Оборудование для научных исследований в области нейронаук, физиологии и поведения Антропоморфная робототехника и робототехнические изделия

Робототехника

Сферы наших исследований и разработок (немного истории):

1. Антропоморфная мехатроника 

Мы называем своих роботов антропоморфными или андроидами, так как их внешность очень приближена к человеческой, точнее, даже это внешности конкретных людей, скопированные с современников или же воссозданные по портретам и фотографиям. 

Дети смотрят на Алису        Дети любят Алису

Первая разработка компании - человекоподобная голова "лИцков" (2010 г.), кожу которой была изготовлена из силикона, и он умел двигать глазами, в которых стояли камеры.

Далее мы приступили к созданию робототехнической головы с мимикой. Первая версия робота Алисы Зеленоградовой появилась в ноябре 2011 года. Этот прототип имел 9 мимических актуаторов (улыбка, грусть, открытие рта, поднятие бровей, хмурость, удивление), 2 актуатора шеи и 3 актуатора в глазах. В уши были вставлены микрофоны, в рот – динамик. Была добавлена проактивная артикуляция рта, зависящая только от входного аудиосигнала.

В начале 2012 был создан робот Алекс. При его разработке были применены новые принципы проектирования силиконового лица, а процесс изготовления робота стал более быстрым и технологичным.

В начале 2013 г. появилась обновленная версия Алисы, обладающая возможностью поднимать и опускать веки и увеличенной мимической подвижностью. Была добавлена новая мимическая мышца «скепсис». Таким образом, модель Алиса Зеленоградова MKII обладает 18 актуаторами в голове, 13 из которых мимические.

В середине 2013 г. была создана новая модель робота-мужчины Олега, прототипом которого стал сотрудник фирмы и технолог-робототехник Алексей Корышев. Был добавлен новый шейный актуатор, позволяющий наклонять голову набок.

В мае 2014 г. на свет появиля техно-А.С. Пушкин. Целый год робот тестировался в рамках различных мероприятий: "Бал робтов", "Фестиваль науки", "Открытые инновации", "Skolkovo Robotics", "eLearnExpo 2014", "Московском международном салоне образования", образовательных экскурсий в ЦМИТ "Нейролабс" и т.д. Цель - довести разработку до мелкосерийного производства и начать активные продажи в 2015 г. Кроме того, Пушкин - это не только робот, но и конструктор для сборки и программирования школьниками старших классов и студентами ВУЗов.

Осенью 2014 г. был создан Наураша - лицо компании "Научные развлечения". В 2015 г. планируется также масштабировать производство таких роботов для нашего партнера.

В дальнейших планах стоит разработка мимической возможности вытягивания губ «трубочкой», снижения шумности работы некоторых мимических мышц, бесконтактная система сканирования настоящего человека для создания его копии.

Купить настоящего антропоморфного робота можно на сайте Вежливые роботы

2. Пневматическая мехатроника

Первой разработкой в области  стала антропоморфная кисть (2010 г.), которая предназначалась как для использования в качестве кисти робота, так и для протеза. Конструкция с тех пор претерпела множество конструктивных, технологических и материальных улучшений. Теперь конструкция является минималистичной – пневматическая мышца расположена внутри пальца, сама конструкция изготавливается под конкретное применение на 3D-принтере. В пневматической руке последнего поколения используются пневматические мышцы нашего производства. Мышца, установленная в пальце, позволяет в рабочем режиме поднимать до 2 килограмм нагрузки.

В начале 2013 года был разработан экзо-разгибатель пальцев руки. В сотрудничестве с ИВНД РАН был разработан аппаратно-программный комплекс, позволяющий выполнять реабилитацию сфастических больных. Так, ЭЭГ с моторной зоны мозга человека запускает процесс разгибания экзо-протеза (обычно применяется простой разгибатель, не имеющий никакой биологической обратной связи). При этом наблюдается резкое улучшение моторно-двигательных функции в связи с психологическим возбуждением пациента от самостоятельного контроля над движением своей руки.

В середине 2013 года была разработана пневматическая модель человекоподобной руки. Эта модель обладает как антропоморфной кинематикой, так и большой развиваемой силой. В модели использованы парные мышцы-разгибатели, что позволяет использовать не только управление по положению отдельных суставов руки, но и жесткостью удержания положения. Совместно с пневматической кистью получилась полная пневматическая модель, повторяющая руку человека от плечевого пояса до пальцев.

В конце 2013 года совмещенная пневматическая рука (от пальцев до ллеча) была использована в качестве объекта управления аватаро-подобного миографического интерфейса.

3. Нейрокомпьютерные интерфейсы (мозг-компьютер)

Первой пробой в этом направлении стал интерфейс Type300, позволяющий набирать текст. Основой этого нейрокомпьютерного интерфейса является анализ сигнала P300. Скорость набора текста – 1 символ в 10 секунд. Этот интерфейс не требует обучения алгоритмов под конкретного пользователя.

Одним из самых быстрых (1 состояние в секунду) и ёмких (до 8 команд) в мире является наш нейрокомпьютерный интерфейс. Основой является ЭЭГ оператора, полученное с помощью энцефалографа NVX 32. Здесь требуется обучение как алгоритма, так и оператора. Существует версия, позволяющая делать до 4 команд с помощью всего 4 биполярных энцефалографических электродов (прибором для съема ЭЭГ является беспроводной Нейробелт). Этот алгоритм является «честным», в отличие от некоторых других интерфейсов, которые используют явление изменения ЭЭГ при напряжении отдельных мимических мышц.

Использование энцефалографа позволило создать прототип аватара: перемещение робота Алисы на мобильной платформе управляется с помощью только «силы мысли» оператора. Мы утверждаем, что создали первый в России аватар – телеметрическое тело, управляемое мыслью.

4. Миографические интерфейсы

Разработкой миографического интерфейса с предплечья мы занялись в конце 2010 года. Уже в конце 2011 наш алгоритм мог распознавать до 8 жестов кисти человека (электроды установлены на предплечье). К концу 2013 года мы добились высших на текущий момент в мире результатов:

  • Произвольный набор жестов (классическое количество рабочих схватов для протезов – 7), включая движение отдельных пальцев
  • Скорость распознавания составляет 200 мс
  • Было введено понятие силы – т.е. пропорциональное напряжение в течение выполнения жеста

Этот миографический интерфейс был успешно тестирован на людях с целыми конечностями, а также на людях с ампутированной кистью руки. В качестве объекта управления выступала как виртуальная рука, так и прототип пневматической руки.

Во второй половине 2013 года был разработан миографический интерфейс для верхней части руки. Наш алгоритм позволяет аналогово получать напряжение мышц рук и управлять рукой аватара. При совместном использовании с аглоритмом распознавания жестов кисти получается полный режим управления телеметрической рукой.

В дальнейших планах у нас стоит использование этих алгоритмов для создания экзоскелета.

5. Компоненты

Мы собираемся представить некоторые компоненты для изготовления робототехнических систем:

  • Пневмо-остров, позволяющий управлять давлением воздуха на клапанах в предалах до 2 атм. Существует 4, 8, 16 канальные версии. В середине года планируется создать 32-канальный пневмо-остров.
  • Мультиканальная плата управления HexoServe малыми серводвигателями
  • Двухканальный аналоговый видеограббер StereoGrab со встроенным стерео аудиограббером – который можно использовать в том числе для стереозренческих СТЗ.
  • Плата управления бесколлекторными двигателями (2 канала) с векторным управлением со встроенной поддержкой CAN-периферии (например, ИК-датчики).