How Boston Dynamics Is Redefining Robot Agility

Exklusiivinen katsaus maailman dynaamisimpiin robotteihin

Boston Dynamicsin bioinspiroimilla roboteilla on leukojaan häkellyttävällä ketteryydellään ja eläimellisiä refleksejään muistuttavalla ketteryydellään tuntunut aina olevan vertaistaan vailla. Mutta tämä ylivertaisuus ei ole estänyt yritystä nostamasta teknologiaansa uusiin ulottuvuuksiin, joskus kirjaimellisesti. Sen viimeisimmät jalkaiset koneet voivat raahautua mäkiä ylös ja alas, kiivetä esteiden yli ja jopa hypätä ilmaan kuin voimistelija. Niiden vetovoimaa ei voi kiistää: Aina kun Boston Dynamics lataa uuden videon YouTubeen, se kerää nopeasti miljoonia katselukertoja. Nämä ovat luultavasti ensimmäiset robotit, joita voi kutsua internet-tähdiksi.

Boston Dynamics, joka on aikoinaan Googlen emoyhtiön Alphabetin ja nykyään japanilaisen monialayhtiö SoftBankin omistuksessa, on pitkään ollut salamyhkäinen suunnittelunsa suhteen. Harvat julkaisut ovat päässeet sen pääkonttoriin Walthamiin, Massachusettsissa, lähellä Bostonia. Eräänä elokuun aamuna IEEE Spectrum pääsi kuitenkin sisään. Saimme luvan tehdä ainutlaatuisen kuvauksen sinä päivänä. Lähdimme kuvaamaan yrityksen robotteja toiminnassa – juoksemassa, kiipeilemässä ja hyppimässä – käyttämällä suurnopeuskameroita ja voimakkaita salamavaloja. Tulokset näet tällä sivulla: pysäytyskuvia puhtaasta robottiketteryydestä.

Käytimme kuvia myös interaktiivisten näkymien luomiseen, joihin voit tutustua verkossa Robots Guide -oppaassamme. Näiden interaktiivisten näkymien avulla voit pyörittää robotteja 360 astetta tai saada ne kävelemään ja hyppimään ruudulla.

Boston Dynamics on vuosien varrella kerännyt miniluokan robottipetoja, joilla on nimet kuten BigDog, SandFlea ja WildCat. Vieraillessamme keskityimme kahteen edistyneimpään koneeseen, joita yritys on koskaan rakentanut: Spotiin, ketterään nelijalkaiseen, ja Atlasiin, aikuisen kokoiseen humanoidiin.

Spot pystyy liikkumaan lähes missä tahansa maastossa aistien samalla ympäristöään. Boston Dynamics teki sen äskettäin vuokrattavaksi, ja se aikoo valmistaa noin tuhat yksikköä vuodessa. Se visioi Spotin, tai jopa laumoittain niitä, tarkastavan teollisuusalueita, suorittavan vaarallisten aineiden tehtäviä ja toimittavan paketteja. Sen YouTube-kuuluisuus ei ole jäänyt huomaamatta: Jopa viihde on mahdollista, sillä Cirque du Soleil koe-esiintyy Spotin kanssa mahdollisena uutena seurueen jäsenenä.

”Se on meille todellinen virstanpylväs, kun siirrytään laboratoriossa toimivista roboteista näihin, jotka on kovetettu kenttätyöskentelyä varten”, Boston Dynamicsin toimitusjohtaja Marc Raibert sanoo haastattelussa.

Toinen valokuvauskohteemme Atlas on Boston Dynamicsin suurin julkkis. Tämä 150 senttimetriä pitkä (4 jalkaa 11 tuumaa pitkä) humanoidi pystyy vaikuttaviin urheilullisiin suorituksiin. Sen toimilaitteita ohjaa kompakti mutta tehokas hydraulinen järjestelmä, jonka yritys suunnitteli tyhjästä. Ainutlaatuinen järjestelmä antaa 80-kiloiselle robotille räjähtävän voiman, jota tarvitaan akrobaattisiin hyppyihin ja voltteihin, jotka eivät näytä mahdollisilta näin suurelle humanoidille. Atlas on innoittanut useita parodiavideoita YouTubessa ja useampia vitsejä robottien vallankaappauksesta.

Boston Dynamics on erinomainen robottien valmistuksessa, mutta sen on vielä todistettava, että se osaa myydä niitä. Siitä lähtien, kun yritys perustettiin vuonna 1992 MIT:n spin-off-yhtiönä, se on ollut T&K-painotteinen, ja suurin osa sen alkuvaiheen rahoituksesta on peräisin Yhdysvaltain armeijan ohjelmista. Kaupallistamisen korostaminen näyttää tehostuneen sen jälkeen, kun SoftBank osti yrityksen vuonna 2017. SoftBankin perustaja ja toimitusjohtaja Masayoshi Sonin tiedetään rakastavan robotteja – ja voittoja.

Spotin lanseeraus on merkittävä askel Boston Dynamicsille, kun se pyrkii ”tuotteistamaan” luomuksensa. Silti Raibert sanoo, että hänen pitkän aikavälin tavoitteensa ovat pysyneet samoina: hän haluaa rakentaa koneita, jotka ovat dynaamisesti vuorovaikutuksessa maailman kanssa, aivan kuten eläimet ja ihmiset tekevät. Onko mikään muuttunut? Kyllä, yksi asia, hän lisää virnistäen. Alkuvuosina robotiikan tutkijana hän kirjoitti artikkeleita ja laski viittauksiaan. Nyt hän laskee YouTube-katselukertoja.

• In the Spotlight

  

  Boston Dynamics suunnitteli Spotin monipuoliseksi liikuteltavaksi koneeksi, joka soveltuu monenlaisiin sovelluksiin. Yhtiö ei ole ilmoittanut, kuinka paljon Spot tulee maksamaan, vaan kertoi vain, että se asetetaan valittujen asiakkaiden saataville, jotka voivat vuokrata robotin. Hyötykuormatilan avulla robotin selkään voi lisätä jopa 14 kiloa ylimääräistä laitteistoa. Yksi lisävarusteista, joita Boston Dynamics aikoo tarjota, on kuuden vapausasteen käsivarsi, jonka avulla Spot voi tarttua esineisiin ja avata ovia.

• Super aistit

  

  Spotin laitteisto on lähes kokonaan räätälöity. Se sisältää tehokkaita prosessorilevyjä ohjausta varten sekä anturimoduuleja havaitsemista varten. Anturit sijaitsevat robotin rungon etu- ja takaosassa sekä sivuilla. Kukin moduuli koostuu parista stereokamerasta, laajakulmakamerasta ja tekstuuriprojektorista, joka parantaa 3D-tunnistusta hämärässä. Sensorien avulla robotti voi käyttää SLAM:ksi eli samanaikaiseksi paikannukseksi ja kartoitukseksi kutsuttua navigointimenetelmää itsenäiseen liikkumiseen.

• Stepping Up

  

  Autonomisen käyttäytymisen lisäksi Spotia voi ohjata myös kauko-ohjaaja pelityylisellä ohjaimella. Mutta vaikka robotti olisi manuaalisessa tilassa, se on silti hyvin itsenäinen. Jos edessä on este, Spot kiertää sen. Jos edessä on portaita, Spot kiipeää niitä pitkin. Robotti siirtyy näihin toimintatiloihin ja suorittaa niihin liittyvät toiminnot täysin itsenäisesti ilman käyttäjän antamia ohjeita. Laskeutuakseen portaita alas Spot kävelee taaksepäin, mikä Boston Dynamicsin mukaan lisää vakautta.

• Funky Feet

  

  Spotin jalkojen voimanlähteenä toimii 12 räätälöityä tasavirtamoottoria, joista kukin on vaihdettu alaspäin tuottamaan suurta vääntömomenttia. Robotti pystyy kävelemään eteen-, sivulle- ja taaksepäin, ja sen huippunopeus on 1,6 metriä sekunnissa. Se voi myös kääntyä paikallaan. Muita kävelytapoja ovat ryömiminen ja vaeltaminen. Eräällä hurjan suosion saaneella YouTube-videolla Spot esittelee hienoa jalkatekniikkaansa tanssimalla pop-hitin ”Uptown Funk” tahtiin.”

• Robot Blood

  

  Atlas saa käyttövoimansa hydraulisesta järjestelmästä, joka koostuu 28 toimilaitteesta. Nämä toimilaitteet ovat periaatteessa sylintereitä, jotka on täytetty paineistetulla nesteellä, joka voi ajaa mäntää suurella voimalla. Niiden suuri suorituskyky johtuu osittain räätälöidyistä servoventtiileistä, jotka ovat huomattavasti pienempiä ja kevyempiä kuin ilmailualan mallit, joita Boston Dynamics oli käyttänyt aiemmissa malleissa. Vaikka Atlaksen sisuskalut eivät näy ulospäin, ne ovat täynnä näitä hydraulisia toimilaitteita ja niitä yhdistäviä nestelinjoja. Kun jokin näistä linjoista repeää, Atlas vuotaa hydraulinestettä, joka sattuu olemaan punaista.

• Next Generation

  

  Atlaksen nykyinen versio on perusteellinen päivitys alkuperäisestä mallista, joka rakennettiin DARPA Robotics Challenge -kilpailua varten vuonna 2015. Uusin robotti on kevyempi ja ketterämpi. Boston Dynamics käytti teollisia 3D-tulostimia keskeisten rakenneosien valmistamiseen, mikä antaa robotille paremman lujuus-painosuhteen kuin aiemmat mallit. Seuraavan sukupolven Atlas osaa myös tehdä jotain, mihin sen edeltäjä ei tunnetusti pystynyt: Se voi nousta ylös putoamisen jälkeen.

• Walk This Way

  

  Atlasia ohjataan siten, että käyttäjä antaa yleisohjauksen käsisäätimellä, kun taas robotti käyttää stereokameroitaan ja lidareitaan sopeutuakseen ympäristön muutoksiin. Atlas voi suorittaa tiettyjä tehtäviä myös itsenäisesti. Jos esimerkiksi pahvilaatikoihin lisätään erityisiä viivakoodityyppisiä tunnisteita, Atlas voi poimia ja pinota ne tai asettaa ne hyllyihin.

• Biologisesti inspiroitunut

  

  Atlasin ohjausohjelmisto ei nimenomaisesti kerro robotille, miten sen niveliä pitää liikuttaa, vaan se käyttää matemaattisia malleja robotin kehon fysiikasta ja sen vuorovaikutuksesta ympäristön kanssa. Atlas luottaa koko kehoonsa tasapainossa ja liikkumisessa. Kun robotti hyppää esteen yli tai tekee akrobaattisia temppuja, se käyttää jalkojensa lisäksi myös ylävartaloaan heiluttaen käsivarsiaan liikuttaakseen itseään aivan kuten urheilija tekisi.

Tämä artikkeli on ilmestynyt joulukuun 2019 painetussa numerossa nimellä ”By Leaps and Bounds.”