Потеющие роботы? Стремительный прогресс в бионической робототехнике с использованием искусственных мышц из миофибрилл и систем охлаждения скелета

Гуманоидные роботы и их ключевая роль в грядущей технологической трансформации

Стремительное развитие человекоподобной робототехники находится на пороге кардинальных изменений, которые приведут не только к технологическим, но и к глубоким социальным преобразованиям. Мы стоим на пороге эры, когда человекоподобные роботы перестают быть просто объектом научной фантастики и исследовательских лабораторий, а все больше проникают в нашу повседневную жизнь, на наши рабочие места и в глобальный технологический ландшафт. Достижения в этой области настолько динамичны, что они не только трансформируют отрасли, но и меняют рынки труда и усиливают международное технологическое соперничество, особенно между Китаем и западными странами.

За последнее десятилетие наблюдается значительное ускорение развития человекоподобной робототехники. Движущими силами этого развития являются инновации в биомиметическом дизайне, интеграция искусственного интеллекта и стратегические геополитические соображения. То, что когда-то считалось футуристической мечтой — человекоподобные роботы, способные выполнять сложные задачи и взаимодействовать с нами, — теперь стало реальностью. Эта трансформация стала возможной благодаря прорывам в области синтетических опорно-двигательных систем, гидроприводных приводов и адаптивных систем терморегулирования. Эти технологии превратили человекоподобных роботов из любопытных лабораторных прототипов в технологию, находящуюся на пороге выхода на рынок.

Прогресс очевиден в различных областях. Такие компании, как Clone Robotics, со своим Protoclone V1, впечатляюще демонстрируют возможности современных биомиметических конструкций. В то же время, финансируемые государством инициативы, такие как те, что представлены в Unitree Robotics, стимулируют развитие в еще больших масштабах. Параллельно инновационные системы охлаждения, подобные тем, что используются в роботах Kengoro и Andi, показывают, что функциональный реализм становится все более важным в робототехнике. Эти системы охлаждения, основанные на принципе человеческого потоотделения, позволяют роботам работать дольше и эффективнее, даже в сложных условиях.

Бионика или биомиметика: обучение у природы для создания инновационных технологий

Ключевым понятием в контексте человекоподобной робототехники является биомиметика, также известная как бионика или биомимикрия. Эта дисциплина описывает подход к проектированию технических систем, материалов или процессов на основе моделей природы. За миллионы лет эволюции природа создала огромное разнообразие структур, функций и механизмов, которые часто поразительно эффективны и элегантны. Биомиметика использует этот эволюционный опыт в качестве источника вдохновения для технологических инноваций.

Основная идея биомиметики заключается в анализе природных явлений и понимании лежащих в их основе принципов. Затем эти принципы применяются к техническим проблемам для разработки новых и улучшенных решений. Преимущество этого подхода заключается в его опоре на проверенные и оптимизированные решения, найденные в природе, которые доказали свою эффективность в реальных условиях в течение длительного времени.

Существует бесчисленное множество примеров биомиметических разработок, находящих применение в различных областях техники и науки. Некоторые особенно актуальные примеры в контексте робототехники:

Искусственные мышцы Myofiber

Эти инновационные приводы созданы по образцу структуры и функций человеческих мышц. Они позволяют роботам двигаться плавно и естественно, открывая новые возможности для развития мелкой моторики и динамичных двигательных последовательностей.

Системы охлаждения каркаса

В роботах, подобных Kengoro, используется система охлаждения, смоделированная по принципу испарения человеческого пота. Испарение жидкости через пористую каркасную структуру эффективно рассеивает тепло, увеличивая время работы и производительность роботов.

Формы крыльев самолётов

Аэродинамика крыльев птиц и ласт китов внесла значительный вклад в разработку более эффективных форм крыльев для самолетов. Имитируя природные формы, самолеты могут экономить топливо и оптимизировать свои летные характеристики.

Застежка-липучка

Классическим примером биомиметики является застежка-липучка, разработанная на основе растения колючки. Маленькие крючки и петли колючки послужили источником вдохновения для простой и эффективной системы крепления, которая сегодня используется во многих областях.

Биомиметика: как природные принципы преобразуют технологии

Однако биомиметика — это нечто большее, чем просто имитация природы. Это междисциплинарный подход, объединяющий биологию, инженерию, материаловедение и информатику. Цель состоит в том, чтобы понять фундаментальные принципы природы и творчески применить их для решения технических задач. В робототехнике биомиметика играет ключевую роль в разработке человекоподобных роботов, способных передвигаться в естественной среде и взаимодействовать с людьми.

Клонирующая робототехника: переосмысление антропоморфной робототехники

Компания Protoclone Robotics занимается разработкой передовых антропоморфных роботов и достигла в этой области значительного успеха со своим роботом Protoclone V1. Protoclone V1 — впечатляющий пример сочетания анатомической точности и инженерных амбиций. Этот робот представляет собой наиболее полную на сегодняшний день попытку воспроизвести биомеханику человека на синтетической платформе.

Благодаря сложной структуре, включающей 206 полимерных аналогов костей, 1000 искусственных мышц из миофибрилл и гидравлическую сосудистую систему, Protoclone V1 обладает замечательной подвижностью. Он может похвастаться 200 степенями свободы, превосходя даже человеческий скелет с его примерно 360 суставами по точности артикуляции. Такое большое количество степеней свободы позволяет роботу совершать широкий диапазон движений и принимать позы, очень похожие на человеческие.

Ключевым компонентом технологии Clone Robotics являются искусственные мышцы Myofiber. Эти приводы созданы по образцу пневматических приводов Маккиббена, но используют инновационную конструкцию с заполненными водой сетчатыми трубками. Под давлением эти трубки сокращаются в длину, обеспечивая сокращение до 30 процентов менее чем за 50 миллисекунд. Соотношение силы 3 грамма к 1 килограмму демонстрирует эффективность и мощность этих искусственных мышц. Они позволяют выполнять как точные движения пальцами, необходимые для прецизионных манипуляций, так и динамичные позы всего тела, впечатляюще продемонстрированные в вирусном видеоролике, выпущенном компанией в январе 2025 года.

Protoclone V1 — это не только впечатляющий прототип, но и предшественник инициативы «Clone Alpha», которая предусматривает ограниченный выход на рынок в 2025 году. Clone Alpha разработан для интеграции синтетических систем органов, имитирующих метаболические процессы человека. Сетчатая «сосудистая сеть» распределяет гидравлическую жидкость по всему роботу, а две камеры и 320 датчиков давления создают проприоцептивную обратную связь, аналогичную биологической нервной системе. Эта обратная связь позволяет роботу воспринимать свое положение и движение в пространстве и соответствующим образом корректировать свои действия.

Полимерный каркас Clone Alpha способствует значительному снижению веса. Он на 40 процентов легче, чем аналогичные алюминиевые рамы, и при этом сохраняет свою устойчивость при боковых нагрузках до 200 Ньютонов. Такое сочетание легкости и устойчивости имеет решающее значение для маневренности и энергоэффективности робота.

В числе первых пользователей Clone Alpha — сети роскошных отелей и автомобильные производители. Эти компании тестируют платформу для различных применений, включая консьерж-сервис и процессы высокоточной сборки. Например, в роскошных отелях роботы могли бы помогать гостям с регистрацией заезда и выезда, предоставлять информацию или перевозить багаж. В автомобильной промышленности их можно было бы использовать в процессах сборки, где точность и повторяемость имеют решающее значение.

Несмотря на впечатляющие технические достижения компании Clone Robotics и робота Protoclone V1, его дизайн также вызывает вопросы о восприятии общественностью. Отсутствие черт лица в сочетании с гиперреалистичными движениями конечностей может вызвать у некоторых людей так называемый феномен «зловещей долины». «Зловещая долина» описывает чувство дискомфорта или отторжения, возникающее, когда человекоподобные роботы или анимационные фильмы похожи на нас, но одновременно демонстрируют тонкие различия, которые делают их «жуткими» или «страшными».

Исследователи, такие как Дар Слипер из OpenAI, заметили, что дизайн Protoclone V1 потенциально может вызвать подобную реакцию. В ответ компания Clone Robotics скорректировала свою маркетинговую стратегию. Теперь акцент делается не столько на человекоподобных внешних чертах роботов, сколько на их функциональной антропоморфизации. Роботы-клоны позиционируются как «мощные инструменты», а не как компаньоны людей. Эта стратегическая перестройка направлена ​​на повышение общественного признания роботов и минимизацию потенциальных негативных реакций, вызванных эффектом «зловещей долины».

Компания Unitree Robotics и стратегическое наступление Китая в области робототехники

Компания Unitree Robotics — еще одна компания, играющая ключевую роль в развитии человекоподобной робототехники, особенно в контексте стратегического внимания Китая к этой технологической области. Присутствие генерального директора Unitree Ван Синсина в первом ряду на экономическом симпозиуме с президентом Си Цзиньпином в феврале 2025 года посылает четкий сигнал: человекоподобная робототехника рассматривается как центральный столп «новых производительных сил» Китая и соответственно продвигается.

В своем выступлении на симпозиуме Ван Синсин подчеркнул значительные достижения в архитектуре обучения с подкреплением, которые позволили существенно сократить циклы обучения робота G1 для сложных задач. Для таких сложных задач, как постановка хореографии народных танцев, циклы обучения удалось сократить с 10 000 до всего 800 итераций. Это повышение эффективности обучения робота имеет решающее значение для более быстрого развития и более широкого внедрения человекоподобных роботов в различных областях применения.

Правительственная программа «Робототехника+», запущенная в 2024 году, подчеркивает приверженность Китая развитию робототехники. В рамках этой программы ежегодно выделяется 2,3 миллиарда долларов США на разработку национальных систем приводов и датчиков. Это государственное финансирование напрямую приносит пользу таким поставщикам, как компания Zhejiang Changsheng, которая демонстрирует впечатляющий ежегодный рост на 600 процентов. Эта масштабная государственная поддержка показывает, что Китай рассматривает робототехнику как стратегически важную отрасль и вкладывает значительные средства в ее развитие.

Платформа G1 от Unitree Robotics — яркий пример прагматичной стратегии Китая по внедрению человекоподобных роботов. Обладая 43 степенями свободы, включая 26 в каждой руке, G1 достигает замечательной точности в манипулировании объектами в 15 сантиметров. Примечательно, что Unitree использует экономичные гармонические редукторы вместо запатентованных приводов. Такой подход предполагает стратегию, ориентированную на масштабируемость и экономичность, а не на максимальную производительность любой ценой.

Впечатляющим примером возможностей роботов G1 и роевой робототехники Unitree стало выступление "Yang BOT" на весеннем фестивале. В этой демонстрации 12 роботов G1 выполнили синхронизированные движения с впечатляюще низкой задержкой всего в 0,2 секунды. Эта технология координации роя имеет решающее значение для промышленных роевых приложений, где нескольким роботам необходимо работать вместе для решения сложных задач.

В отличие от Clone Robotics, которая ориентируется на позиционирование в сегменте товаров класса люкс, Unitree придерживается стратегии масштабируемого производства с относительно низкой базовой ценой в 45 000 долларов США за модель G1. Такая цена призвана сделать робота доступным для более широкой аудитории и стимулировать его использование в различных отраслях. Партнерство с такими компаниями, как Alibaba Cloud, позволяет интегрировать передовые языковые модели, такие как Tongyi Qianwen LLM, для обеспечения программирования задач на естественном языке. Такое упрощение программирования снижает барьер для входа на рынок для малых и средних предприятий (МСП) и облегчает интеграцию роботов в существующие рабочие процессы.

Производственный комплекс Unitree в Шэньчжэне в настоящее время выпускает 200 единиц G1 в месяц. Компания ставит перед собой амбициозные цели и планирует к 2027 году достичь 30-процентной доли рынка автоматизации логистики в Азии. Эта стратегическая ориентация на сектор логистики, обладающий огромным потенциалом роста, подчеркивает стремление Китая занять лидирующие позиции в мировой робототехнической отрасли.

Биомиметическое управление температурным режимом: роботы, выделяющие пот, для увеличения времени работы

Одной из самых больших проблем в робототехнике, особенно в случае человекоподобных роботов со сложными движениями и высоким энергопотреблением, является управление тепловым режимом. Электронные компоненты и исполнительные механизмы, встроенные в роботов, выделяют тепло во время работы, которое необходимо рассеивать, чтобы предотвратить перегрев и связанные с этим потери производительности или повреждение. Биомиметические подходы предлагают инновационные решения, вдохновленные природой.

Замечательным примером биомиметического терморегулирования является скелетная система охлаждения робота Kengoro, разработанная в Токийском университете. Kengoro имеет терморегулирующий скелет, изготовленный из пористого алюминия, напечатанного на 3D-принтере. Через эту структуру проходят микрокапилляры диаметром всего 50 микрометров. Через эти капилляры циркулирует деионизированная вода, испаряясь со скоростью 30 миллилитров в час. Этот процесс испарения рассеивает тепло, обеспечивая охлаждающую способность в 488 Вт по сравнению с 359 Вт для традиционного воздушного охлаждения.

Эта инновационная система охлаждения позволяет Kengoro работать непрерывно, даже во время интенсивных упражнений, таких как отжимания, без перегрева двигателей. В ходе испытаний Kengoro смог выполнить 11-минутные сеансы отжиманий без снижения производительности двигателей. Однако у системы есть и недостаток: она приводит к увеличению веса на 12 процентов по сравнению с обычными системами охлаждения.

Проект Andi в Университете штата Аризона进一步 развил и усовершенствовал концепцию «потеющего» робота. Andi имеет 35 независимых зон сварки и «поры» из углеродного волокна, которые могут адаптивно регулировать скорость испарения на основе данных с 200 внутренних датчиков температуры. В ходе испытаний, проведенных в Финиксе, штат Аризона, при температуре окружающей среды 47 градусов Цельсия, система смогла поддерживать температуру критически важных компонентов ниже 85 градусов Цельсия. При этом Andi потреблял на 23 процента меньше охлаждающей жидкости, чем системы жидкостного охлаждения с замкнутым контуром. Эта адаптивная модель сварки демонстрирует, что биомиметические системы охлаждения могут быть не только эффективными, но и ресурсосберегающими.

Несмотря на свою эффективность, системы охлаждения с использованием отложений пота также создают проблемы, особенно в отношении технического обслуживания и долгосрочной стабильности. Например, Kengoro требует еженедельной промывки для удаления накипи из микрокапилляров, которая может ухудшить эффективность охлаждения. Было обнаружено, что эпоксидная смола на обшивке Andi начала деградировать после 200 циклов нагрева. Эти проблемы технического обслуживания и долговечности являются важными аспектами, которые необходимо учитывать при дальнейшей разработке и промышленном внедрении роботов с отложениями пота.

В качестве альтернативы жидкостным системам охлаждения также исследуются пассивные методы охлаждения. Например, робот Clone Alpha использует слои фазоизменяющихся материалов (PCM) в своих мышцах. PCM — это материалы, которые изменяют свое агрегатное состояние при определенной температуре, поглощая или выделяя при этом тепло. Этот пассивный метод охлаждения не требует жидкостных систем, но имеет на 18 процентов меньшую теплоотдачу по сравнению с активными жидкостными системами. В конечном итоге, выбор подходящей системы охлаждения зависит от конкретных требований к применению робота, включая необходимую мощность охлаждения, вес, требования к техническому обслуживанию и условия эксплуатации.

Динамика мирового рынка и этические аспекты в человекоподобной робототехнике

Гуманоидная робототехника — это не только захватывающая технологическая область, но и быстрорастущий рынок со значительным глобальным влиянием. В 2024 году объем венчурных инвестиций в сектор гуманоидной робототехники достиг впечатляющих 17,4 млрд долларов США. На Азиатско-Тихоокеанский регион пришлась наибольшая доля — 61 процент, что подчеркивает важность Азии, и особенно Китая, в этой области.

Помимо основных производителей робототехники, от этого роста выигрывают и вторичные рынки. Поставщики специализированных компонентов и технологий демонстрируют непропорционально большой рост. Примером может служить компания Harmonic Drive SE, чьи акции выросли на 89 процентов после заключения контракта на поставку редукторов от компании Unitree. Это событие демонстрирует разнообразие цепочки создания стоимости в сфере человекоподобной робототехники и многочисленные возможности для бизнеса, которые она предлагает.

В связи с растущим использованием человекоподобных роботов в различных областях, на первый план выходят также вопросы регулирования и этики. Например, Европейский союз работает над проектом директивы о праве в отношении искусственной ответственности (ожидается в 2026 году). Эта директива может предусматривать, что человекоподобные роботы должны соответствовать определенным стандартам безопасности, таким как ограниченные силы давления на кожу менее 80 Ньютонов на квадратный сантиметр и механизмы аварийного отключения. Такие нормативные меры направлены на обеспечение безопасности человекоподобных роботов, но также могут увеличить стоимость единицы примерно на 12 000 долларов США. Необходимо найти сбалансированный подход, который будет способствовать как безопасности человека, так и инновационному потенциалу робототехнической отрасли.

Помимо нормативных вопросов, все более важную роль играют этические дилеммы. Риторика о «синтетическом человеке», используемая такими компаниями, как Clone Robotics, поднимает глубокие философские вопросы об идентичности, автономии и взаимоотношениях между человеком и машиной. Исследование Массачусетского технологического института 2024 года показало, что 68 процентов участников приписывали роботу Protoclone V1 намеренную волю, несмотря на то, что знали о его программировании. Эти результаты свидетельствуют о том, что восприятие человеком человекоподобных роботов сложно и зависит от различных факторов, включая дизайн роботов и то, как они представляются публике.

Растущее сходство человекоподобных роботов с современными технологиями также поднимает вопросы об их роли в обществе. Станут ли они конкурентами на рабочем месте или ценными помощниками в различных сферах жизни? Как их присутствие повлияет на наши социальные взаимодействия и наше самопонимание как людей? Эти вопросы требуют широкой общественной дискуссии с участием экспертов из различных дисциплин, политиков, представителей бизнеса и общественности. Только таким образом можно обеспечить ответственный и этичный подход к человекоподобным роботам, который оптимально использует возможности этой технологии, одновременно минимизируя потенциальные риски.

Будущее человекоподобной робототехники – баланс между технологией и обществом

Гуманоидная робототехника находится на динамичном и захватывающем этапе развития. Быстрый технологический прогресс, особенно в области биомиметики, искусственного интеллекта и материаловедения, позволяет создавать все более мощных и человекоподобных роботов. Такие компании, как Clone Robotics и Unitree Robotics, вносят значительный вклад в это развитие благодаря своим инновационным подходам и продуктам.

Будущее человекоподобных роботов будет определяться не только с технической, но и с социальной точки зрения

В то же время перед нами стоит задача согласования технологических возможностей с потребностями общества и этическими соображениями. Необходимо создать нормативно-правовые рамки, которые будут способствовать как безопасности, так и инновациям. Необходима открытая и широкая общественная дискуссия для обсуждения этических и социальных последствий человекоподобной робототехники и формирования ответственного подхода к этой технологии.

Будущее человекоподобной робототехники будет определяться не только технологическими инновациями, но и, в значительной степени, общественным признанием, этическими нормами и ответственным использованием этой преобразующей технологии. От нас зависит, как мы определим курс, чтобы человекоподобные роботы стали благом для человечества, а не источником конфликтов или неравенства. Потенциал огромен, но для его использования на благо всех необходимы четкий ориентир и коллективные усилия.

От местного к глобальному: МСП завоевывают глобальный рынок с помощью умных стратегий - Изображение: Xpert.Digital

В то время, когда цифровое присутствие компании определяет ее успех, задача состоит в том, как сделать это присутствие аутентичным, индивидуальным и масштабным. Xpert.Digital предлагает инновационное решение, которое позиционирует себя как связующее звено между отраслевым центром, блогом и представителем бренда. Он сочетает в себе преимущества каналов коммуникации и продаж на одной платформе и позволяет публиковать материалы на 18 разных языках. Сотрудничество с партнерскими порталами и возможность публикации статей в Новостях Google, а также список рассылки прессы, насчитывающий около 8000 журналистов и читателей, максимизируют охват и видимость контента. Это представляет собой важный фактор во внешних продажах и маркетинге (SMarketing).

Подробнее об этом здесь:

• Аутентичный. Индивидуально. Глобально: стратегия Xpert.Digital для вашей компании

☑️ Поддержка МСП в разработке стратегии, консультировании, планировании и реализации.

☑️ Создание или корректировка цифровой стратегии и цифровизации.

☑️ Расширение и оптимизация процессов международных продаж.

☑️ Глобальные и цифровые торговые платформы B2B

☑️ Пионерское развитие бизнеса

Konrad Wolfenstein

Буду рад стать вашим личным консультантом.

Вы можете связаться со мной, заполнив контактную форму ниже, или просто позвонить мне по телефону +49 89 89 674 804 (Мюнхен) .

Я с нетерпением жду нашего совместного проекта.

Xpert.Digital — это промышленный центр с упором на цифровизацию, машиностроение, логистику/внутреннюю логистику и фотоэлектрическую энергетику.

С помощью нашего решения для развития бизнеса на 360° мы поддерживаем известные компании, начиная с нового бизнеса и заканчивая послепродажным обслуживанием.

Аналитика рынка, маркетинг, автоматизация маркетинга, разработка контента, PR, почтовые кампании, персонализированные социальные сети и привлечение потенциальных клиентов являются частью наших цифровых инструментов.

Дополнительную информацию можно узнать на сайте: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus