Разработчики представили QuadBoat — четырёхлапый роботизированный аппарат, способный находить и вытаскивать людей из воды. Его конструкция повторяет движения водяного паука серебрянки, широко распространенного в Европе, что позволяет эффективно маневрировать на поверхности.
Евгения Васильева
Паук-серебрянка и беспилотный катер QuadBot. Источник: Getty / arXiv
По образу паука серебрянки
Этот робот, созданный специалистами AIRS (Шэньчжэнь) и Технологического института Стивенса по образу паука-серебрянки, предназначен для активного поиска плавающих объектов и последующего их извлечения. В отличие от большинства современных беспилотных надводных аппаратов, которые лишь обнаруживают тонущих или приближаются к ним, QuadBoat способен физически поднять пострадавшего из воды.
Основу робота составляет центральный корпус с четырьмя независимо управляемыми конечностями. Идея заимствована у пауков-серебрянок, использующих длинные водоотталкивающие ноги для передвижения по спокойной воде. Однако QuadBoat не опирается на поверхностное натяжение — он держится за счёт обычной плавучести, а ноги служат для движения и управления.
Координацию конечностей обеспечивает контроллер обратной кинематики. Он позволяет менять позу и направление. Дополнительно применяются системы прогнозного управления и ПИД-регуляторы для стабилизации. Авторы отмечают, что конфигурация четвероногого робота даёт высокую адаптивность и манёвренность благодаря активной регулировке позы. Такой подход позволяет точно отслеживать объекты и поднимать их с водной поверхности.
Испытания проводились в бассейне. Сначала проверяли точность следования по заданным маршрутам и выполнения отдельных движений. Затем тестировали способность распознавать, преследовать и поднимать плавучие предметы. Эксперименты по визуальному отслеживанию и подъёму объектов выполнялись как в помещении, так и на открытой воде. Результаты показали, что QuadBoat способен следовать за целями и совершать подъёмные операции, необходимые при спасении.
Тем не менее, перед внедрением в реальные спасательные операции предстоит решить несколько серьёзных технических задач. Испытания в бассейне показали эффективность системы, но в открытом море или в условиях сильного ветра и волнения робот может столкнуться с проблемами стабилизации и удержания курса. Также требуется доработка алгоритмов распознавания в условиях плохой видимости — тумана, дождя или ночного времени. Кроме того, необходимо обеспечить достаточную автономность работы, чтобы робот мог действовать длительное время до прибытия основной спасательной команды.
Не просто найти пострадавшего, а аккуратно извлечь из воды
Главная задача системы — закрыть важный пробел в морских поисково-спасательных работах. Найти человека в воде — лишь первый шаг. Необходимо ещё быстро добраться до него и извлечь, особенно если пострадавший обессилен, замёрз или находится в сложных условиях. Авторы исследования Ляньсинь Чжан, Ихэнь Хуан и Хуэйхуань Цянь подчёркивают, что предыдущие работы редко касались именно извлечения пострадавших. Они представили QuadBoat как биоинспирированный аппарат, предназначенный для отслеживания и подъёма людей.
Разработка QuadBoat открывает новые возможности для автономных спасательных систем, где ключевым становится не просто обнаружение, а физическое взаимодействие с пострадавшим. В отличие от дронов или катеров, которые могут лишь сбросить спасательный круг или подать сигнал, этот робот способен непосредственно поднять человека.
Это особенно важно в ситуациях, когда каждая минута на счету, а пострадавший не может самостоятельно удерживаться на воде или сопротивляться течению. Конструкция с четырьмя конечностями позволяет адаптироваться к разным формам и размерам объектов, что критически важно при спасении людей с различной комплекцией и в разном состоянии.
Одним из главных преимуществ QuadBoat является его способность точно манипулировать своим положением на водной поверхности. Благодаря системе обратной кинематики и ПИД-регуляторам, робот может не только двигаться в заданном направлении, но и удерживать устойчивую позу при подъёме груза.
Это отличает его от традиционных надводных аппаратов, которые часто теряют устойчивость при контакте с объектом. Для спасателей это означает, что робот может безопасно приблизиться к тонущему, не создавая дополнительных волн и не опрокидываясь, что особенно важно при работе вблизи скал, пирсов или в узких акваториях.
Ещё одним важным аспектом является безопасность самого пострадавшего. Механические конечности, хотя и управляются с высокой точностью, должны быть оснащены мягкими захватами или системами защиты от травм. Ведь при спасении обессиленного или паникующего человека грубое механическое воздействие может навредить. Разработчикам предстоит найти баланс между надёжностью захвата и комфортом для спасаемого. Вероятно, будущие версии QuadBoat будут использовать сенсоры давления и камеры для оценки состояния человека перед подъёмом.
Перспективы применения
В перспективе робот сможет помогать спасательным командам при кораблекрушениях и других морских происшествиях. Его способность менять положение и двигаться может оказаться полезной там, где обычные аппараты с трудом маневрируют вблизи человека.
Однако QuadBoat пока находится на стадии исследований. Первые демонстрации проводились в контролируемых условиях. Чтобы понять, как робот поведёт себя при волнах, течениях и других реальных факторах, потребуется дополнительная работа.
В долгосрочной перспективе такие роботы могут стать частью комплексной системы морской безопасности, работая в связке с беспилотниками и спасательными судами. Возможно, появятся специализированные модификации для работы в ледяной воде, для спасения животных или для поиска утонувших предметов.
Технология биоинспирированного движения, заимствованная у пауков, может найти применение и в других сферах, например, при очистке водоёмов от мусора или при проведении подводных работ на мелководье. Главное, что первые шаги уже сделаны, и идея «робота-паука» для спасения людей из воды перестала быть фантастикой.
Разработчики считают, что дальнейшее совершенствование позволит превратить эту конструкцию в практический инструмент для спасательных служб. Он даст ещё один способ находить, отслеживать и извлекать людей из воды. Исследование было опубликовано на сервере препринтов arXiv.
Кстати, первый в мире промысловый робот с ИИ ловит кальмаров лучше человека и повышает объем улова на 20-30%.