Гуманоид ergoCub помогает людям безопаснее переносить тяжести: новый подход к совместной робототехнике

Инженеры из Италии и Великобритании представили гуманоидного робота ergoCub, созданного для совместной работы с человеком при подъёме и переноске тяжестей. Главная особенность проекта — одновременное проектирование «железа» и системы управления, что позволяет машине подстраиваться под движения партнёра и снижать нагрузку на его поясницу. Разработку вели специалисты, опирающиеся на платформу более раннего робота iCub, а результаты опубликованы на портале interestingengineering.com.

Парадигма совмещённого воплощённого интеллекта

Обычно человекоподобных роботов создают поэтапно: сначала инженеры фиксируют корпус, длину конечностей, расположение суставов и датчиков, а затем программисты пытаются научить готовую машину ходить и манипулировать предметами. При неудачной конструкции софту приходится постоянно компенсировать физические ограничения — короткие руки, слабые приводы, неправильное распределение массы.

Команда ergoCub пошла иным путём. Сначала определили, какие задачи робот должен выполнять вместе с человеком, а затем подобрали под них физические параметры и алгоритмы управления. В расчёты включали не отдельную машину, а всю систему: человека, робота и предмет, который они переносят. Название ergoCub объединяет слово ergonomics («эргономика») и название базовой платформы iCub.

На первом этапе алгоритм перебирал варианты формы и устройства робота: менял длину частей тела, распределение массы, характеристики приводов, проверяя каждый при ходьбе и совместном подъёме. Цель — найти конструкцию, которая помогает человеку и остаётся устойчивой и энергоэффективной. Итоговые параметры: рост 150 см, масса 55,7 кг. Габариты позволяют машине работать в обычных помещениях и пользоваться оборудованием, рассчитанным на человека.

Как робот защищает поясницу партнёра

Основным показателем безопасности разработчики выбрали нагрузку на пояснично-крестцовое сочленение (между пятым поясничным позвонком и крестцом). При наклонах и подъёмах на этот участок действует большой момент силы. Нагрузка растёт, когда человек сильнее наклоняется или держит предмет далеко от туловища. Даже лёгкий груз может перегружать спину при неудачной позе.

Во время работы ergoCub получает данные от датчиков, отслеживает положение человека и оценивает нагрузку на нижнюю часть спины в реальном времени. Внутренняя модель партнёра учитывает физические параметры человека и постоянно обновляется. Благодаря ей робот не выполняет заранее записанную последовательность, а реагирует на действия напарника: если тот останавливается, ускоряется или начинает опускать предмет, машина вовремя меняет свою траекторию, силу захвата и темп движения.

Разработчики называют этот принцип совместным воплощённым интеллектом. В робототехнике воплощённый интеллект означает, что возможности машины зависят от софта, строения корпуса, подвижности суставов, мощности двигателей и расположения датчиков. При совместной работе к физическим возможностям робота добавляются особенности человека — конструкция, удобная для ходьбы, может быть плохой для переноски груза вдвоём.

Результаты испытаний и перспективы

Во время тестов робот вместе с человеком поднимал и переносил предметы разной массы, следуя за партнёром и адаптируясь к его действиям. Расчёты показали, что помощь ergoCub заметно уменьшала момент силы в пояснично-крестцовом сочленении по сравнению с самостоятельным выполнением задания. Отдельные испытания подтвердили, что машина способна быстро ходить и разумно расходует энергию.

Авторы подчёркивают: результат указывает на снижение механической нагрузки, но не доказывает полную защиту от травм. Риск зависит от веса предмета, частоты подъёмов, продолжительности работы, состояния здоровья и условий на рабочем месте. Полученные данные позволяют сравнивать способы выполнения задачи и выбирать менее тяжёлый для человека вариант.

От ergoCub к промышленному Gene.01

Подход, реализованный в ergoCub, уже используется при создании нового гуманоида Gene.01. Разработчики планируют применять его в промышленности, логистике, судостроении и медицине — там, где требуется физическое взаимодействие робота с человеком. Проект демонстрирует, что эргономика совместной работы должна закладываться на этапе архитектуры робота, а не решаться постфактум программными заплатками.