Як працює робот-пилосос

Роботи-пилососи – один з прикладних та практичних проявів науково-технічного прогресу. Вони можуть вільно переміщатися по будинку, збираючи бруд і при цьому уникати падіння зі сходів і врізання в різні перешкоди, будь-то стіна або ніжка столу/стільця. Як вони знаходять свій шлях? І як працюють? Про все це читайте далі.

Отже, роботи-пилососи самостійно хвацьки носяться по підлозі, збираючи пил і бруд, а потім повертаються в свої електронні гнізда для підзарядки. Як же ці чудеса сучасної прибиральної робототехніки можуть настільки вільно, легко і невимушено переміщатися по будинку? Відповідь складається з двох частин: датчиків та розумних пристроїв.

Датчики: як робот-пилосос бачить?

Роботи-пилососи не користуються камерами, щоб бачити світ. Замість цього вони використовують різні типи датчиків для виявлення та вимірювання навколишніх об’єктів та власного прогресу, включаючи датчики обриву, датчики ударів, настінні датчики та оптичні кодери. Датчики обриву вимірюють відстань між базою робота і краєм підлоги, зазвичай відбиваючи інфрачервоне світло від підлоги. Якщо відстань до краю підлоги раптово зменшується, це означає, що робот наближається до краю сходів або чогось подібного, тому він відступить, щоб не впасти (звідси і назва «датчик обриву»).

Назва датчиків ударів також відображає те, що вони роблять: якщо робот-пилосос врізається в щось (наприклад, стіну або ніжку стільця), датчик спрацьовує при ударі. Настінні датчики схожі на датчики обриву, але в іншому напрямку: вони повідомляють роботові, коли він наближається до стіни або іншого об’єкта, тому він може вчасно зупиниться.

Оптичні кодери є найбільш важливими: ці датчики на колесах робота повідомляють йому, як далеко він пішов. Вони називаються оптичними енкодерами, тому що вони використовують датчик освітленості для визначення кількості обертів коліс. Виходячи з цього (і будь-якої різниці між колесами, що вказує на поворот), робот може визначити, як далеко він проїхав. Різні моделі роботів-пилососів можуть мати і додаткові датчики, наприклад, сканер пилу, щоб побачити, скільки пилу вловлюється нашим роботизованим помічником.

Вище описана комбінація датчиків означає, що робот знає дещо про навколишній світ: як далеко він зайшов, з чим може зіткнутися і з чого може впасти. Це те, що необхідно знати простому роботу-пилососу, щоб вільно і невимушено переміщатися по навколишньому простору вашого будинку або квартири (який для нього і є цілим світом).

Розумний пристрій: як робот-пилосос працює?

Отже, робот знає дещо про навколишній простір, коли він рухається по ньому. Що дає роботу-пилососа кмітливість, щоб зрозуміти, що він вже завершив прибирання (або навпаки ще не завершив)? Відповідь може вас здивувати: комахи.

Більшість сучасних роботів-пилососів були створені Родні Бруксом, робототехніком з Массачусетського технологічного інституту (і одного із засновників iRobot, творців Roomba). Родні довгий час вивчав простих тварин, таких як комахи та плоскі черв’яки. Під час своїх спостережень він встановив, що, наприклад, мураха володіє досить скромними інтелектуальними можливостями. Хоча мураха зовсім не розумний, але він якось орієнтується в навколишньому світі. Питання як? Було встановлено, що дотримуючись простого набору правил, ці прості тварини можуть створювати складну поведінку.

У окремого мурашки не так багато розумових здібностей, але у нього є простий набір правил, що дозволяють йому шукати їжу, повертатися в гніздо і направляти інших своїх побратимів. Точно так само роботу-пилососа не потрібно знати точні розміри кімнати, щоб прибратися в ній. Замість цього йому просто потрібно знати, як реагувати в декількох різних ситуаціях, і маючи заданий алгоритм дій, він може ефективно прибрати кімнату. Робототехніки називають ці правила «поведінкою», і це максимально прості речі, наприклад, якщо ви вдарилися об стіну, відверніться від неї.

Ця поведінка описана в заявці на патент від iRobot від 2002 року. Ця поведінка надзвичайно проста: «пряма» поведінка говорить роботові рухатися прямо, поки він на щось не наткнеться. Поведінка «відскоку» говорить йому, що коли він вдаряється об щось, він повинен зупинитися, повернутися під кутом від стіни і знову рушити прямо. «Спіральна» поведінка говорить йому рухатися по спіралі, очищаючи підлогу дедалі ширшими колами. Поведінка «слідування за стіною» говорить йому, що потрібно слідувати за стіною, «підстрибуючи» і рухаючись «прямо», поки стіна не буде постійно перебувати на певній відстані.

Саме таким чином рухаються роботи-пилососи, одночасно здійснюючи прибирання, саме так, за кількістю своїх рухів вони визначають чи виконане прибирання приміщення, чи ще ні. За схожим принципом, заснованим на простих алгоритмах, працюють й інші сучасні роботи. Але цікава наука робототехніка перебуває лише на початку свого шляху, і напевно в майбутньому поведінка роботів буде коригуватися куди більш складними алгоритмами, а самі роботи стануть набагато досконаліше.

Переклад з англійської.