Компания Clone Robotics (США/Польша) представила Protoclone V1 — двуногого андроида, который максимально точно копирует человеческую анатомию. Его главная особенность — 1000 синтетических мышц (миофибрилл), 200 степеней свободы и 500 датчиков, что позволяет ему двигаться почти как человек.
Технологии вместо мышц и костей
Protoclone V1, или Clone Alpha, не просто копирует человеческую анатомию, но и использует принципы биомиметики. Это направление в науке и технике заимствует идеи у природы для создания технологических решений. В случае с Protoclone V1 это проявляется в копировании человеческой анатомии и принципов движения.
Protoclone V1 построен на основе гидравлических искусственных мышц (HAM) и синтетических костей. HAM разработаны на основе технологии McKibben muscle: внутри каждой мышцы находится эластичная трубка, окружённая сеткой из прочных волокон; когда подаётся жидкость под давлением, трубка расширяется, а сетка ограничивает это расширение, заставляя мышцу сокращаться.
Основные характеристики HAM:
время отклика — менее 50 мс;
сжатие — более чем на 30 % без нагрузки;
сила сокращения — до 1 кг при массе всего 3 г.
Эти мышцы соединяются с точками на искусственном скелете, полностью повторяя расположение мышц и сухожилий в теле человека. HAM устойчивы к внешним воздействиям и способны выдерживать значительные нагрузки.
Вместо «обычных» металлических костей и жёстких суставов в Protoclone V1 используются полимерные кости, напечатанные на 3D‑принтере по образцу человеческой анатомии. Они не только легче металлических, но и гибче, что обеспечивает более естественные движения.
Имея более 200 степеней свободы, Protoclone V1 значительно превосходит большинство обычных гуманоидных роботов. Степени свободы — это количество независимых вариантов движения, которые есть у андроида. Чем их больше, тем более гибким и универсальным может быть робот. Для сравнения, у типичного промышленного робота‑манипулятора около 6 степеней свободы, а у человекоподобных андроидов часто бывает от 30 до 60 степеней.
Чтобы мышцы не перегревались, в корпус Protoclone V1 встроены микроканалы с водой. При нагрузке вода испаряется, имитируя человеческое потоотделение. Это помогает андроиду работать дольше без риска перегрева.
Почему Protoclone V1 уникален
Большинство гуманоидных роботов (например, Atlas от Boston Dynamics) оснащены электроприводами, что ограничивает их подвижность. А в Protoclone V1 для приведения в движение искусственных мышц применяется гибридная гидравлическо-пневматическая система. Эта система использует печатные сетевые шланги для подачи жидкости или воздуха в миофибриллярные мышцы и, таким образом, контролирует их сокращение. Насос мощностью 500 Вт служит «искусственным сердцем» и даёт необходимое высокое давление для приведения в действие всей системы.
На демонстрациях Protoclone V1 пока поддерживают внешние конструкции — пневматика не справляется с мгновенной коррекцией равновесия, как у человека.
У робота сложная «нервная система», которая координирует его движения, используя проприоцептивную (ощущение положения тела) и визуальную обратную связь. Система состоит из 4 камер глубины, 70 инерционных датчиков и 320 датчиков давления, которые передают данные на графический процессор NVIDIA Jetson Thor.
Вместо детализированного человеческого лица у андроида безликая черная маска. Такое дизайнерское решение, вероятно, связано с феноменом «зловещей долины»: чем больше робот похож на человека, но не достигает полного сходства, тем сильнее он вызывает дискомфорт у людей. Отказ от реалистичного лица — попытка избежать этого эффекта.
И ещё одна особенность этого андроида — обучающая платформа Telekinesis. Пользователи смогут обучать робота новым навыкам и сделать его универсальным помощником в доме. Платформа работает по принципу машинного обучения и имитации действий:
Человек показывает андроиду, как выполнять задачу, например, наливать воду в чашку или протирать стол.
Датчики робота фиксируют каждое движение, силу нажатия, угол наклона и скорость.
Центральный процессор анализирует данные и создаёт алгоритм выполнения задачи.
После обучения гуманоид может самостоятельно воспроизводить задачу в аналогичных условиях.
Что было до Protoclone V1
Предшественником Protoclone V1 была Clone Hand — антропоморфная рука, которую компания Clone Robotics представила в феврале 2023. Как и человеческая рука, она состоит из костей, связок и мышц, только искусственных. Имеет 27 степеней свободы и может двигаться почти как настоящая.
Кости сделаны из углеродного волокна — прочного и относительно недорогого материала. 37 гидравлических мышц выдерживают до 650 000 циклов сжатия и растяжения. Пальцы могут удерживать вес около 7 кг. Кисть руки-клона совершает те же движения, что и наша: поворачивается, сгибается, хватает предметы.
Мышцы приводятся в движение портативным гидравлическим узлом с лопастным насосом, который может перекачивать до 400 литров жидкости в час при давлении примерно в 10 раз выше атмосферного. Мощность двигателя — 500 Вт. Мышцы управляются 36 электрогидравлическими клапанами, которые регулируют направление потока жидкости.
Компания Clone Robotics утверждает, что материалы для производства руки обходятся меньше чем в $2800, а вся система Hand помещается в чемодан размером 46x33x16 см и весит не более 6 кг. В эту систему входят:
рука-клон;
гидравлический узел;
36 электрогидравлических клапанов;
аккумулятор мощностью 180 Вт/ч;
компьютер Raspberry PI 4B объемом 8 ГБ.
Конкуренты и коммерция
Рынок человекоподобных роботов становится всё насыщеннее, и Protoclone V1 сталкивается с серьёзной конкуренцией.
Kengoro — это японский гуманоидный робот, разработанный в 2016 году исследователями из Токийского университета. Его главная особенность — система охлаждения, имитирующая человеческое потоотделение. Скелетная конструкция Kengoro спроектирована таким образом, чтобы вода просачивалась через пористые слои каркаса и испарялась, охлаждая 180 двигателей.
Андроид создан для исследований в области биомеханики и робототехники. Он используется для изучения того, как человеческое тело справляется с нагрузками, и для разработки новых технологий в области искусственных мышц и скелетов. В отличие от Protoclone V1, Kengoro не предназначен для коммерческого использования в быту. Его задачи — научные.
SE01 — человекоподобный робот, разработанный китайской компанией EngineAI. В отличие от традиционных андроидов с резкими механистическими движениями, SE01 двигается плавно и грациозно. Он может ходить, приседать, отжиматься и выполнять точные задачи с естественностью, близкой к человеческой.
SE01 предназначен для работы, требующей силы и выносливости, например, для переноски грузов или выполнения задач в опасных для человека условиях. Робот-гуманоид оснащён сложными модулями управления гармоническими силами в суставах. Использует обучение с подкреплением, имитацию и модель сквозной нейронной сети. Проще говоря, SE01 учится на наблюдениях и повторениях, как и мы.
Atlas — это гуманоидный робот от Boston Dynamics. У него мощные ноги и сложная система балансировки, которая помогает ему передвигаться по разным поверхностям. Андроид может ходить по неровному грунту, камням, подниматься по лестницам, перепрыгивать препятствия и выполнять акробатические трюки.
Atlas способен доставить сумку с инструментами человеку, который находится на верхних уровнях строительных лесов. Он подхватывает ношу, поднимается по лестнице, перепрыгивает с одного уровня на другой и аккуратно доставляет её в нужное место.
Одним из главных конкурентов Protoclone V1 может стать Tesla Bot, или Optimus, — человекоподобный робот, разработанный компанией Tesla. Ростом он 170 см и весит около 60 кг. Может поднимать грузы до 20 кг и двигаться со скоростью до 8 км/ч. Успешно передвигается по неровной местности и «ловит себя» при потере равновесия, полагаясь только на нейронные сети и датчики.
Optimus оснащён 40 электромеханическими приводами, которые интегрированы в руки, ноги, шею и торс. Имеет множество датчиков: камеры для зрения, микрофоны для распознавания голосовых команд, гироскопы и акселерометры для устойчивости, датчики силы для измерения давления.
Предполагается, что Optimus будет выполнять разнообразные повседневные задачи, которые обычно делают люди: от присмотра за детьми и прогулок с собаками до работы на производстве. И станет решением проблемы нехватки рабочей силы, особенно в промышленности.
Что дальше?
Одних впечатляет реалистичность движений Protoclone, других пугает почти человеческая пластика. Эксперты сомневаются в коммерческом успехе: пока робот не ходит автономно. Успех Protoclone V1 зависит от перехода на гидравлику и решения проблем с балансом.
Компания обещает, что в скором времени Protoclone V1 сможет выполнять бытовые задачи: стирать, мыть посуду, готовить простые блюда и даже пылесосить. Для сравнения, на странице заказа Clone α указано, что он может делать бутерброды, наливать напитки и приносить предметы.
Clone Robotics планирует выпустить 279 роботов Clone Alpha в 2025 году. Это будет первая коммерческая версия андроида, ориентированная на домашнее использование. В настоящее время цена на эти устройства остается нераскрытой.