Как игрушечная роботизированная рука 1980-х годов вдохновила современную робототехнику

Будучи ребенком инженера-электронщика, я проводил много времени в нашем местном Radio Shack в детстве. Пока мой отец искал конденсаторы и резисторы, я был в отделе игрушек. Именно там, в 1984 году, я обнаружил лучшую игрушку моего детства: роботизированную руку Арматрон.

Описанная как «роботоподобная рука для помощи молодым гениальным умам в научных и лабораторных экспериментах», эта редкая игрушка соответствовала шумихе, напечатанной на передней части коробки. Это была настоящая роботизированная рука. Вы могли вращать руку, чтобы вращаться вокруг ее основания, наклонять ее вверх и вниз, сгибать ее в «локтевом» суставе, вращать «запястье» и открывать и закрывать ярко-оранжевую шарнирную руку в элегантных аккордах движения, и все это с помощью только вращающихся двойных джойстиков.

Любой, кто играл с этой игрушкой, также помнит звук, который она издавала. Как только вы переводили кнопку питания в положение «Вкл.», вы слышали постоянный жужжащий звук вращающихся и скручивающихся пластиковых шестеренок. А если вы пытались протолкнуть ее за пределы, она дергалась и протестовала с резким «КЛИК… КЛИК… КЛИК».

Не только дети считали Арматрон таким особенным. Он был представлен на обложке журнала Robotics Age за ноябрь/декабрь 1982 года , в котором отмечалось, что игрушка за 31,95 доллара (около 96 долларов сегодня) имела «возможности, обычно присущие только гораздо более дорогим экспериментальным рукам».

Несколько лет назад я нашел свой Armatron, и когда я открыл корпус, чтобы снова его запустить, я был поражен, обнаружив, что, кроме отсека для пары батареек D-cell, переключателя и крошечного трехвольтового двигателя постоянного тока, эта штука была полностью лишена каких-либо электронных компонентов. Она была чисто механической. Позже я нашел патентные чертежи для Armatron в Интернете и увидел, насколько невероятно сложны были схемы коробки передач. Эта конструкция была работой гения — или сумасшедшего.

Мужчина за рукой

Мне нужно было узнать историю этой игрушки. Я связался с производителем Tomy (теперь известным как Takara Tomy), который работает в Японии уже более 100 лет. Это свело меня с Хироюки Ватанабэ, 69-летним инженером и дизайнером игрушек, живущим в Токио. Сейчас он на пенсии, но проработал в Tomy 49 лет, создав множество классических портативных электронных игрушек 80-х годов, включая Blip, Digital Diamond , Digital Derby и Missile Strike . Имя Ватанабэ можно найти в 44 патентах , и он участвовал в выводе на рынок от 50 до 60 продуктов. Ватанабэ отвечал на вопросы по электронной почте с помощью видео, и его ответы были переведены с японского.

«У меня не было периода, когда я профессионально изучал инженерное дело. Вместо этого я поступил в то, что в Японии называют технической средней школой, которая готовит технических инженеров, и я фактически [поступил] на электротехнический факультет там», — рассказал он мне.

После этого он работал в Komatsu Manufacturing, потому что, как он сказал, ему нравились бульдозеры. Но в 1974 году он увидел, что Tomy нанимает сотрудников, и захотел делать игрушки. «Мне сказали, что это компания по производству игрушек № 1 в Японии, поэтому я решил [на нее стоит обратить внимание]», — сказал он. «Я сел на ночной поезд из Тохоку в Токио, чтобы сдать экзамен на работу, и так я в итоге устроился в эту компанию».

Вдохновение для Armatron пришло из газетной вырезки, которую однажды принес ему начальник Ватанабе. «Там было изображение [механической руки], держащей яйцо тремя пальцами. Я думаю, мы начали с того, что думали: «Вот куда все движется в наши дни, так что давайте сделаем это», — вспоминает он.

Будучи руководителем небольшой команды, Ватанабэ ненадолго переключил свое внимание на другой проект, и к тому времени, как он вернулся к роботизированной руке, у команды был прототип. Но он сильно отличался от окончательной формы Арматрона. «Рука торчала из основного корпуса в сторону и могла двигаться только примерно на 90 градусов. Панель управления также имела шесть положений движения, и они переключались с помощью шести переключателей. Мне лично это не понравилось», — сказал Ватанабэ. Поэтому он вернулся к работе.

Прорыв Ватанабе был вдохновлен радиоуправляемыми вертолетами, которыми он управлял в качестве хобби. Держа в руках пульт дистанционного управления с двумя джойстиками, он сказал мне: «Это управление ручкой позволяет вам выполнять четыре движения двумя руками, но я думал, что если вы повернете эту часть, вы сможете использовать шесть движений».

«Я всегда хотел создать систему, которая могла бы вращаться на 360 градусов, поэтому я думал о том, как заставить эту систему работать», — добавил он.

Ватанабэ подчеркнул, что, хотя он и указан как главный изобретатель Арматрона, это была командная работа. Дизайнер создал корпус, цвета и логотип, добавив штрихи, имитирующие особенности промышленных роботов того времени, такие как резиновые трубки (которые просто для вида).

Когда в 1981 году впервые появился Armatron, инженеры-робототехники начали связываться с Ватанабэ. «Я не столько слышал от людей в магазинах игрушек, сколько от исследователей из университетских лабораторий, заводов и компаний, которые производили промышленных роботов», — сказал он. «Они были весьма воодушевляющими, и мы часто общались друг с другом».

Длинный радиус действия робота в Radio Shack

Смелый внешний вид и функциональность Арматрона произвели большое впечатление на многих молодых людей, которые в будущем посвятят свою жизнь робототехнике.

Одним из них был Адам Боррелл, инженер-конструктор-механик, который на протяжении 15 лет создавал роботов в Boston Dynamics, включая Petman, знаменитого на YouTube Atlas и четвероногого робота размером с собаку по имени Spot.

Боррелл вырос в нескольких кварталах от Radio Shack в Нью-Йорке. «Если я шел на станцию ​​метро, ​​мы проходили прямо мимо Radio Shack. Я останавливался и играл с ним, устанавливал таймер, выполнял задания», — говорит он. «Я знаю, что это была игрушка, но это был настоящий робот». Armatron был тем крючком, который заманил его в Radio Shack, а затем пробудил в нем пожизненный интерес к инженерии: «Я катал пенни и тратил их на покупку паяльников и паял в Radio Shack».

«По сей день ведутся исследования с использованием ИИ, чтобы попытаться найти оптимальные способы захвата объектов, которые [робот] видит в мусорном ведре или в окружающем мире».

У Боррелла была судьбоносная встреча с игрушкой во время учебы в аспирантуре по специальности «инженер». «У одного из моих коллег по офису на столе стоял Арматрон, — вспоминает он, — и он был сломан. Мы разобрали его вместе, и тогда я впервые увидел его внутренности.

«У него была эта фантастическая механическая зубчатая передача, которая просто включала и выключала этот один мотор кучей разных способов. И было действительно интересно, что он сделал так много — один маленький мотор. И это как бы заставило меня снова задуматься о промышленных роботах-манипуляторах».

Эрик Паулос, профессор электротехники и компьютерных наук Калифорнийского университета в Беркли, вспоминает, как он ворчал на своих родителей о том, каким образовательным подарком станет Арматрон. В конечном итоге ему удалось добиться успеха в лоббировании.

«Это было просто бесконечное исследование, когда я поднимал вещи и передвигал их, и даже просто наблюдал, как они двигаются. Это было для меня завораживающе. Я чувствовал, что действительно владею своим собственным маленьким роботом», — вспоминает он. «Я дорожу этой штукой. Она у меня до сих пор, и она все еще работает».

Сегодня Паулос строит роботов и учит своих учеников, как строить своих собственных. Он бросает им вызов, предлагая решать проблемы в рамках ограничений, например, строить из картона или Play-Doh; он считает, что ограничения, с которыми столкнулись Ватанабе и его команда, в конечном итоге заставили их быть более креативными в своей инженерии.

Несложно провести параллели между Арматроном — невероятно аналоговым роботом — и высокотехнологичными машинами, которые сегодня учатся двигаться невероятными новыми способами, используя достижения искусственного интеллекта, такие как компьютерное зрение и обучение с подкреплением.

Паулос видит параллели между проблемами, с которыми он сталкивался в детстве со своим Арматроном, и теми, с которыми исследователи все еще пытаются справиться сегодня: «Что происходит, когда вы поднимаете вещи, которые слишком тяжелые, но вы можете поднять их, если подойдете к ним с разных сторон? Или как вы захватываете вещи? До сих пор ведутся исследования с использованием ИИ, чтобы попытаться найти оптимальные способы захвата объектов, которые [робот] видит в мусорном ведре или в окружающем мире».

Хотя ИИ, возможно, и захватывает мир робототехники, эта область по-прежнему нуждается в инженерах — конструкторах и мастерах, которые могут решать проблемы в физическом мире.

Armatron побуждал детей исследовать аналоговую механику, напоминая, что не все прорывы происходят на экране компьютера. И что практическое любопытство не угасло. Сегодня новое поколение поклонников заново открывает для себя Armatron через онлайн-сообщества и самодельные модификации. Десятки видеороликов об Armatron есть на YouTube, включая тот, где рука была модифицирована для работы на паровой тяге .

«Я очень рад видеть, что люди, которые любят механизмы, поражены», — сказал мне Ватанабе. «Я действительно рад, что есть еще люди, которые любят нашу продукцию таким образом».

Джон Киган пишет о технологиях и искусственном интеллекте и публикует Beautiful Public Data — тщательно отобранную коллекцию правительственных наборов данных ( beautifulpublicdata.com ).