-квартире Hyundai Motor Group с 2021 года. Была применена система VISION AI, основанная на технологии глубокого обучения. Когда электромобиль припаркован перед зарядным устройством, рука робота распознает зарядное устройство электромобиля и выводит координаты. И автоматически вставляет разъем в электромобиль и выполняет быструю зарядку. Рука робота сконфигурирована в виде вертикальной многосуставной структуры, так что ее можно применять к зарядным устройствам в разных местах для каждого транспортного средства. Кроме того, применяются функции водонепроницаемости и пылезащиты. [45]
Строительные роботы используются непосредственно на рабочих площадках и выполняют такие работы, как строительство, погрузка-разгрузка материалов, земляные работы и наблюдение.
Исследовательские и образовательные мобильные роботы в основном используются на этапе прототипирования в процессе создания полномасштабных роботов. Они представляют собой уменьшенную версию более крупных роботов с теми же типами датчиков, кинематикой и программным стеком (например, ROS). Они часто расширяемы и предоставляют удобный интерфейс программирования и инструменты разработки. Наряду с полномасштабным прототипированием роботов они также используются в образовании, особенно на университетском уровне, где вводится все больше и больше лабораторий по программированию автономных транспортных средств.
В марте 2016 года в Вашингтоне, округ Колумбия, был представлен законопроект, разрешающий пилотные наземные роботизированные доставки. [46] Программа должна была проходить с 15 сентября по конец декабря 2017 года. Роботы были ограничены весом в 50 фунтов без нагрузки и максимальной скоростью в 10 миль в час. В случае, если робот прекращал движение из-за неисправности, компания должна была убрать его с улиц в течение 24 часов. Разрешалось испытывать только 5 роботов на компанию за раз. [47] Версия законопроекта о персональных устройствах доставки 2017 года находилась на рассмотрении по состоянию на март 2017 года. [48]
В феврале 2017 года в американском штате Вирджиния был принят законопроект через законопроект Палаты представителей HB2016 [49] и законопроект Сената SB1207 [50] , который позволит автономным роботам-доставщикам передвигаться по тротуарам и использовать пешеходные переходы по всему штату, начиная с 1 июля 2017 года. Роботы будут ограничены максимальной скоростью 10 миль в час и максимальным весом 50 фунтов [51] . В штатах Айдахо и Флорида также ведутся разговоры о принятии аналогичного законопроекта [52] [53] .
Обсуждалось [ кем? ] , что роботы с характеристиками, похожими на инвалидные коляски (например, максимальная скорость 10 миль в час, ограниченный срок службы батареи), могут быть обходным путем для определенных классов приложений. Если бы робот был достаточно интеллектуален и мог бы подзаряжаться с помощью существующей инфраструктуры зарядки электромобилей (EV), ему потребовался бы лишь минимальный надзор, и одной руки с низкой ловкостью могло бы быть достаточно для включения этой функции, если бы ее визуальные системы имели достаточное разрешение. [ необходима цитата ]
В ноябре 2017 года Совет по надзору Сан-Франциско объявил, что компаниям необходимо получить разрешение города для тестирования этих роботов. [54] Кроме того, Совет запретил роботам-доставщикам совершать неисследовательские доставки. [55]
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )Медиа, связанные с автономными роботами на Wikimedia Commons