Как сделать из железа робота: Как сделать робота из железа. Как сделать робота в домашних условиях для ребенка |

Содержание

Как собрать робота своими руками за 6 часов и стать душой компании / Хабр

Сейчас уже мало кто помнит, к сожалению, что в 2005 году были Chemical Brothers и у них был замечательный клип — Believe, где роботизированная рука гонялась по городу за героем видео.

Тогда у меня появилась мечта. Несбыточная на тот момент, т. к. ни малейшего понятия об электронике у меня не было. Но мне хотелось верить — believe. Прошло 10 лет, и буквально вчера мне удалось впервые собрать своего собственного робота-манипулятора, запустить его в работу, затем сломать, починить, и снова запустить в работу, а попутно найти друзей и обрести уверенность в собственных силах.

Внимание, под катом спойлеры!

Всё началось с этого набора (привет, Мастер Кит, и спасибо, что разрешили написать в вашем блоге!), который был почти сразу найден и выбран после этой статьи на Хабре. На сайте говорится, что собрать робота — под силу даже 8-летнему ребёнку — чем я хуже? Я точно так же только пробую свои силы.

Сначала была паранойя

Как истинный параноик, сразу выскажу опасения, которые у меня изначально были относительно конструктора. В моём детстве сперва были добротные советские конструкторы, потом рассыпающиеся в руках китайские игрушки… а потом детство кончилось:(

Поэтому из того, что осталось в памяти об игрушках, было:

Пластмасса будет ломаться и крошиться в руках?

Детали будут неплотно подходить друг к другу?

В наборе будут не все детали?

Собранная конструкция будет непрочной и недолговечной?

И, наконец, урок, который был вынесен из советских конструкторов:

Часть деталей придётся допиливать напильником

А части деталей просто не будет в наборе

И ещё часть будет изначально не работать, её придётся менять

Что я могу сказать сейчас: не зря в моем любимом клипе Believe главный герой видит страхи там, где их нет. Ни одно из опасений не оправдалось: деталей было ровно столько, сколько нужно, все они подходили друг к другу, на мой взгляд — идеально, что очень сильно поднимало настроение по ходу работы.

Детали конструктора не только отлично подходят друг к другу, но также продуман тот момент, что детали почти что невозможно перепутать. Правда, с немецкой педантичностью создатели отложили винтиков ровно столько сколько нужно, поэтому терять винтики по полу или путать «какой куда» при сборке робота нежелательно.

Технические характеристики:

Длина: 228 мм
Высота: 380 мм
Ширина: 160 мм
Вес в сборке: 658 гр.

Питание: 4 батарейки типа D
Вес поднимаемых предметов: до 100 гр
Подсветка: 1 светодиод
Тип управления: проводной дистанционный пульт
Примерное время сборки: 6 часов
Движение: 5 коллекторных моторов
Защита конструкции при движении: храповик

Подвижность:
Механизм захвата: 0-1,77»
Движение запястья: в пределах 120 градусов
Движение локтя: в пределах 300 градусов
Движение плеча: в пределах 180 градусов
Вращение на платформе: в пределах 270 градусов

Вам понадобятся:

удлинённые плоскогубцы (не получится обойтись без них)

боковые кусачки (можно заменить на нож для бумаги, ножницы)

крестовая отвёртка

4 батарейки типа D

Важно! О мелких деталях

Кстати о «винтиках». Если вы сталкивались с подобной проблемой, и знаете, как сделать сборку ещё удобнее — добро пожаловать в комментарии. Пока что поделюсь своим опытом.

Одинаковые по функции, но разные по длине болты и шурупы достаточно чётко прописаны в инструкции, например, на средней фото внизу мы видим болты P11 и P13. А может P14 — ну, то есть, вот опять, я снова их путаю. =)

Различить их можно: в инструкции прописано, какой из них сколько миллиметров. Но, во-первых, не будешь же сидеть со штангенциркулем (особенно если тебе 8 лет и\или у тебя его попросту нет), а, во-вторых, различить их в итоге можно только, если положить рядом, что может не сразу прийти на ум (мне не пришло, хе-хе).

Поэтому заранее предупрежу, если надумаете собирать этого или похожего робота сами, вот вам подсказка:

либо заранее присмотритесь к крепёжным элементам;

либо купите себе побольше мелких винтов, саморезов и болтов, чтобы не париться.

Также, ни в коем случае не выбрасывайте ничего, пока не закончите сборку. На нижней фотографии в середине, между двумя деталями от корпуса «головы» робота — небольшое кольцо, которое чуть не полетело в мусор вместе с прочими «обрезками». А это, между прочим, держатель для светодиодного фонарика в «голове» механизма захвата.

Процесс сборки

К роботу прилагается инструкция без лишних слов — только изображения и чётко каталогизированные и промаркированные детали.

Детали достаточно удобно откусываются и зачистки не требуют, но мне понравилась идея каждую деталь обработать ножом для картона и ножницами, хотя это и не обязательно.

Сборка начинается с четырёх из пяти входящих в конструкцию моторов, собирать которые настоящее удовольствие: я просто обожаю шестерёночные механизмы.

Моторчики мы обнаружили аккуратно упакованными и «прилипшими» друг к другу — готовьтесь ответить на вопрос ребёнка, почему коллекторные моторчики магнитятся (можно сразу в комментариях! 🙂

Важно: в 3 из 5 корпусов моторчиков нужно утопить гайки по бокам — на них в дальнейшем мы посадим корпуса при сборке руки. Боковые гайки не нужны только в моторчике, который пойдёт в основу платформы, но чтобы потом не вспоминать, какой корпус куда, лучше утопите гайки в каждом из четырёх жёлтых корпусов сразу. Только для этой операции будут нужны плоскогубцы, в дальнейшем они не понадобятся.

Примерно через 30-40 минут каждый из 4х моторов оказался снабжён своим шестереночным механизмом и корпусом. Собирается всё не сложнее, чем в детстве собирался «Киндер-сюрприз», только гораздо интереснее. Вопрос на внимательность по фото выше: три из четырёх выходных шестерёнок черные, а где белая? Из её корпуса должны выходить синий и чёрный провод. В инструкции это всё есть, но, думаю, обратить на это внимание ещё раз стоит.

После того, как у вас на руках оказались все моторы, кроме «головного», вы приступите к сборке платформы, на которой будет стоять наш робот. Именно на этом этапе ко мне пришло понимание, что с шурупами и винтами надо было поступать более вдумчиво: как видно на фото выше, двух винтов для скрепления моторчиков вместе за счет боковых гаек мне не хватило — они уже были где-то мною же вкручены в глубине уже собранной платформы. Пришлось импровизировать.

Когда платформа и основная часть руки собраны, инструкция предложит вам перейти к сбору механизма захвата, где полно мелких деталей и подвижных частей — самое интересное!

Но, надо сказать, что на этом спойлеры закончатся и начнутся видео, так как мне нужно было ехать на встречу с подругой и робота, которого не удалось успеть закончить, пришлось захватить с собой.

Как стать душой компании при помощи робота

Легко! Когда мы продолжили сборку вместе, стало понятно: собирать робота самостоятельно — очень приятно. Работать над конструкцией вместе — приятно вдвойне. Поэтому смело могу рекомендовать этот набор для тех, кто не хочет сидеть в кафе за скучными разговорами, но хочет повидаться с друзьями и хорошо провести время. Более того, мне кажется, и тимбилдинг с таким набором — например, сборка двумя командами, на скорость — практически беспроигрышный вариант.

Робот ожил в наших руках сразу, как только мы закончили сборку. Передать вам наш восторг, я, к сожалению, не могу словами, но, думаю, многие меня здесь поймут. Когда конструкция, которую ты сам собрал вдруг начинает жить полноценной жизнью — это кайф!

Мы поняли, что жутко проголодались и пошли поесть. Идти было недалеко, поэтому робота мы донесли в руках. И тут нас ждал ещё один приятный сюрприз: робототехника не только увлекательна. Она ещё и сближает. Как только мы сели за столик, нас окружили люди, которые хотели познакомиться с роботом и собрать себе такого же. Больше всего ребятам понравилось здороваться с роботом «за щупальца», потому что ведёт он себя действительно как живой, да и в первую очередь это же рука! Словом, основные принципы аниматроники были освоены пользователями интуитивно. Вот как это выглядело:

Troubleshooting

По возвращении домой меня ждал неприятный сюрприз, и хорошо, что он случился до публикации этого обзора, потому что теперь мы сразу обговорим troubleshooting.

Решив попробовать подвигать рукой по максимальной амплитуде, удалось добиться характерного треска и отказа функциональности механизма мотора в локте. Сначала это меня огорчило: ну вот, новая игрушка, только собрана — и уже больше не работает.

Но потом меня осенило: если ты сам её только что собрал, за чем же дело стало? =) Я же прекрасно знаю набор шестерёнок внутри корпуса, а чтобы понять, сломался ли сам мотор, или просто недостаточно хорошо был закреплён корпус, можно не вынимая моторчика из платы дать ему нагрузку и посмотреть, продолжатся ли щелчки.

Вот тут-то мне и удалось почувствовать себя настоящим робо-мастером!

Аккуратно разобрав «локтевой сустав», удалось определить, что без нагрузки моторчик работает бесперебойно. Разошёлся корпус, внутрь выпал один из шурупов (потому что его примагнитил моторчик), и если бы мы продолжили эксплуатацию, то шестерёнки были бы повреждены — в разобранном виде на них была обнаружена характерная «пудра» из стёршейся пластмассы.

Очень удобно, что робота не пришлось разбирать целиком. И классно на самом деле, что поломка произошла из-за не совсем аккуратной сборки в этом месте, а не из-за каких-то заводских трудностей: их в моём наборе вообще обнаружено не было.

Совет: первое время после сборки держите отвёртку и плоскогубцы под рукой — могут пригодиться.

Что можно воспитать благодаря данному набору?

Уверенность в себе!

Мало того, что у меня нашлись общие темы для общения с совершенно незнакомыми людьми, но мне также удалось самостоятельно не только собрать, но и починить игрушку! А значит, я могу не сомневаться: с моим роботом всегда всё будет ок. И это очень приятное чувство, когда речь идёт о любимых вещах.

Мы живём в мире, где мы страшно зависим от продавцов, поставщиков, сотрудников сервиса и наличия свободного времени и денег. Если ты почти ничего не умеешь делать, тебе за всё придётся платить, и скорее всего — переплачивать. Возможность починить игрушку самому, потому что ты знаешь, как у неё устроен каждый узел — это бесценно. Пусть у ребёнка такая уверенность в себе будет.

Итоги

Что понравилось:

Собранный по инструкции робот не потребовал отладки, запустился сразу

Детали почти невозможно перепутать

Строгая каталогизация и наличие деталей

Инструкция, которую не надо читать (только изображения)

Отсутствие значимых люфтов и зазоров в конструкциях

Лёгкость сборки

Лёгкость профилактики и починки

Last but not least: свою игрушку собираешь сам, за тебя не трудятся филиппинские дети

Что нужно ещё:

Ещё крепёжных элементов, прозапас

Детали и запчасти к нему, чтобы можно было заменить при необходимости

Ещё роботов, разных и сложных

Идеи, что можно улучшить\приделать\убрать — словом, на сборке игра не заканчивается! Очень хочется, чтобы она продолжалась!

Вердикт:

Собирать робота из этого конструктора — не сложнее, чем паззл или «Киндер-сюрприз», только результат гораздо масштабнее и вызываЛ бурю эмоций у нас и окружающих. Отличный набор, спасибо, Даджет!

В заключение, Хабр, у меня к тебе несколько вопросов:

Как бы ты использовал собственный манипулятор?

Как думаешь, можно ли что-то поменять или добавить в конструкции самого робота, чтобы не останавливаться и продолжать играть?

Что, возможно, не было мною учтено в процессе сборки?

Да и вообще, как тебе обзор? =)

Робот-трансформер из жидкого металла может превратиться во что угодно

11 февраля 2022
10:59

Ольга Мурая

Гибкий композитный материал, из которого сделан эндоскелет робота, позволяет ему превращаться из ровера в летающий беспилотник за считанные секунды. Перевод Вести.Ru.

Фото Virginia Tech.

Американские роботехники создали робота, который может принять практически любую необходимую форму.

Большинство роботов предназначены для конкретной работы и не очень хорошо адаптируются для разнообразных задач. Но робототехники всего мира пытаются решить эту проблему.

Инженеры Технологического института Виргинии разработали робота, который может принимать различные формы, позволяющие ему ездить по земле, летать или плавать. Всё благодаря резиновой «коже», наполненной металлом, который может легко переключаться между жидким и твёрдым состоянием.

Чтобы создать такого «универсального» робота, исследователи начали с разработки материала, который мог бы изменять свою форму по запросу, сохранять эту форму, выполняя определённую задачу, и возвращаться к своей первоначальной конфигурации. При этом делать это он должен был много раз.

Из этого материала состоит упругий эндоскелет робота, с вырезанным на нём узором из треугольников. Вдохновением для учёных послужила японская техника вырезания объёмных фигур из бумаги — киригами. Мы уже не раз рассказывали о различных устройствах, усовершенствовать возможности которых помогло киригами.

Внутри этого материала располагается сеть трубок, содержащих металлический сплав с низкой температурой плавления, а также ряд тонких нагревателей.

Изначально робот представляет собой плоский «лист», а металл внутри него находится в жидкой форме. Робот может согнуться или растянуться, приняв необходимую форму, после чего металл затвердевает.

После завершения задачи в нужной конфигурации можно включить нагреватели. Они подогреют металл до температуры 60 °C, он расплавится, и робот вернётся в первоначальную форму.

После этого машина будет готова к дальнейшим трансформациям. При этом нужную форму этот «эластичный» робот может принять менее чем за одну десятую долю секунды!

Конструкцию можно комбинировать с приводами, двигателями и другими компонентами, которые обеспечивают движения и изменения формы робота.

Команда использовала разработанный материал для создания экспериментального робота, который мог двигаться по земле, а затем превращаться в летающий дрон. В «летучем» виде это плоский лист с обращёнными вверх пропеллерами, а в наземной форме робот напоминает изогнутый мостик на колёсах.

В другом эксперименте этот материал использовался в качестве основы для подводной лодки, которая могла погружаться на дно аквариума, зачерпывать шарики и поднимать их на поверхность.

«Мы в восторге от возможностей, которые этот материал открывает для многофункциональных роботов, – поделился впечатлениями от разработки соавтор исследования Эдвард Дж. Бэррон III (Edward J. Barron III) из Технологического института Виргинии. – Эти композитные материалы достаточно прочны, чтобы выдерживать нагрузки, создаваемые двигателями или силовыми установками, но при этом могут легко изменять форму, что позволяет машинам адаптироваться к окружающей среде».

Исследование с описанием новой разработки было опубликовано в издании Science Robotics.

Ранее мы писали о роботе-хамелеоне, который может слиться с любой поверхностью, а ещё о роботах-муравьях, которые могут преодолевать сложные препятствия, объединившись.

Также мы рассказывали об игрушечных роботах, которые оказались способны на слаженные действия, и о роботе-гуманоиде, который будет спасать людей во время стихийных бедствий.

Больше новостей из мира науки и технологий вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

технологии
наука
мягкие роботы
общество
новости
робототехника
робот

Ранее по теме

Российские специалисты создали мягких роботов, удаляющих тромбы из сосудов
Надувной нейропротез руки получился легче и дешевле аналогов
Новый робот-рыба способен собрать себя по кусочкам
Максимум ловкости, минимум энергии: создана новая роботизированная система для морских биологов и медиков
Ожившие игрушки: инновационная кожа превращает обычные предметы в роботов
Представлена новая технология создания мягких роботов для деликатных работ

Как сделать очень простого робота: 16 шагов

Введение: Как сделать очень простого робота

Это моя первая инструкция, поэтому, пожалуйста, скажите мне, хороша ли она.

Итак, я покажу, как сделать очень простого робота: робота-жука!

не использует чип, не программирует, только простое 3-е соединение

Шаг 1: Получите все необходимые материалы!

Хорошо, так что берите все это. Я получил их в основном из сломанных игрушек, я уверен, что вы можете найти их в радиомагазине.

— держатель батареек АА -> удержание батареек

— немного припоя -> пайка

— некоторые провода -> подключение двигателя к выключателю, к батареям

— 2 батарейки АА -> питание мотора

— 2 двигателя 1,5 В (желательно одинаковые) -> движение робота

— ползунковый переключатель -> ВКЛ,ВЫКЛ

— 2 переключателя SPDT (Single Pole Double Throw) -> используется для антенны

— 1-2 скрепки -> приклейте усики, чтобы они были длиннее

— несколько клеевых стержней -> использовать с пистолетом для горячего клея

Шаг 2: Получите все необходимые инструменты!

я позаимствовал все инструменты у отца, опять же, они должны быть доступны в радиомагазине

— кусачки и инструмент для зачистки проводов -> обрезать и зачищать провода

— плоскогубцы -> придайте форму антеннам

— пистолет для горячего клея -> приклейте переключатель и переключатели SPDT на держатель батареи

— паяльник -> припаять и соединить провода между собой

— мультиметр -> проверить аккумулятор

Шаг 3: Итак, приступим!

проверьте заряд аккумулятора — =D

если он «хороший» используйте его

если он «плохой» замените его (в моем случае перезарядите его)

Шаг 4: Некоторые провода

припаяйте провода к держателю батарейки АА — я сделал провода удлиненными на синем держателе батарейки, чтобы не перепутать =)

не забудьте 3-е соединение!!!

это провод, соединяющий две батареи вместе

я заменил держатель батареи

Шаг 5: Антенны, часть 1

приклейте их с помощью пистолета для горячего клея перед держателем постарайтесь сделать это как можно лучше

<-я перфекционист->

попробуй сделать как на картинке

Шаг 6: Антенны, часть 2

плоскогубцами согните скрепку в прямую линию.

сделайте все возможное, =\

Шаг 7: Антенны, часть 3

обрежьте антенну чем-нибудь острым =)

Я использовал кусачки/инструмент для зачистки проводов

теперь у вас будет 2 маленькие линии…

Шаг 8: Антенны, часть 4

с помощью плоскогубцев согните каждую линию, как на фото

попытайтесь сделать их одинаковыми, положив одну на другую или согнув вместе

Шаг 9: Антенны, часть 5

последняя часть!

приклейте 2 металлические штучки на верхнюю часть переключателей SDPT

Шаг 10: Моторы

приклейте моторы под углом 40 градусов.

еще раз, постарайтесь

Шаг 11: Немного колес!

я получил их от игрушки Kinder, я честно не знаю, где купить некоторые. извините

приклейте его к задней части держателя батарейки АА. приклейте его немного ниже, чтобы держатель не касался земли. если это произойдет, он не будет двигаться прямо и будет двигаться медленнее

Шаг 12: Еще немного проводов

Итак, теперь подключите провода, сделайте все возможное и посмотрите на картинку

Шаг 13: Немного украшения!!!

твори!

вы можете использовать мою модель или создать свою!

я также проклеил мотор изолентой для лучшего сцепления

посмотрите другие мои инструкции!

https://www. instructables.com/id/how-to-make-a-homemade-ONOFF-switch/

Шаг 14: Принципиальная схема

хорошо следуйте рисунку и подключите провода

увеличить, чтобы лучше видеть

Шаг 15: Как это работает?

, когда робот ударяется о стену, он срабатывает с помощью переключателя L или R, из-за чего противоположный двигатель реверсируется на пару секунд. Это позволяет ему избегать препятствий

картинка может многое объяснить

Шаг 16: Вопросы

любые вопросы,комментарии,идеи как сделать лучше?

разместите их здесь!

пожалуйста, оцените мои инструкции.

Будьте первым, кто поделится

Вы сделали этот проект? Поделись с нами!

Создание настоящего Железного человека

Афганистан. Скрытый бункер. Четверо мужчин с винтовками охраняют толстую ржавую стальную дверь. Бам! Огромный кулак ударяет по нему изнутри. Бам! Новые удары вдавливают сталь. Петли напрягаются. Охранники съеживаются, отступая назад. Что бы ни пыталось вырваться наружу, оно велико. И злой.

Дверь распахивается, и внутрь врывается металлический гигант. Он выглядит как робот, но спрятанный внутри знаменитый конструктор оружия Тони Старк управляет механическим зверем. Пули отскакивают от костюма, почти не оставляя вмятин на броне. Он выравнивает охранников одним ударом. Снаружи он смотрит на вражеский лагерь вокруг себя, включает огнеметы в руках и поджаривает косяк.

Юта. Секретная горная лаборатория. Инженер-программист Рекс Джеймсон сидит спиной в безголовом металлическом костюме, который свисает со стальной двутавровой балки на толстом резиновом шнуре. Он надевает алюминиевые сапоги, затягивает ремни на ногах и талии и просовывает руки через лямки, как у рюкзака, хватаясь за ручки там, где должны быть руки. Это выглядит так же просто, как надеть пальто.

Затем он двигается, и машина оживает, следя за каждым его движением. Он поднимает кулаки и начинает наносить острые удары, перепрыгивая с ноги на ногу. Он не совсем Мухаммед Али, но весит 150 фунтов и выглядит легким.

Он мог с легкостью сбить соседнего программиста с ног или швырнуть его через стол, но еще более впечатляюще то, что он мог делать это весь день. Чтобы продемонстрировать свою сверхчеловеческую выносливость, он подходит к силовой стойке и дергает штангу, нагруженную 200 фунтами. Затем он делает это снова. И опять. Он останавливается где-то около 50, но известно, что он делает 500 повторений подряд. Даже тогда он уходит от скуки, а не от усталости.

Это фантазия против реальности, и разброс сокращается. Последний, XOS, является новейшим и, возможно, самым передовым экзоскелетом из существующих, разработанным фабрикой идей одного человека Стивом Якобсеном и инженерами Sarcos, компании по робототехнике, которую он основал в 1983 году и которая недавно была куплена оборонным гигантом Raytheon. Огнеметный монстр? Это звезда супергеройского блокбастера «Железный человек », который должен выйти 2 мая. В фильме рассказывается о плодовитом изобретателе по имени Тони Старк, который создает роботизированный доспех, который наделяет его фантастическими способностями. Железный человек процветает в комиксах уже более четырех десятилетий, но это первая история Голливуда. И время как нельзя лучше. Мало того, что Железный Человек — герой, рожденный чистой инженерией, — идеальный кумир нашей эпохи, одержимой гаджетами, но впервые с момента появления персонажа костюм — больше, чем просто иллюстрированный сон.

За последние семь лет несколько инженеров взяли на вооружение 40-летнюю армейскую фантазию о механически усовершенствованных солдатах, способных переносить тяжелые грузы, и начали воплощать ее в жизнь. Получив миллионы от Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов Пентагона (Darpa), Якобсен и другие, наконец, начали объединять искусственные мышцы и системы управления в костюмы, которые вскоре могут быть доступны для солдат, пожарных и людей, прикованных к инвалидным коляскам. Есть еще серьезные проблемы — например, питание этих носимых роботов, — но XOS от Sarcos, самый функциональный костюм для всего тела, который плавно движется вместе со своим носителем, заставляет даже создателей комикса чувствовать, что реальный мир догоняет их видение. . После того, как Ади Гранов, один из главных иллюстраторов комикса и консультант фильма, посмотрел клип костюма в действии, он был поражен. «Я знал, куда мы направляемся, но я не осознавал, что мы были так близко», — говорит Гранов. Помимо отсутствия полета и оружия, добавляет он, «это Железный человек».

Посмотрите видео XOS в действии здесь, а краткую фотоисторию искусственного экзоскелета смотрите в нашей галерее здесь. Продолжить чтение этой функции ниже.

От Marvel к машине

Если вы хотите распутать технологические корни фантазии, с которой будет сравниваться любой реальный экзоскелет, вам нужно посетить место, где развивался комикс: штаб-квартиру Marvel, Inc. в центре Манхэттена. , Том Бревурт, редактор, курирующий комиксы о Железном человеке, дает мне краткую биографию Тони Старка: выпускник Массачусетского технологического института, суперзвезда ученого и инженера, наследник состояния, бабник-алкоголик. История того, как он становится Железным Человеком, менялась с годами, но основная идея, которую позаимствовал фильм, заключается в том, что какие-то плохие парни берут его в заложники и требуют, чтобы он построил для них убийственное оружие. Вместо этого он строит доспехи и после побега решает улучшить как костюм, так и себя, превратившись из незрелого умника в настоящего супергероя.

Железный Человек может обогнать реактивный самолет, поднять 1000 тонн груза, взломать компьютеры с высокой степенью защиты и сделать все это через прямой интерфейс мозга. Неправдоподобно? Конечно, но Бревурт говорит, что в этом и смысл. «Железный человек всегда должен быть на три шага впереди лучших вещей, которые у вас есть, иначе он станет ископаемым».

Когда этот персонаж появился в 1963 году, лучшим, что было у военных, была концепция на бумаге. В том же году исследователь армии США Серж Зарудный опубликовал отчет, описывающий его конструкцию носимого робота, который наделял бы оператора силой Халка, но не существовало необходимых технологий, чтобы сделать его жизнеспособным. Помимо нескольких невоенных проектов [см. фотогалерею с хронологией здесь], перспектива настоящего суперкостюма томилась до 2000 года, когда Darpa начала семилетнюю программу стоимостью 75 миллионов долларов под названием «Экзоскелеты для увеличения производительности человека». К тому времени горстка сторонников экзоскелета, таких как бывший армейский полковник Джек Обусек, директор по интеграции человеческих систем в Центре исследований, разработок и инженерии солдат Натика в Натике, штат Массачусетс, считали, что технология начала догонять. Обусек, который помогал продвигать военные исследования экзоскелета с 19 лет.95, говорит, что рост числа меньших, более универсальных датчиков и более быстрых микропроцессоров начал убеждать его и других чиновников в том, что носимого робота вполне можно построить.

Но амбициозный список желаний Darpa читается как что-то из комикса: машина, которая позволит среднему солдату таскать сотни фунтов и путешествовать в течение нескольких дней без усталости, обращаться с оружием, для которого обычно требуются два человека, и уносить раненых с поля боя, бросая один или два человека на его спине. Они попросили костюм, чтобы поддерживать больше брони, делая людей непроницаемыми для вражеского огня. Они даже хотели, чтобы солдаты прыгали выше. Они хотели Железного человека.

Некоторые из экспертов, с которыми Darpa консультировалась перед запуском программы, не согласились с тем, что это видение было реалистичным. «Половина людей, с которыми я разговаривал, верили, почти как если бы это было религиозно, и около половины думали, что это пустая трата денег, времени и ресурсов», — говорит инженер Корнельского университета Эфрахим Гарсия, который руководил программой Darpa в ее зачаточном состоянии. . Скептики вряд ли были сумасшедшими, добавляет он: «Это был огромный вызов». Экзоскелету потребуется портативная система питания, которая сможет поддерживать его работу до полного дня; маленькие мощные искусственные мышцы; и сложная система контроля, которая регулировала их действия. А должно быть быстро .

Экзоскелет должен быть механической тенью солдата, считывающей каждое его движение — левая рука качается в этом направлении с такой силой — и почти мгновенно подражая ему. Даже малейшее запаздывание создавало эффект сопротивления и заставляло оператора чувствовать, будто он движется по воде. Машине также потребуется какой-то способ считывания сил, приложенных к костюму тысячи раз в секунду, плюс микропроцессоры, достаточно мощные, чтобы преобразовать все эти данные в непосредственные направления для конечностей робота, чтобы они могли идти в ногу с человеком внутри.

Чтобы решить эти проблемы и выяснить, как объединить системы в машину с необходимой скоростью, маневренностью, силой и выносливостью, потребовался Тони Старк из реального мира. Но это оказалось не крутой конструктор оружия. Это был парень, который строил роботов-динозавров.

Познакомьтесь с создателем роботов

Резюме Стива Джейкобсена делает его похожим на Вилли Вонка робототехники — его проекты за последние 35 лет охватили 80-тонный механизированный динозавр и фонтаны казино Белладжио. Но он больше похож на профессора, чем на сумасшедшего, высокий, с прямой спиной и идеально ухоженными седо-белыми волосами. Прежде чем представить XOS, он проводит меня по тому, что он полушутя называет своим «туннелем ужаса». Снаружи это могло бы сойти за кабинет дантиста, но похожее на пещеру помещение является штаб-квартирой компании, которую он основал в качестве научно-исследовательского подразделения инженерного колледжа Университета Юты, где он преподавал в то время. Хотя он создавал роботов для некоторых заведомо жестких заказчиков — он намекает, что Дисней так же требователен, как и военные, — в душе он все еще академик. Он относится к своему мозгу как к другу, с которым ему нравится проводить время, и, кажется, его больше заботит решение сложных проблем, чем конечное применение решения. Пропустив мимо робота-гуманоида, играющего в пинг-понг, он задерживается перед парой поющих механических туканов, которые он построил для местного ресторана, поражаясь тому, как трудно было заставить их двигаться, как настоящие птицы. «Мы просто делаем то, что хотим, потому что это интересно», — говорит он.

Он говорит пятиминутными очередями на темы, которые варьируются от выражения удивления по поводу энергоэффективности биологических систем («Люди бегут на моркови!») до размышлений о технике и банальностей («Некоторые вещи должны считать увиденным»). Но за его болтливостью скрывается склонность к секретности. Он редко общается с прессой. Он не скажет мне свой возраст. Пока мы ходим по разным лабораториям, он указывает на устройство — миниатюрный беспилотный наземный аппарат, новый дизайн ноги экзоскелета — начинает возбужденно объяснять, а затем останавливается и просит меня не упоминать об этом. Его сдержанность отчасти связана с тем, что некоторые из его проектов финансируются военными. Но есть и намек на фокусника, который не хочет раскрывать слишком много своих трюков.

Сочетание проектов Sarcos, которые также включают в себя протезы и нанодвигатели, кажется случайным. Но Эфрахим Гарсия говорит, что эта универсальность является частью того, что сделало Якобсена уникально подходящим для решения задачи экзоскелета. У него были проверенные навыки в области программного обеспечения и машиностроения, но он также обладал уникальной способностью просто изобретать то, что ему было нужно. «Он может спроектировать приводы. Он может спроектировать систему управления. Он может спроектировать машину и ее компоненты», — говорит Гарсия. Такой диапазон был абсолютно необходим.

«Когда вы строите что-то вроде экзоскелета, — говорит Якобсен, — есть около 25 подсистем, и все они должны работать, прежде чем вы сможете перейти к следующему шагу. Две основные цели — это сила и выносливость, но нужно хорошо выполнять 75 разных вещей». Из всех его роботов XOS, из-за множества проблем, которые он создавал, явно является его любимым сыном. «Ни у кого из них не было такой цели. Ни одному из них не нужно было иметь автономную систему, обладающую такой силой, скоростью, выносливостью, гибкостью».

Рождение экзоскелета

В 2000 году Sarcos подал заявку на получение части денег от Darpa, отчасти потому, что Якобсен считал, что у него есть решение одного из самых важных вопросов, изложенных в первоначальном конкурсе предложений: как оператор будет интерфейс с роботом. Чтобы подтвердить свою догадку, Якобсен попросил штатного фотографа компании Джона Прайса помочь с небольшим экспериментом.

Испытание требовало, чтобы Прайс был фактически экзоскелетом, а его дочь — пилотом. Стоя спиной к отцу, она встала на его ноги, положив пальцы на его ноги. Затем они взялись за руки для равновесия, и она начала ходить. Работа Прайса заключалась в том, чтобы идти в ногу, держать ноги прямо под ее ногами. Через несколько минут они двигались синхронно. Его дочь принимала все решения на высоком уровне — как быстро идти, когда поворачивать, — и Прайс просто пытался подражать ей, шаг за шагом.

Демонстрация доказала Якобсену, что при наличии нескольких точек соприкосновения — в данном случае ног и рук — умная машина может интерпретировать предполагаемые движения привязанного к ней человека и реагировать соответствующим образом. На пути к готовой XOS Якобсен и его группа разработали компактные приводы, построили улучшенные датчики силы, изобрели более эффективные гидравлические клапаны и даже обработали алюминиевые ножки робота. Но то, что Якобсен называет своей схемой управления «уйти с дороги», — это большая идея, которая объединяет все это, подход, который превратил его из просто еще одного из его крутых роботов в костюм супергероя. Обусек, который лично пробовал XOS, согласен. «Человек довольно быстро устает даже при очень небольшом сопротивлении», — говорит он, но система управления XOS сводит это сопротивление к нулю.

Именно этот элемент управления позволяет пилоту-демо Джеймсону проходить тренировку, не повышая частоту сердечных сокращений. В тот момент, когда он начинает тянуть этот утяжеленный стержень, датчики в каждой из его ручек регистрируют изменение крутящего момента. Без помощи экзоскелета датчики показывали бы, что он пытается сбросить около 100 фунтов каждой рукой. Но цель системы, объясняет Якобсен, состоит в том, чтобы усилие, воздействующее на эти датчики, было как можно ближе к нулю; чтобы позволить XOS делать свою работу. «XOS несет себя, — говорит он, — и [Джеймсон] несет себя».

Эти датчики на рукоятке, а также аналогичные датчики в ногах и спине костюма передают данные измерений в центральный процессор сотни, а для некоторых датчиков — несколько тысяч раз в секунду. Система обрабатывает эти показания с помощью набора уравнений, которые управляют положением и движением рук, ног и спины костюма. Он признает, что Джеймсон хочет опустить руки, и вычисляет, что должен делать каждый искусственный мускул в каждом из суставов, чтобы костюм отражал его. Джеймсон никогда не чувствует напряжения, потому что система дает роботам-манипуляторам указание схватить вес до того, как он приложит какое-либо значительное усилие. Когда он выходит из XOS после раунда на тренажере, он даже не запыхался. Я спрашиваю его, как он себя чувствует. — Хорошо, — говорит он, пожимая плечами.

Костюм Джеймсон примерно версии 4.0. Якобсен показывает мне комнату, где первые три модели висят, как манекены. Это так сильно напоминает мне «Зал доспехов» Железного человека, где Старк хранит свои костюмы, что у меня возникает соблазн проверить бюллетень о преступлениях в этом районе, посмотреть, были ли случаи самосуда со стороны получеловека, полуробот.

В первом костюме, построенном в 2002 году, не было даже электричества. Команда Sarcos построила его, чтобы доказать, что экзоскелет сможет двигаться, как мы. Якобсен попросил одного из инженеров пристегнуть ремни и попробовать такие вещи, как пинать футбольный мяч, бегать, забираться в тесную кабину бульдозера. Это помогло им определить, что у них правильный диапазон движений и суставы в правильных местах.

Заставить суставы открываться и закрываться с нужной скоростью и силой оказалось сложнее. В 2003 году компания Sarcos начала работу над приводами с гидравлическим приводом, которые функционировали бы как механические мышцы. Этот подход не является революционным. На самом деле, говорит другой производитель экзоскелетов, зависимость костюма от гидравлики приведет к его краху. Один инженер, который отказался назвать свое имя, потому что он не видел скафандр лично (его единственная публичная демонстрация — в видеоролике, снятом командой местных теленовостей, который был загружен на YouTube), сказал, что чисто гидравлическая система тоже будет тратиться впустую. большое усилие, поддерживающее давление жидкости в клапанах. Он предположил, что электрические актуаторы могут быть лучше, потому что потребляемая ими энергия будет пропорциональна действию. Но Якобсен раздраженно отвергает эту критику. «Тебе нравятся тормоза на твоей машине? Вам нравится, когда шасси в самолете работает? Они оба гидравлические», — говорит он. Затем он объясняет, что решил проблему с потреблением энергии. Хотя он, как правило, уклончив в деталях, он говорит, что Sarcos переработал клапаны, которые контролируют поток жидкости, чтобы они больше походили на систему по требованию, поэтому они потребляют энергию только тогда, когда скафандр движется.

Несмотря на свое мастерство в тренажерном зале, XOS не достиг всех целей программы Darpa. Он не позволит вам замочить баскетбольный мяч или бежать быстрее, и он не превратит вас в Геркулеса. Но одна из целей строгого списка требований Darpa, говорит Обусек, заключалась в том, чтобы просто посмотреть, возможно ли какое-либо из них. Из трех команд, принимавших участие в проекте (Sarcos, Окриджская национальная лаборатория и Калифорнийский университет в Беркли), XOS появился в 2005 году как костюм, наиболее близкий к первоначальному видению агентства. В результате это единственный полный экзоскелет, который военные перешли на следующую стадию разработки; Сейчас Саркос работает по двухлетнему армейскому гранту в размере 10 миллионов долларов.

Джеймсон возвращается для последней расслабляющей тренировки, и пока я наблюдаю за этим 150-фунтовым роботом, отражающим каждое его движение посредством всего шести точек контакта, я рассматриваю количество данных, протекающих по костюму каждую секунду, чтобы сохранить эти приводы движутся тихо и плавно, вся сцена кажется такой же фантастической, как Железный человек из фильма. Я наполовину ожидаю, что Джеймсон взорвется через крышу. Но этого не произойдет. Чтобы XOS выбрались из этой пещеры, им придется перерезать шнур питания.

Другие влиятельные игроки

Мир исследователей экзоскелетов мал, скрытен и немного кошачий. Даже когда они не совсем уверены, как работает чужой костюм, строители не боятся набрасываться друг на друга. Наиболее распространенным является некоторая форма «Спросите его, как он собирается это привести в действие». XOS и два других ведущих экзоскелета в США подошли к этому важному вопросу с противоположных сторон. Якобсен решил сначала сделать чрезвычайно мощный костюм, а позже выяснить, как обеспечить его питание от 4 до 24 часов, как того требует Darpa. Во время всех демонстраций, которые я смотрел, Джеймсон и костюм были привязаны к гидравлическому насосу, который получает электричество от внешнего источника питания. (Скафандр может работать от батарей, но только в течение 40 минут за один раз.) Но два других ведущих разработчика экзоскелета в стране, профессор Массачусетского технологического института Хью Херр и Хомайун Казеруни из Калифорнийского университета в Беркли, начали с проблемы с питанием. .

Герр пытается построить машину, приводящую в движение ноги, которая потребляет как можно меньше энергии — первая версия потребляет всего два ватта, что сравнимо с портативным радио, — но может выдерживать 80 процентов нагрузки в 80 фунтов на спину пользователя. . В его нынешнем дизайне, из-за того, как он влияет на его походку, владелец костюма сжигает немного больше энергии с костюмом, чем если бы он просто шел только с грузом. Но Герр считает, что в ближайшем будущем он сможет улучшить механику, чтобы машина действительно экономила усилия пользователя. В конечном счете, он представляет воинов выходного дня, использующих экзоскелеты в качестве инструментов для отдыха, пристегивающихся, чтобы они могли бегать по горам весь день. В то время как герр размышляет о таких системах с автономным питанием как о долгосрочной мечте, Казеруни намекает мне, что он уже на пути к этому.

Казеруни, еще один ветеран программы Darpa (ни он, ни герр до сих пор не получили дополнительных денег от военных помимо первоначального гранта), говорит, что его нижний экзоскелет Human Load Carrier (HULC) может работать более 20 часов без подзарядка. Он говорит, что это позволяет пользователю нести на спине 100 фунтов и сжигать на 15 процентов меньше кислорода, чем если бы он поддерживал дополнительный вес в одиночку.

Устройство Казеруни не было готово к публичному представлению, и, когда его спрашивали о деталях, он говорил только, что система аналогична системе гибридного автомобиля. Подобно тому, как гибрид использует энергию, передаваемую во время торможения, для перезарядки аккумулятора, HULC извлекает выгоду из силы, передаваемой от земли каждый раз, когда пользователь переносит свой вес на другую ногу. Сам акт ходьбы держит его соком. Сейчас он находится в середине трехлетнего гранта в размере 2 миллионов долларов от Национального института стандартов и технологий для модификации своей системы, чтобы она могла помочь людям с нарушениями опорно-двигательного аппарата. «Это не просто военная машина, — говорит он. «Наша машина могла бы заменить инвалидное кресло».

Ближайшим конкурентом XOS также является медицинское устройство, но на другом берегу Тихого океана, в Японии. Робототехник Ёсиюки Санкай основал в 2004 году компанию под названием Cyberdyne (то же название, что и фирма, которая разожгла революцию роботов в фильмах Terminator , кстати) для продажи своего экзоскелета всего тела, теперь известного как Hybrid Assistive Limb, или HAL- 5. Вместо датчиков силы, таких как XOS, датчики в HAL-5, прикрепленные к коже владельца, улавливают сигналы от его мышц, чтобы определить, как он хочет двигаться. Система управления костюма изучает, а затем имитирует естественную походку человека. Это означает, что на синхронизацию костюма и оператора уходит до получаса — вы не можете просто щелкнуть и уйти. Но поскольку Cyberdyne рассматривает HAL-5 и как устройство для реабилитации, и как помощник медсестры, период обучения может не иметь значения. Пристегнутый к костюму с батарейным питанием, работник больницы мог поднимать тяжелых пациентов, как если бы они были детьми. Санкай сейчас сдает костюм клиентам.

Вырваться на свободу

В недавнем комиксе о Железном человеке герой лежит избитый на полу в логове своего врага, а проекционный дисплей в его бронированном шлеме сообщает ему плохие новости — он почти вышел из строя. Но надежда еще есть. Он тычет пальцем через бетонный пол в линию электропередач и быстро перезаряжает свой костюм.

К сожалению, для включения реальных экзоскелетов требуется больше, чем украденный толчок, поэтому первый XOS в полевых условиях может быть даже привязан. Обусек предполагает, что эта ранняя версия будет скорее рабочей лошадкой, чем воином. Подключенный костюм, заимствующий энергию от транспортного средства или корабельного генератора, мог помочь солдату быстро разгрузить вертолет, нагруженный тяжелой техникой, или отремонтировать танки со сломанными гусеницами. Хотя армия надеется начать полевые испытания этой версии XOS к 2009 году, Якобсен и компания все еще работают над полностью автономной версией.

Этим летом компания запустит исследовательскую программу с фирмой по разработке двигателей для разработки генератора, способного питать XOS в течение нескольких часов. Якобсен больше ничего мне не говорит, но не только потому, что скромничает. Он предпочел бы поговорить о более интересной задаче, чем о создании надежного источника питания: урезать аппетит скафандра.

Якобсен показывает мне новую энергосберегающую ногу, созданную по образцу движения человека. Когда мы идем, мы генерируем большую часть энергии от бедра, когда отталкиваемся. Затем, когда нога качается вперед, маленькие мышцы в наших коленях и других местах отдыхают, прежде чем убедиться, что наши ступни касаются земли в нужном месте. Эта техника свободного замаха экономит энергию. Казеруни и Герр уже включили его в свои экзоскелеты на ногах, а Якобсен встраивает его в будущую версию своей XOS. «Следующий шаг, — говорит он, заглядывая вперед на несколько лет, — это снизить мощность до уровня, при котором мы сможем ходить, используя от одной до трех лошадиных сил» — этого мало, чтобы работать на портативном блоке питания.

Якобсен рассматривает сегодняшнюю версию как базовую машину, которая в конечном итоге будет модифицирована для выполнения конкретных задач, будь то здравоохранение, реагирование на чрезвычайные ситуации, техническое обслуживание или война. Будущие модели могут даже работать автономно.