Hur Boston Dynamics omdefinierar robotars smidighet

En exklusiv titt på världens mest dynamiska robotar

Med sin häpnadsväckande smidighet och djurliknande reflexer har Boston Dynamics bioinspirerade robotar alltid verkat vara oöverträffade. Men denna överlägsenhet har inte hindrat företaget från att driva sin teknik till nya höjder, ibland bokstavligen. Dess senaste skörd av maskiner med ben kan traska upp och ner för kullar, klättra över hinder och till och med hoppa upp i luften som en gymnast. Det går inte att förneka deras attraktionskraft: Varje gång Boston Dynamics laddar upp en ny video på YouTube får den snabbt miljontals visningar. Det här är förmodligen de första robotarna man kan kalla internetstjärnor.

Boston Dynamics, som en gång ägdes av Googles moderbolag Alphabet och nu av det japanska konglomeratet SoftBank, har länge varit hemlighetsfull när det gäller sina konstruktioner. Få publikationer har fått tillträde till huvudkontoret i Waltham, Massachusetts, nära Boston. Men en morgon i augusti förra året fick IEEE Spectrum tillträde. Vi fick tillstånd att göra en unik typ av fotografering den dagen. Vi ville fånga företagets robotar i aktion – de sprang, klättrade och hoppade – med hjälp av höghastighetskameror i kombination med kraftfulla stroboskoplampor. Resultatet som du ser på den här sidan: frysbilder av ren robotars smidighet.

Vi använde också bilderna för att skapa interaktiva vyer, som du kan utforska online i vår guide om robotar. Med dessa interaktiva bilder kan du snurra robotarna 360 grader eller få dem att gå och hoppa på skärmen.

Boston Dynamics har under årens lopp samlat ihop ett minizoo av robotbestar, med namn som BigDog, SandFlea och WildCat. När vi besökte företaget fokuserade vi på de två mest avancerade maskinerna som företaget någonsin har byggt: Spot, en smidig fyrbenta, och Atlas, en humanoid i vuxenstorlek.

Spot kan navigera i nästan alla typer av terräng samtidigt som den känner av sin omgivning. Boston Dynamics gjorde den nyligen tillgänglig för uthyrning, med planer på att tillverka ungefär tusen enheter per år. Företaget kan tänka sig att Spot, eller till och med grupper av dem, ska inspektera industriområden, utföra uppdrag i samband med farliga ämnen och leverera paket. Dess rykte på YouTube har inte gått obemärkt förbi: Även underhållning är en möjlighet, och Cirque du Soleil har provspelat Spot som en potentiell ny medlem av truppen.

”Det är verkligen en milstolpe för oss att gå från robotar som fungerar i laboratoriet till robotar som är härdade för arbete ute på fältet”, säger Marc Raibert, vd för Boston Dynamics, i en intervju.

Vårt andra fotografiska objekt, Atlas, är Boston Dynamics största kändis. Denna 150 centimeter höga humanoid kan utföra imponerande atletiska prestationer. Dess ställdon drivs av ett kompakt men kraftfullt hydraulsystem som företaget har konstruerat från grunden. Det unika systemet ger den 80 kilo tunga roboten den explosiva styrka som krävs för att utföra akrobatiska hopp och volter som inte verkar möjliga för en så stor humanoid att göra. Atlas har inspirerat en rad parodivideor på YouTube och mer än några skämt om ett robotövertagande.

Boston Dynamics utmärker sig för att tillverka robotar, men har ännu inte bevisat att de kan sälja dem. Ända sedan företaget grundades 1992 som en avknoppning från MIT har det varit en R&D-centrerad verksamhet, där merparten av den tidiga finansieringen kom från amerikanska militärprogram. Betoningen på kommersialisering verkar ha intensifierats efter förvärvet av SoftBank, 2017. SoftBank:s grundare och vd, Masayoshi Son, är känd för att älska robotar – och vinster.

Lanseringen av Spot är ett viktigt steg för Boston Dynamics som försöker ”produktisera” sina skapelser. Raibert säger dock att hans långsiktiga mål har förblivit desamma: Han vill bygga maskiner som interagerar dynamiskt med världen, precis som djur och människor gör. Har något förändrats överhuvudtaget? Ja, en sak, tillägger han med ett flin. I sin tidiga karriär som robotforskare brukade han skriva artiklar och räkna sina citeringar. Nu räknar han YouTube-visningar.

• In the Spotlight

  

  Boston Dynamics utformade Spot som en mångsidig mobil maskin som lämpar sig för en mängd olika tillämpningar. Företaget har inte meddelat hur mycket Spot kommer att kosta, utan säger bara att den görs tillgänglig för utvalda kunder, som kommer att kunna leasa roboten. Med hjälp av ett nyttolastfack kan man lägga till upp till 14 kilo extra hårdvara på robotens rygg. Ett av de tillbehör som Boston Dynamics planerar att erbjuda är en arm med 6 frihetsgrader, som gör det möjligt för Spot att ta tag i föremål och öppna dörrar.

• Super Senses

  

  Spots maskinvara är nästan helt och hållet skräddarsydd. Den innehåller kraftfulla processorkort för styrning samt sensormoduler för perception. Sensorerna är placerade på framsidan, baksidan och sidorna av robotens kropp. Varje modul består av ett par stereokameror, en vidvinkelkamera och en texturprojektor som förbättrar 3D-avkänningen i svagt ljus. Sensorerna gör det möjligt för roboten att använda den navigeringsmetod som kallas SLAM, eller simultan lokalisering och kartläggning, för att ta sig fram självständigt.

• Stepping Up

  

  Spot kan inte bara vara autonom utan också styras av en fjärrmanövrerare med en spelliknande kontroll. Men även i manuellt läge uppvisar roboten fortfarande en hög grad av autonomi. Om det finns ett hinder framför oss kommer Spot att gå runt det. Om det finns trappor klättrar Spot uppför dem. Roboten går in i dessa driftlägen och utför sedan de relaterade åtgärderna helt på egen hand, utan några ingrepp från operatören. För att gå ner för en trappa går Spot baklänges, ett tillvägagångssätt som enligt Boston Dynamics ger större stabilitet.

• Funky Feet

  

  Spots ben drivs av 12 specialanpassade likströmsmotorer, som var och en är nedväxlad för att ge ett högt vridmoment. Roboten kan gå framåt, i sidled och bakåt och travar med en topphastighet på 1,6 meter per sekund. Den kan också vända på plats. Andra gångarter är att krypa och gå i takt. I en mycket populär YouTube-video visar Spot upp sitt fina fotarbete genom att dansa till pophiten ”Uptown Funk.”

• Robot Blood

  

  Atlas drivs av ett hydraulsystem som består av 28 ställdon. Dessa ställdon är i princip cylindrar fyllda med trycksatt vätska som kan driva en kolv med stor kraft. Deras höga prestanda beror delvis på anpassade servoventiler som är betydligt mindre och lättare än de flygplansmodeller som Boston Dynamics hade använt i tidigare konstruktioner. Även om det inte är synligt från utsidan är insidan av en Atlas fylld av dessa hydrauliska ställdon samt de vätskeledningar som förbinder dem. När en av dessa ledningar går sönder, avblöder Atlas den hydrauliska vätskan, som råkar vara röd.

• Next Generation

  

  Den nuvarande versionen av Atlas är en grundlig uppgradering av den ursprungliga modellen, som byggdes för DARPA Robotics Challenge 2015. Den nyaste roboten är lättare och smidigare. Boston Dynamics använde 3D-skrivare av industriell kvalitet för att tillverka viktiga strukturella delar, vilket ger roboten ett bättre förhållande mellan styrka och vikt än tidigare konstruktioner. Nästa generations Atlas kan också göra något som dess föregångare, som bekant, inte kunde göra: Den kan resa sig upp efter ett fall.

• Walk This Way

  

  För att styra Atlas ger en förare den allmänna styrningen via en manuell styrenhet medan roboten använder sina stereokameror och lidar för att anpassa sig till förändringar i miljön. Atlas kan också utföra vissa uppgifter självständigt. Om du till exempel lägger till speciella taggar av streckkodstyp på kartonger kan Atlas plocka upp dem och stapla dem eller placera dem på hyllor.

• Biologiskt inspirerad

  

  Atlas styrprogramvara talar inte uttryckligen om för roboten hur den ska röra sina leder, utan använder sig av matematiska modeller av den underliggande fysiken i robotkroppen och hur den interagerar med miljön. Atlas förlitar sig på hela sin kropp för att balansera och röra sig. När roboten hoppar över ett hinder eller gör akrobatiska stunts använder den inte bara benen utan även överkroppen och svänger med armarna för att driva sig själv, precis som en idrottsman skulle göra.

Den här artikeln publiceras i det tryckta numret från december 2019 som ”By Leaps and Bounds.”