Как «чувствуют» роботы?

Органы чувств дают живым существам информацию об окружающем мире. А роботы  используют разнообразные датчики для того, чтобы огибать препятствия, держать равновесие, распознавать речь и мимику человека.

Простейшим «органом зрения» является система построения модели окружающего пространства с помощью лазерного сканирования. Устройство испускает лазерный луч, который отражается от препятствия. Разница между исходным и отраженным лучом фиксируется камерой и позволяет рассчитать расстояние до объекта. В результате получается картинка, дающая информацию о размерах свободного пространства вокруг устройства и о приблизительной форме находящихся рядом объектов. Подобная система позволяет получить достаточно данных для того, чтобы робот не сталкивался с препятствиями. Более сложными системами для распознавания трёхмерных объектов являются 3D-лазеры, дающие объемную модель предмета.

Если необходимо обнаружить заданный объект, используются комплексные алгоритмы распознавания изображения. Исходная картинка получается с помощью обыкновенной камеры (или нескольких камер), а восстановление трехмерного изображения по нескольким двумерным реализовано программными средствами.

Еще одним методом ориентирования является эхолокация. Устройство направляет ультразвуковой сигнал в определенную точку пространства. Звук отражается от препятствия и улавливается сенсором, после чего по задержке между отправленным и полученным сигналом вычисляется расстояние до объекта. Данный процесс занимает длительное время, но его можно ускорить, испуская сигналы разной частоты одновременно.

Одним из уникальных умений робота-змеи является способность мгновенно обвивать практически любую опору, на которую он упадет. При столкновении с объектом меняется скорость робота, следовательно, возникает ускорение. Определение изменения положения в пространстве происходит с помощью набора гироскопов и акселерометров, которыми снабжен каждый сегмент робота-змеи. Гироскоп – прибор, позволяющий определить ускорение вращательного движения, акселерометр – линейного. Информация от набора таких датчиков используется для коррекции движения робота, и «змея» обвивает препятствие.

Робот-землеройка обладает способностью к осязанию, которая достигается с помощью искусственных волосков, покрывающих поверхность устройства. Каждая нить перемещается в разных направлениях и реагирует на касание окружающих объектов. Информация от всех волокон обрабатывается процессором, создавая целостную объемную модель. Робот-землеройка может исследовать окружающие объекты с помощью осязания, а также преследовать подвижный объект, имитируя процесс охоты реального зверька.

Не чуждо роботам и обоняние: ученые создали биосенсор, способный распознавать запахи. Данное устройство не является чисто электронным. Чувствительную функцию выполняют белки подобные тем, что расположены в носу человека и животных. Соединение биологических структур с транзисторами позволяет получить зависимость электрического тока от концентрации пахучих веществ. Полученное устройство обладает высокой чувствительностью, близкой к обонянию человека. Датчики следующего поколения позволят роботам определять свежесть продуктов и концентрацию вредных веществ в окружающем воздухе.

Человек определяет пищу как сладкую или соленую в зависимости от концентрации растворимых веществ, влияющих на рецепторы языка определенным образом. Вкусовое восприятие роботов может быть реализовано с помощью химических анализаторов, которые дают информацию о том, какое количество тех или иных соединений находится в образце.

Так или иначе, точность восприятия роботом окружающего мира зависит от возможностей и быстродействия вычислительной техники, а также от сложности применяемых алгоритмов распознавания.