Гуманоидные роботы во многом похожи на людей. Не только внешне, но и по принципу работы. Например, когда наши мышцы активно работают под физической нагрузкой, они нагреваются. Поэтому организму нужно срочно охлаждать их. Как это сделать? Млекопитающие традиционно используют пассивную систему охлаждения поверхности тела, выделяя жидкость, которая испаряется с поверхности (пот).
Точно по такому принципу происходит охлаждение механических систем в новом гуманоидном роботе Kengoro, который разработали в лаборатории робототехники JSK Токийского университета.
Как известно, в процессе фазового перехода вещества из жидкого состояния в газообразное некоторые молекулы жидкости отрываются от соседних молекул и улетают. Улетевшие молекулы обладают более высокой кинетической энергией, а средняя энергия оставшихся молекул становится меньше. Другими словами, жидкость на поверхности остывает — и тем самым охлаждает поверхность.
Так работает система охлаждения человеческого тела и робота Kengoro.
У робота выделение охлаждающий жидкости происходит проще, чем у человека. У млекопитающих этим занимается сложная система кожных желез.
Вид и расположение потовой железы у человека
А у робота Kengoro — механические устройства, расположенные на раме рядом с электромоторами (на фотографии двигатель с подключенными проводами располагается в нижней части конструкции). Механические железы робота выделяют жидкость через раму на поверхность, охлаждая металл непосредственно рядом с двигателем.
Двухслойная пористая рама пропускает жидкость на поверхность. Она изготовлена из алюминия по технологии лазерного спекания. Вероятно, применяется технология прямого лазерного спекания (DMLS), а не выборочного. В процессе используются оптоволоконные лазеры мощностью около 200 Вт или больше. Порошковый материал подаётся в рабочую камеру в количестве, необходимом для нанесения одного слоя. Специальный валик выравнивает поданный материал в ровный слой и удаляет излишний материал, после чего лазерная головка спекает частицы свежего порошка между собой и с предыдущим слоем согласно контурам, определённым цифровой моделью в формате STL. Разрешение печати составляет около 20 микрон. После первого слоя начинается спекание следующего и так далее.
Пористый алюминий для каркаса Kengoro
В докладе на научной конференции авторы описали процесс производства деталей из алюминия и пористой структуры, которая не допускает утечки жидкости, а также привели результаты испытаний материала на прочность и эффективности системы охлаждения (к сожалению, доклад пока не опубликован в открытом доступе).
Японские инженеры посчитали такой метод терморегуляции вполне приемлемым. Тесты показали, что он в три раза эффективнее, чем обычное воздушное охлаждение, и значительно лучше, чем водяное охлаждение, в которой вода циркулирует по замкнутому контуру. Правда, «потовыделение» всё-таки уступает по эффективности традиционным радиаторам с активным охлаждением.
Специальная система охлаждения может значительно повысить работоспособность роботов в некоторых условиях. Например, при интенсивной работе на жаре. Можно вспомнить, как хорошо проявил себя SCHAFT с водяным охлаждением на конкурсе роботов DARPA Robotics Challenge Trials в условиях жаркой пустыни, когда некоторые другие роботы страдали от глюков в и падений.
Благодаря охлаждению моторов робот Kengoro способен к энергичным движениям в конфигурации с низким передаточным отношением редуктора привода. Например, он может отжиматься от пола 11 минут подряд без отказа моторов из-за перегрева.
Робот Kengoro ростом 1,7 метра и весом 56 кг сконструирован на основе опорно-двигательного аппарата, тоже мимикрирующего строение человеческого тела. Для этого в конструкцию машины пришлось включить аж 108 моторов. Плюс многочисленные шестерёнки и печатные платы с электроникой. Без охлаждения здесь никак не обойтись.
Презентация Kengoro состоялась на роботехнической конференции IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2016), которая проходит 9-14 октября в Южной Корее.
Изобретённую систему охлаждения, мимикрирующую под человеческое тело, авторы описали в нескольких научных статьях и докладах на конференциях. Например, "Human Mimetic Musculoskeletal Humanoid Kengoro for Real World Physically Interactive Actions" (2016 JSME Conference on Robotics and Mechatronics, 2A1-13a2, 2016), "Skeletal Structure with Artificial Perspiration for Cooling by Latent Heat for Musculoskeletal Humanoid Kengoro" (2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, paper WeH2.5).
Kengoro — первый в мире робот, рама которого используется не только как несущий каркас для жёсткости, но и для вспомогательных задач: транспортировки жидкости и терморегуляции. При этом она хорошо выполняет и свою основную функцию.
На сайте JSK можно найти информацию ещё о нескольких интересных гуманоидных роботах, спроектированных в лаборатории. Например, роботе Keshiro с ещё более продвинутым опорно-двигательным аппаратом, чем у Kengoro.
Робот Keshiro
Похоже, если где-нибудь и появятся гуманоидные роботы, практически неотличимые от людей, то это будет Япония.
Комментарии (27)
HOMPAIN
14.10.2016 14:27Как же роботы от бостон динамикс не перегреваются без этого. Наверно они не так быстро двигаются и нам просто не показали как японский робот пробегает марафон за 20 минут)
ClearAirTurbulence
14.10.2016 16:50В них немного меньше моторов. В них с высокой вероятностью используется принудительное воздушноое охлаждение. В статье\видео упоминается именно возмодность работы при длительной нагрузке.
mwizard
15.10.2016 05:37Послушайте видео с роботами Boston Dynamics в живых испытаниях, с оригинальным звуком — вы услышите дикий вой, хорошо знакомый любому, кто когда-либо заходил в серверную под нагрузкой. Этот вой — это десятки кулеров, которые охлаждают всю внутреннюю машинерию, и именно он является причиной того, что многие видео boston dynamics имеют отфильтрованный звуковой ряд.
Sergiy
14.10.2016 14:51Не понимаю, зачем делать робота похожим на человека и наделять его теми же недостатками? Да и выглядит это отвратительно. Робот должен быть совершеннее человека, скажем зрение не 170, а все 360, манипуляторы должны выгибаться под всеми углами и т.д.
atomlib
14.10.2016 15:08Это Япония. Их культуре свойственно подражать телу человека.
Вот кукла каракури-нингё подаёт чай. Эти подобия роботов-игрушек в Японии начали появляться в семнадцатом веке. Здесь показаны внутренности, но в «рабочем» виде кукла одета и шестерёнки скрыты. Зачем было придавать ей форму тела маленького человечка? Можно представить себе куда более эффективные конструкции, которые отходят от образов людей. Но игрушку сделали человекоподобной. Иначе как культурой подобное не объяснить.
MurzikFreeman
14.10.2016 15:34Робот предназначенный для чего именно, должен быть совершеннее человека?
Konachan700
14.10.2016 16:36+3Сходство с человеком нужно для того, во-первых, что мир больше приспособлен для людей, а не для роботов. Чем меньше робот будет отличаться от человека по той же механике тела, тем меньше проблем будет при его интеграции в быт. Во-вторых, разговаривать с футуристичной пластиковой куклой или ведром на колесах психологически не комфортно, это опять же помешает распространению роботов в самом начале.
VadimVerenitsyn
14.10.2016 19:38+1Где-то читал, что подобные разработки спонсируются военными, или же разработчики очень хотят таких спонсоров. Так как денег у военных просто дофига! Но и требования как раз — робот может применяться людьми в разных сферах, а это сразу вопросы хранения, доставки, ремонта, применения в операциях, в бою. В единичных случаях проблемы незначительны, но если говорить о масштабном применении, то лучше дешевле и быстрее пользоваться готовыми зданиями, кабинетами, транспортом. Антропоморфность — дакий стандартный интерфейс подключения робата к инфраструктуре. Ну и да, не только военной, а и бытовой.
boingo-00
14.10.2016 15:32Я уже потихоньку начинаю опасаться того, что следующим моим другом или не дай бог девушкой станет робот.
Нет, к роботам я отношусь хорошо, но они должны быть легко отличимы от людей
black_semargl
16.10.2016 21:57«Робот-гиноид, достоверно имитирующий внешность живого человека, включая моторику, мимику, и фактуру кожи, получается по цене как представительский лимузин. Гиноиды — элитный товар. Но мы открыли новый сегмент рынка. Наша феминида гораздо проще, и цена как у квадроцикла. Феминида не подражает живой женщине… Потребитель не хочет живую женщину! Вот почему он приходит на этот рынок. И мы предлагаем ему нечто лучшее, чем живая женщина. Феминида, это робот с несложной моторикой, человеческим размером и условно человеческим строением тела. Намек на женственность пропорций достаточен, чтобы фантазия потребителя дорисовала то, что требуется. Плюс, у феминиды есть опции не только для секса, но и для быта: она может разогреть обед в микроволновке, налить кофе, ответить по телефону. Нам не пришлось ничего особо изобретать! Все придумано и частично реализовано еще в начале века.» (ц)
syrompe
14.10.2016 16:28Т.е. купив робота, мне потом нужно будет еще тратиться на дезодоранты и гели для душа?
Konachan700
14.10.2016 16:53Меня удивляет один факт: столько разновидностей роботов делают и любители, и ученые, и корпорации… Почему ничего нет в продаже, кроме пары малосимпатичных пластиковых поделок? Я бы не отказался от какого-нибудь Пикачу, который как кот носится по дому, няшкается, сам заряжается, и в котором есть функционал типа зачитывания пришедших сообщений. Никаких супер-технологий не надо ведь, но при цене в $200-400 популярность такой игрушки будет огромна.
Beyondtheclouds
14.10.2016 17:04+1Проблема в том что в указанные цифры по стоимости неукладывается примерно ничего :)
А если нолик добавить, желание купить будет сильно меньше.
MrSGrey
14.10.2016 18:07Насколько удалось рассмотреть, потеющие поверхности плохо открыты свободному обтеканию воздухом. И как решается вопрос коррозии?
SerJ_82
17.10.2016 12:12В качестве предположения: антропоморфность роботов вызвана не только более привычным видом, но и в виду того что в будущем, разивитие концепции «искусственных мышц» будет только развиваться, а сочетание скоростно-силовых характеристик при низком объеме и весе будут неуклонно расти. Причем современные виды приводов (электро, гидро и т.п.) достичь такого не смогут.
А применение именно человеческой биомеханики вызвано именно совершенством таковой для мышц и невозможностью применить, например вращение головы на 360 гр. именно в вышеозначенном контексте.
DimmiSfai
Что то я сомневаюсь, что постоянный расход жидкости, действительно оптимальный способ охлаждения робота…
ClearAirTurbulence
Попил из лужи — побежал отжиматься дальше.