Почему человек, в отличие от большинства млекопитающих, ходит на двух ногах? Оказывается, эволюция выбрала самый энергоэффективный вариант — и робототехника повторяет этот путь.
В рамках разработки универсального программного стека для гуманоидных роботов перед нами встал фундаментальный вопрос: почему именно двуногая архитектура должна стать основой для масштабируемых робототехнических решений? В эпоху стремительного развития автономных систем и мобильной робототехники важным становится выбор оптимальной платформы для передвижения по земле. В этой статье рассмотрим количественные доказательства превосходства двуногих систем (бипедов) над многоопорными платформами с точки зрения энергоэффективности, надёжности и экономики производства. Основу анализа составляют данные из биомеханики, робототехники и эволюционной биологии.
Cost of Transport: ключ к пониманию энергоэффективности
Cost of Transport (COT) — стоимость перемещения, характеризующая, сколько энергии затрачивается на транспортировку единицы массы на расстояние в один метр. Чем ниже COT, тем эффективнее система.
Для человека, как идеального двуногого существа, этот показатель составляет всего 0,20 Дж/кг/м при скорости ходьбы около 1,3 м/с.
Современные двуногие роботы, например CASSIE, демонстрируют COT около 0,7 Дж/кг/м при 1,0 м/с — это значительный прогресс, приближающий робототехнику к биологической эффективности.
В то же время шестиногие роботы показывают COT от 5,75 до 70 Дж/кг/м (исследование 1 и исследование 2) — то есть их расход энергии почти в 28 раз больше, чем у человека.
Причина кроется в количестве и сложности приводов: двуногие системы используют 6–12 приводов, а шестиногие — как минимум 18, и каждый дополнительный привод увеличивает потери из‑за координации и внутренних взаимодействий.
Важное замечание: абсолютное значение COT зависит от скорости, размера робота или животного, а также рельефа и конкретной реализации. Однако тенденция к увеличению COT с ростом числа ног и степеней свободы на ровной поверхности является хорошо установленным фактом в биомеханике и робототехнике, подтверждённым как теорией, так и экспериментами.
Биологические преимущества двуногой локомоции
Биология и антропология тоже на стороне двух ног. Метаболические исследования показывают, что:
Людям при двуногой ходьбе нужно всего около 25% энергии от той, что тратит шимпанзе при четвероногом передвижении.
Если человек вынужден ходить на четырёх конечностях, его энергозатраты увеличиваются более чем в 2,5 раза по сравнению с двуногой походкой.
Эти данные свидетельствуют о фундаментальных преимуществах и эволюционной оптимизации двуногой локомоции.
И ещё несколько фактов в поддержку двуногого перемещения:
Минимальный COT уменьшается с ростом массы тела по закону: ≈ СОТ ∝ M^(−1/3).
Природа выбрала бипедализм как энергоэффективное решение для наземной локомоции приматов, что подтверждается и механикой: ходьба в стиле инвертированного маятника позволяет восстанавливать до 70–85% энергии за счёт обмена потенциальной и кинетической энергиями. Для сравнения: у четырёх‑ и шестиногих животных этот коэффициент рекуперации существенно ниже — от 15 до 60%.
Вертикальная осанка дала дополнительные преимущества, такие как улучшение терморегуляции.
Надёжность и сложность: математический подход
Математика надёжности оказывается решающей для операционной экономики. Каждая дополнительная степень свободы в робототехнике — это ещё один потенциальный источник отказа. Надёжность системы с n одинаковыми компонентами вычисляется по формуле Rs = R^n, где R — надёжность одного компонента.
Теперь посчитаем надёжность систем для приводов с индивидуальной надёжностью 98%:
Двуногая платформа с 12 приводами → надёжность около 78,4%.
Шестиногая с 18 приводами → уже около 69,5%.
Гипотетическая система с 200 приводами → всего 1,8%.
При прогнозируемых объёмах свыше 100 000 единиц в год даже небольшие различия в надёжности превращаются в огромные гарантийные и сервисные расходы. Преимущество бипедов по MTBF (Mean Time Between Failures) на 50% (то есть 25 000 часов против 16 667) означает миллиарды экономии совокупных затрат жизненного цикла при масштабировании.
Не менее ограничивающим оказывается и масштабирование вычислительной сложности. Вычисление динамики робота масштабируется как O(n²) для n сочленений, требуя решения матриц инерции n × n на частотах управления 400–1000 Гц. Системы управления шестиногих требуют порядка 1480 умножений и 1152 сложений на цикл управления только для базовой динамики, при этом требования к памяти масштабируются как n³ для полнофункционального оценивания состояния. Для сравнения: типичные двуногие системы с 12–16 степенями свободы требуют в 3–4 раза меньше операций.
Моделирование многоопорных роботов показывает, что при увеличении количества ног с 6 до 50 время выполнения кинематических алгоритмов растёт менее чем в три раза. Но это относится лишь к кинематике — полный стек управления, включающий слияние сенсорных данных, планирование пути и координацию приводов, демонстрирует экспоненциальный рост, который часто превышает ограничения реального времени. Многоопорные системы часто ограничиваются частотами 100–500 Гц против 1000+ Гц у двуногих — критическая разница для динамического управления.
Экономика производства и сроков разработки
Стоимость приводов варьируется от $5000 до 15 000 за единицу, однако интеграционные затраты растут сверхлинейно — около n^1,5 из‑за требований безопасности и валидации.
Стоимость разработки и сборки робота существенно уменьшается за счёт бипедов. Пока Spot коммерчески продаётся за $74 500, стоимость гуманоидов снизилась с более чем $100 000 в 2022 году до прогнозных $20 000–30 000 для Tesla Optimus при массовом производстве.
Китайские производители, такие как Unitree, уже предлагают двуногие платформы за $16 000, а экономика серийного выпуска указывает на возможное снижение стоимости — менее $11 000 — к концу 2025 года. Преимущества «кривой обучения» складываются: более простые двуногие системы требуют на 50% более коротких циклов разработки и на 70% меньше датчиков, ускоряя итерации и улучшения.
Задачи городской среды и преимущества двуногих роботов
Современная инфраструктура создана для двуногих людей:
Типичные параметры, например высота ступенек в 15–20 см и ширина дверных проёмов в 80 см, идеально подходят для бипедальных платформ.
В таких условиях двуногие роботы сохраняют до 90% своей эффективности, в то время как шестиногие — лишь около 45%.
Многоопорные платформы тратят до 200–400% больше энергии, чем требуется для простого прямолинейного движения, что связано со статическими нагрузками и необходимостью координации.
Повороты на месте с нулевым радиусом доступны двуногим, но недостижимы для «распластанных» многоопорных морфологий.
Требования к минимальной ширине проходов у двуногих — корпус + 10 см, у четвероногих +30–40 см, у шестиногих +60 см и более, что критично ограничивает доступ последних в «человеческие» пространства.
Пример из индустрии: Boston Dynamics и Agility Robotics
В 2024 году Boston Dynamics перевёл Atlas с гидравлического на полностью электрический привод — признак роста внимания к энергоэффективности. Однако при сравнении двуногого Atlas и четвероногого Spot последний показывает лучшее значение «энергия/масса» — 17,2 Вт·ч/кг у Spot против 43,5 Вт·ч/кг у Atlas. Пока это даёт квадрупедам больше эффективности. Однако новейшие двуногие, например Digit от Agility Robotics, показывают 28,6 Вт·ч/кг при времени работы 4–8 часов и сохраняют манипуляционные возможности, недоступные для многоопорных.
Робот |
Энергопотребление (Вт·ч/кг) |
|---|---|
Spot (четвероногий) |
17,2 |
Atlas (двуногий) |
43,5 |
Digit (двуногий) |
28,6 |
Итоги: двуногая локомоция — главный тренд будущего
Количественный и комплексный анализ показывают, что двуногие роботы:
До 28 раз превосходят по энергоэффективности шестиногие платформы.
На 50% более надёжны и, как следствие, требуют меньших эксплуатационных расходов.
Снижают затраты на разработку и производство, тем самым ускоряя выход на рынок.
Наиболее приспособлены для городской среды и задач общего назначения.
Хотя в некоторых специализированных областях многоопорные роботы и сохраняют свои преимущества и фундаментальные физические законы, однако экономические и архитектурные особенности делают двуногих роботов наилучшим инженерным выбором для большинства задач автономной наземной робототехники.
Комментарии (65)
don_alex_88
28.08.2025 07:30Хм. Интересно. Но не сложнее ли двуногие в управлении?
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Короткий ответ: локомоция бипеда действительно сложнее по управлению, но не “в другой лиге” и не дороже вычислительно.
Бипедальная ходьба — underactuated система с периодическими контактами, где нужно поддерживать баланс при постоянной смене опорных фаз. У колёсных платформ динамика тривиальная, у квадропедов хотя бы статическая устойчивость.
При этом базовая динамика у всех древовидных роботов считается за O(n) (RNEA/ABA), а сложность появляется в стабилизации контактов. Сегодня это закрывается стандартным стеком: LIPM/ZMP с Capture‑Point, MPC, QP‑WBC. Такие контроллеры стабильно работают на сотнях герц на обычных одноплатниках/х86, а «пинки» гасит stepping‑рефлекс. То есть вопрос не в том, что «бипеды не потянуть», а в дисциплине моделирования/идентификации и грамотной постановке задач оптимизации.
Если смотреть на систему целиком, бипед не оказывается сложнее квадро/гекса: у него меньше одновременных контактов (2 вместо 4–6), две руки не заняты опорой, и не нужен ретрофит здания. Да, квадропед проще именно в ходьбе по ровному — но как только ему добавляют полноценные манипуляторы и требования «жить» в человеческой среде, размер задачи (DoF, число контактов и ограничений в QP, условно O((n+c)^3) становится сопоставимым или выше.
Что еще считаю важным отметить. Классический подход через ZMP, Preview Control, Model Predictive Control требует точных моделей динамики и кинематики, плюс планирование траекторий в реальном времени. Но, cовременные ML/RL подходы кардинально меняют картину. Вместо аналитического решения уравнений движения обучаем политику end-to-end в симуляции на миллионах примеров. Система сама находит стратегии стабилизации, которые аналитически вывести крайне сложно.
Например, Isaac Lab позволяет параллельно тренировать тысячи виртуальных роботов, каждый изучает разные возмущения и сценарии. За ночь накапливается опыт, эквивалентный годам реальных экспериментов. Sim-to-real transfer работает удивительно хорошо.
Результат: сложность разработки остаётся высокой, но эксплуатационная надёжность приближается к приемлемой. И эта сложность оправдывается универсальностью — один контроллер работает и на лестницах, и на неровной поверхности, и в узких проходах.
Kanut
28.08.2025 07:30Почему человек, в отличие от большинства млекопитающих, ходит на двух ногах? Оказывается, эволюция выбрала самый энергоэффективный вариант — и робототехника повторяет этот путь.
Если этот вариант настолько хорош, то почему эволюция "выбрала" его только для человека?
Если человек вынужден ходить на четырёх конечностях, его энергозатраты увеличиваются более чем в 2,5 раза по сравнению с двуногой походкой.
А если слон или там собака вынуждена ходить на двух конечностях? Иh энергозатраты тоже уменьшаться?
И ещё несколько фактов в поддержку двуногого перемещения:
Как насчёт устойчивости? Что будет если одна из конечностей по какой-то причине не может нормально работать?
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30На мой взгляд, тут несколько неточностей в предпосылках. Эволюция человека к бипедальности произошла не из-за энергоэффективности — как раз наоборот, для большинства дистанций четвероногое передвижение энергетически выгоднее.
Бипедальность у человека развилась по комплексу других причин: освобождение рук для использования инструментов и переноса предметов, улучшенная терморегуляция в саванне (меньшая площадь тела под прямыми солнечными лучами), обзор над высокой травой, возможность преодолевать водные препятствия.
По энергозатратам: да, человек на четвереньках тратит больше энергии, но это потому что его анатомия оптимизирована для вертикальной ходьбы. У него изменились пропорции конечностей, угол таза, кривизна позвоночника. Заставить слона ходить на двух ногах — тоже энергетически невыгодно, поскольку его тело не адаптировано под это.
Бипедальность эволюционировала у очень немногих видов именно потому, что это компромиссное решение: проигрывает в энергоэффективности и стабильности, но даёт уникальные преимущества в манипулировании объектами и адаптации к определённым средам. (К слову, бипедализм — не эксклюзив: страус, эму, пингвины (птицы), кенгуру — примеры немлекопитающих/млекопитающих бипедов. Эволюция оптимизирует под нишу и морфологию, а не абстрактную «эффективность вообще».)
Для робототехники ситуация схожая — мы принимаем энергетические и стабильностные потери ради универсальности в человеческой инфраструктуре. Не потому что это оптимально, а потому что это позволяет решать задачи, недоступные другим платформам.
Kanut
28.08.2025 07:30Бипедальность эволюционировала у очень немногих видов именно потому, что это компромиссное решение: проигрывает в энергоэффективности и стабильности, но даёт уникальные преимущества в манипулировании объектами и адаптации к определённым средам
Вот только проблема в том, что все бипедальные эволюционировали из предков со всего четыремя конечностями. То есть с точки зрения эволюции такое решение было проще получить чем вырастить дополницельные конечности для манипулирования объектами.
Но если мы создаём что-то с нуля и без неогходимости реально эволюционировать, то почему не взять больше конечностей для ходьбы? Или вообще использовать гусеницы или там колeса. Или ещё какой-то вариант. И именно этот вопрос у вас в статье полностью игнорируется.
inkelyad
28.08.2025 07:30Ну, в то, что для базового передвижения две конечности лучше - можно поверить. Но все равно нужны дополнительные (не обязательно такие же), чтобы упереться, подтянуться и прочее 'закрепиться в более устойчивом положении'.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Вы правы, что бипедальность эволюционировала из quadrupedal предков с четырьмя конечностями, и это было "проще" в эволюционном смысле, чем вырастить дополнительные ноги — природа работает с тем, что есть, освобождая передние конечности для манипуляции (старая статья). Однако исследования показывают, что для длинных дистанций бипедальность энергоэффективнее knuckle-walking (как у шимпанзе): человек тратит на 25–35% меньше энергии на км, чем quadrupedal приматы, благодаря маятниковой механике и адаптациям скелета.
Это не "проигрыш", а адаптация к саванне: лучшая терморегуляция, обзор и перенос объектов, как вы отметили, но с бонусом в экономии энергии для endurance hunting. В робототехнике мы не ограничены эволюцией, но добавление ног или колёс не всегда выгодно: multi-legged роботы (как hexapods) имеют COT в 5–70 Дж/кг/м vs. 0.2–0.7 у бипедов, плюс сложность координации растёт O(n²), повышая стоимость и отказы. Колёса эффективны на плоских поверхностях (в 10–100 раз меньше энергии), но в человеческой среде (лестницы, пороги, неровности) они требуют модификаций инфраструктуры, что удорожает внедрение — бипеды же "встраиваются" без retrofit. В 2025 году примеры вроде Tesla Optimus или Unitree G1 показывают, что бипеды оптимальны для универсальности, а не "игнорирования" альтернатив — они просто экономичнее в масштабе для mixed environments.
Теперь про колёса/гусеницы. На ровной плите они объективно эффективнее и производительнее — и там мы сами их выберем. Но целевая среда проекта — браунфилд‑здания без ретрофита (двери, лестницы, узкие проходы, ручной инструмент). Чтобы пройти те же маршруты на колёсах, понадобится дорогое переоборудование (пандусы, лифты, шлюзы) или сложные stair‑climbers — это и есть скрытый CAPEX/OPEX, который убивает TCO. Бипед просто пользуется лестницей и стандартным инвентарём.Почему не 4/6 ног. Если добавить опоры, локомоция действительно становится «проще». Но как только ставим требование двурукой манипуляции на высоте человека, у квадро/гекса появляется развилка: занять «передние ноги» под опоры → рук нет; или добавлять отдельные руки → растут DoF, масса, ширина корпуса и число точек отказа.
Итог — вы быстро приходите к системе, которая по сложности и стоимости догоняет/перегоняет бипед, но не даёт новых сценариев в человеческой инфраструктуре.Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Теперь к @inkelyad: Про «упереться при силовой работе». У бипеда это решается так же, как у человека — трёх/четырёхточечным контактом (две ноги + рука/таз к стойке/стеллажу), правильной позой (шире стойка, ниже COM), стэппинг‑рефлексом и использованием обычных средств (короткий хват, телескопические насадки, стремянка/подмости). То есть доп‑опора появляется когда нужна, но не «съедает» руки в штатном режиме.
Наш выбор не идеологический, а инженерный: при ограничениях «здания как есть» + «две свободные руки» минимальная по компонентам и TCO конфигурация — 2 ноги + 2 руки . В одноуровневых и стабильных трассах — берём колёса; в пересечёнке без манипуляции — квадро. В человеческих помещениях бипед даёт лучший баланс универсальности и стоимости.
inkelyad
28.08.2025 07:30минимальная по компонентам и TCO конфигурация — 2 ноги + 2 руки
Нам не нужна минимальная. Нам нужна та, которая ловчее работу делать будет.
Даже двух рук - мало.
Потому что каждый, кто что-то делал, подтвердить, что двух рук - систематически не хватает.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Согласен, нам нужна не “минимальная”, а делающая работу быстрее и безопаснее. Но “больше рук ≠ ловчее”.
Опять же, навскидку - на примере 4х рук и чуть более детально:
Габариты и мобильность: Четырехрукий робот шире, тяжелее, сложнее протискивается в узкие проходы. Больше столкновений со стенами и препятствиями.
Координация: Управление четырьмя руками одновременно на порядки сложнее двух. Планирование траекторий в многомерном пространстве, избежание самопересечений, синхронизация движений.
Стоимость: Дополнительные актуаторы, датчики, вычислительная мощность. TCO растет не линейно.
Универсальность vs специализация: Четырехрукий робот отлично подойдет для сборочного цеха, но будет избыточен для офисных задач или домашних дел.
Итого. В человеческой инфраструктуре третья‑четвёртая рука почти всегда бьют по TCO: растут DOF и ширина корпуса (проходимость плохеет), возрастает число самоколлизий и контактов, whole‑body‑оптимизация пухнет, а системная надёжность падает.. В итоге платим железом и софтом, а прироста throughput нет — узкие коридоры, стандартные ручки/инструменты и рабочие зоны спроектированы под бимануальные операции.То, чего “не хватает третьей рукой”, на практике закрывается режимом многоконтакта и «третьей рукой от среды»: две ноги + опора локтем/тазом/ладонью, временная фиксация предмета струбциной/вакуумным «грибком»/магнитом, грудной лоток, короткий хват/вороток вместо “вытянутых рук”. Это дешёвые, сертифицируемые штуки, которые сильно увеличивают допустимую боковую силу и момент без новых приводов и рисков.
Поэтому базовая конфигурация у нас — 2 ноги + 2 руки, а “третий манипулятор” реализуем через стандартные опоры/приспособления. Если же процесс стабильно требует одновременной трёхручной манипуляции в открытом объёме — это сигналы к выделенной ячейке/спецплатформе, но это уже другая экономика и редкие кейсы для наших целей.inkelyad
28.08.2025 07:30Управление четырьмя руками одновременно на порядки сложнее двух. Планирование траекторий в многомерном пространстве, избежание самопересечений, синхронизация движений.
А при использовании дополнительных приспособлений - нужно планировать где как и каким образом все это прикрутить, закрепить, поставить, опереться на поставленное и так далее. С манипуляторами на корпусе мы хотя бы знаем, как все расположено как раз благодаря датчикам. А про все внешнее - помнить придется в модели пространства и следить, что оно с реальностью не разъехалось.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Отличный пойнт — четыре руки действительно делают задачу координации тяжелее: растут DoF, самоколлизии, синхронизация, размер задач в WBC. Мы как раз поэтому переносим часть “сложности” в среду: используем третью точку опоры из окружения, а не добавляем новые приводы. Важно, что модель внешнего мира всё равно ведётся ради навигации и манипуляции (SLAM/локальная SDF), а контакты позволяют ещё и калибровать её по факту: коснулись — сверили нормаль/трение — зафиксировали опору — поджали импеданс. То есть «дрейф модели» лечится самим контактом и тактильной обратной связью, а не усугубляется.
Как это может выглядеть в стеке без усложнения морфологии:
Поиск «аффордансов» (поручни, стойки, кромки, проушины) в локальной карте → выбираем ближайшую опору с лучшей геометрией/трением.
Guarded move: мягкий подвод, касание, проверка трения/жёсткости; если не проходит — авто‑перевыбор следующей опоры.
Включаем контакт в WBC (жёсткое/мягкое ограничение), CoP/трение контролируются, руки остаются свободны для задачи.
Пассивные «плюшки» вместо новых приводов: выдвижной монопод‑упор на поясе, вакуумный «грибок»/магнит, грудной лоток. Дают те же сотни ньютонов устойчивости, но без 4–6 новых DOF, веса и сервисных рисков.
Валидация реальностью: зрительно‑тактильная серво‑петля и контактная релокализация снимают расхождение карты с миром на месте выполнения.
Да, это требует планировать «где упереться», но эти решения локальны и реактивны (уровень десятков миллисекунд) и у нас уже есть для этого сенсоры и карта. А вот добавление третьей/четвёртой руки превращает каждую задачу в многорукую координацию со всеми её постоянными издержками (железо, вычисления, сертификация). Поэтому базовая конфигурация — 2 ноги + 2 руки; если конкретный процесс регулярно требует «третью руку в воздухе» без опор — это сигнал под специнструмент/оснастку, а не к удвоению числа манипуляторов в общей платформе.
inkelyad
28.08.2025 07:30multi-legged роботы (как hexapods)
Почему вы все сравниваете с моделями, где все ноги одинаковые?
Нужно несколько конечностей для перемещения, но не все они обязаны быть ногами в традиционном понимании. Условные хваталки на уровне "талии" не для выполнения манипуляций, а для хватания за перила, дополнительного упора в землю (только когда надо), удержания равновесия -- добавляют устойчивости, проходимости и избавляют (понятно, что не всегда, но часто) от необходимости разной страховки и крепежа для тушки.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30С идеей «больше опор = проще манипулировать» я согласен. Но дополнительные опоры не требуют дополнительных конечностей. У бипеда третья точка появляется из среды: локтем/предплечьем/тазом в стойку, ладонью в перила, грудью в упор. В контроллере это просто «включить контакт» — и запас устойчивости резко растёт без новых приводов и без потери проходимости в дверях/на лестнице.
Зачем нам «ещё одна рука», если те же задачи закрываются проще и дешевле:
• временная опора телом/рукой о конструкцию;
• лёгкие пассивные вещи: выдвижной монопод‑упор на поясе, вакуумный «грибок»/магнит на предплечье, накладки с высоким трением;
• правильная поза: шире стойка, ниже корпус, либо шаг‑вбок (stepping), если усилие растёт.Отдельный третий манипулятор даёт постоянные минусы (больше приводов, шире корпус, самоколлизии, сложнее планирование и сервис) при эпизодической пользе. Поэтому базовая конфигурация у нас — 2 ноги + 2 руки, а «третью опору» мы получаем из окружающей среды, когда это нужно. Если процесс регулярно требует трёх рук «в воздухе» без опор — это уже задача для спецплатформы/ячейки, а не для универсального исполнителя в обычном здании.
inkelyad
28.08.2025 07:30а не для универсального исполнителя в обычном здании.
Которому как раз как минимум три руки надо.
Потому что две руки держать поднос/коробку с чем-то нужным. А дверь чем открывать, когда она закрыта? Ногой пинать? А выкладывать из этой коробки или с подноса чем?
Человеку приходится куда-то все это пристраивать (на тележку, соседнюю горизонтальную поверхность), производить манипуляции, потом снова хватать то, что нес.
Я понимаю, что вам хочется минимальности. Но в процессе вы загоняете робота в те же ограничения, от которых человек страдает.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30«Третья рука» часто кажется нужной, когда мы одновременно несём, взаимодействуем со средой (дверь/ручка) и манипулируем содержимым. Но решать это добавлением ещё одного манипулятора — самый дорогой путь: шире корпус и меньше проходимость, больше приводов и сервисных точек, сложнее координация и сертификация. В индустрии ту же потребность закрывают временными опорами и лёгким инвентарём — по сути, берём «третью руку из среды», а не из железа.
Как мы это делаем на практике (без ретрофита здания и без «лишних рук»):
Дверь + груз в двух руках. Сценарий всегда разбивается на шаги: (1) поставить груз на тележку/полку/пол на секунду или зафиксировать его на грудной полке/бедренном упоре/вакуумным «грибком» на предплечье; (2) открыть дверь бедром/локтем/петлёй‑ремнём за ручку; (3) снова взять груз. Если нужно держать дверь — кладём клин‑фиксатор из пояса (копеечный расходник, стандарт у курьеров).
«Поднос/коробка + выкладывание на полке». Не держим коробку «в воздухе»: вешаем её на край стеллажа простым крюком/стропой, ставим на тележку/подставку или прижимаем к корпусу грудным лотком. Дальше выкладываем двумя руками — быстрее и безопаснее.
Силовые действия/дотягивание. Переходим в многоконтакт: две ноги + локоть/таз к стойке/перилам, либо выдвижной монопод‑упор на поясе. Устойчивость растёт кратно, руки остаются свободны для работы.
Организация потока. Ставим кэш‑точки (тележки/подставки) у дверей и узких мест — это нормальная «бережливая» практика и для людей, и для роботов; throughput вырастает, а требования к «третьей руке» исчезают.
Когда действительно нужна «третья рука в воздухе без опоры» (редкие спецоперации) — решаем инструментом, а не новой рукой: быстросъёмная струбцина/магнит/вакуум‑фиксатор держит предмет, робот свободно оперирует двумя руками. Если процесс регулярно требует три одновременных степени свободы для манипуляции — это сигнал под спецячейку/спецплатформу, а не под усложнение универсального исполнителя.
Итого: 2 руки + умная работа с опорами/инвентарём закрывают типовые «трёхручные» сцены в обычных зданиях быстрее и дешевле. Мы сознательно держим базовую конфигурацию простой, а «третью руку» берём из окружающей среды — ровно как это делает человек, когда работает по правилам безопасности и эффективности.
novoselov
28.08.2025 07:30Большинство разработчиков ограничены существующими решениями (в технике или природе), но никто не мешает запустить виртуальную эволюцию и поискать более оптимальные варианты. Проблема Колеса против Лестниц можно решить разными способами, вот например:
Или подобные
Понятно что этот вариант не совсем оптимален, но это только прототип.
Аналогично никто не запрещает вам повернуть эволюцию вспять: в обычном режиме ходить на 2 ногах, а в режиме бега переключаться на 4 ноги.
Из того что видел многие решения нацелены на немедленный выигрыш на краткосрочном интервале, никто не смотрит на далекую перспективу. Это как играть в шахматы пытаясь выиграть каждый отдельный ход и все равно проиграть партию не имея долгосрочной стратегии.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Отличная мысль про «виртуальную эволюцию» и гибриды колесо‑нога/трансформеры — это действительно неплохой способ снять дилетантский спор «колёса vs лестницы». Мы рассматривали такие варианты (whegs, складывающиеся колёса, “2→4 ноги”). Но для задач в человеческих зданиях с двурукой манипуляцией они хуже сходятся по TCO и инженерным рискам, чем классический бипед.
Попробую структурировать:Надёжность и сервис. Гибрид добавляет передачи, складывающиеся механизмы, ступицы, приводы фиксации — растёт номенклатура отказов, вес и обслуживание. В грязи/пыли/на стыках покрытий это быстро превращается из «красивой демки» в регулярный техсаппорт.
Габариты и проходимость по нормам здания. Диаметр колеса/ступицы и складывающиеся узлы съедают ширину; двери 32–36″ и лестничные марши — жёсткие ограничения. Бипед проходит «как человек», не цепляясь, и сохраняет узкий корпус.
Манипуляция и безопасность. У гибридов часть конечностей занята опорой/преобразованием, «чистых» две руки часто не остаётся. Бипед держит две руки свободными, легко создаёт доп‑опору из среды (перила/стойка/таз/локоть) и работает инструментом на высоте человека без спецоснастки.
Сложность управления. У трансформеров прибавляется ещё один уровень управления состояниями/переконфигурацией. В реальной эксплуатации (скользкий пол, пороги, узкие коридоры, люди вокруг) это усложняет верификацию, сертификацию и аварийные сценарии.
Компромисс, который у нас лучше бьётся по экономике: бипед как базовая морфология + «дешёвые» усилители сцены — тележка/лоток/вакуумный грибок/монопод‑упор, и программные режимы множественных контактов (локоть/таз/ладонь). Для длинных коридоров — стыковка с обычной тележкой или съёмные «скейты» на стопы. Так мы получаем скорость там, где она нужна, не теряя двурукой манипуляции и совместимости со зданием, и при этом остаёмся в адекватных рисках по надёжности и стоимости владения.
novoselov
28.08.2025 07:30Из озвученных пунктов большинство предсказуемые и понятные, но спасибо за структурирование :)
Надежность. У животных есть и куча движущихся деталей и сочленения, как же они справляются с отказами, весом, грязью? Для этого они придумали компенсацию и перераспределение нагрузок, регенерацию, облегченные кости и гибкую кожу (как универсальную защиту всех внутренних узлов). Где в этом плане прогресс у роботов?
Сервис. Посмотрите на современный автотранспорт, в среднем ТО нужно делать каждые 500 часов эксплуатации. Для электромобилей эта цифра не сильно отличается (все еще нужна ротация колес, замена расходников, жидкостей, ...). Для промышленных роботов это цифра составляет 5000 часов, гуманоидные роботы скорее всего где-то посередине (встречал текущую оценку в районе 1000-1500 часов). При 8-часовом рабочем дне это 4-6 месяцев, при полной 24-часовой нагрузке 1-2 месяца. Все это ляжет на плечи потребителя и только увеличит! маржу продавцов. В какую сторону в итоге пойдет прогресс (посмотрите на стоимость деталей и ремонта автомобилей)?
Габариты. Моноколесо не съедает ширину, два отдельных мини колеса на внутренней стороне ноги или выдвижные колеса/ролики могут решить проблему, тут опять возвращаемся к виртуальной эволюции. Цель не в полной замене ног на колеса, а в поиске эффективного способа перемещения до которого еще не додумалась природа.
-
Безопасность. Конечно площадь контакта колес меньше, но можно сделать блокировку, 2 или 4 колеса/ролика на конечность и т.д. Тут еще зависит от задачи, если это домашний робот вряд ли ему нужны колеса (дайте хоть хозяйну фору чтобы убежать), а для рабочего робота скорость перемещения уже может быть важным фактором. И да это уже про модульность и умение пользоваться дополнительными "усилителями сцены" разработанными под него (не с пассивным режиме как скейт, а с режимом управления как моноколесо).
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Про надёжность: Животные решили это через избыточность — нет единой точки отказа. Сломалась мышца — соседние компенсируют. В робототехнике мы только начинаем это копировать: упругие элементы в приводах эмулируют эластичность сухожилий, планировщики распределяют нагрузку между конечностями. Но до "гибкой кожи" как универсальной защиты ещё далеко. НАСА со своим Робонавтом ближе всех — кевларовые оболочки и распределённая сенсорика, но это штучное производство.
Про сервис: У автомобиля отказал привод — едет в сервис. У промробота — останавливается линия за 60 тысяч рублей в минуту. У гуманоида должна быть постепенная деградация: отказала рука — работаем одной, параллельно заказываем замену. Для 1000-1500 часов между обслуживаниями нужно: модульные приводы с горячей заменой, предиктивная диагностика по вибрациям, самокалибровка после замены. Сервис будет не "чинить поломки", а "менять расходники по графику".
Про альтернативы колёсам: Моноколесо упрётся в физику — момент инерции растёт как пятая степень радиуса, получается либо огромное колесо, либо тяжёлый маховик. Шар-робот в Цюрихе работал только на идеальном полу — порог 2см и всё. Выдвижные ролики на стопах реальнее, но это лишний вес и точки отказа. Может, проще довести двуногую ходьбу до совершенства? Бостон Динамикс же научил Атласа делать сальто без всяких колёс — вопрос в алгоритмах, а не в костылях.
larasage
28.08.2025 07:30Вряд ли стоит сравнивать с шимпанзе - они конечно максимально близки к нам генетически, но в гораздо большей степени приспособлены к передвижению в лесу, в том числе и по деревьям. Если уж хочется сравнивать по эффективности из обезьян - так с павианами и геладами, которые спустились на землю практически одновременно с нашими предками и долгое время конкурировали с ними.
Radisto
28.08.2025 07:30то почему эволюция "выбрала" его только для человека?
Почему "только"? Многие динозавры ходили на двух ногах. У тираннозавра передние даже атрофировались за ненадобностью. Широко распространенный в прошлом способ локомоции. И сейчас им нелетающие птицы пользуются, но птицы - нечистый эксперимент, у них уже нет выбора.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Тут нужно уточнить формулировку. Бипедальность как таковая действительно эволюционировала многократно - тероподы, орнитоподы, многие современные птицы, кенгуру, тушканчики, некоторые приматы периодически используют бипедальную локомоцию.
Но человек уникален не просто бипедальностью, а специфическим сочетанием: устойчивая облигатная бипедальная локомоция + полностью освобожденные для точной манипуляции руки + нейроконтроль, способный координировать сложные многозвенные движения.
У тираннозавра передние конечности атрофировались до рудиментов. У кенгуру передние лапы используются, но не для точной манипуляции инструментами. Птицы освободили передние конечности, но превратили их в крылья.
Человек - единственный вид, где бипедальность развилась именно для освобождения рук под универсальное манипулирование при сохранении мобильности. Это и объясняет, почему такая комбинация встречается редко - она требует очень специфических эволюционных условий и компромиссов.
Для робототехники это означает, что мы повторяем уникальный эволюционный эксперимент, который природа провела только один раз в такой форме. Отсюда и сложность задачи.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Дополню, в статье я говорю не о «монополии» человека на двуногую походку, а о том, что для человеческой инфраструктуры инженерно выгодна конфигурация «2 ноги + 2 свободные руки». В этом смысле птицы и динозавры — хороший контрпример: они подтверждают жизнеспособность двуножия, но не решают задачу двурукой манипуляции в коридорах, у дверей и на стеллажах.
Чтобы убрать двусмысленность, давайте переформулирую в тексте:
было: «почему эволюция “выбрала” его только для человека?»
станет: «почему у человека бипедализм оказался выгодным (при том, что в природе он реже, чем квадропедия, и по другим причинам возникал у теропод и птиц) — и почему эта форма даёт минимум TCO в человеческих зданиях?»Надеюсь, так будет яснее: мы не спорим с колёсами и квадропедами там, где они сильнее, но для задач «в зданиях как есть» с двурукой работой именно бипедальная платформа даёт наилучший баланс универсальности и стоимости.
inkelyad
28.08.2025 07:30Мне кажется, что ошибка считать только перемещение. Нужно еще и устойчивость в момент выполнения действия. Скажем, если нужно что-то довольно сильно дернуть вбок, а не просто поднять - две опоры становятся резко недостаточными и сложными в управлении. Или поднять что-то 'на вытянутых руках', в глубине какой-нибудь полости.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Устойчивость во время выполнения задач (читай, при силовом взаимодействии) — это ключевой аспект, и фокус только на локомоции может быть упрощением. Согласен. В статье я действительно акцентировал внимание на энергоэффективности перемещения, как на фундаментальной основе для масштабируемых решений, но это не значит, что стоит "игнорировать" манипуляции.
Во-первых, современные гуманоидные роботы используют подходы whole-body control (WBC), которые позволяют учитывать всю динамику тела для поддержания баланса во время взаимодействия с объектами. Например, при боковом рывке или подъёме на вытянутых руках робот может динамически перераспределять вес, использовать руки как дополнительные опоры или корректировать позу в реальном времени. Это решает проблему "двух опор" за счёт интеграции сенсоров, алгоритмов предиктивного контроля и машинного обучения. Такие системы, как в роботе Atlas от Boston Dynamics, позволяют выполнять сложные манипуляции, включая подъём и перемещение грузов с учётом внешних сил, без потери стабильности (более развернуто изложено тут).
Во-вторых, для задач вроде "дернуть вбок" или подъёма на расстоянии разрабатываются специализированные контроллеры стабильности. Например, методы на основе foundation models (как FLAM) интегрируют базовую политику с функцией стабилизации, чтобы робот мог справляться с локоманомипуляциями — комбинацией движения и манипуляции — даже в динамичных сценариях (вот более-менее свежая статья на этот счет). А для статической устойчивости применяются алгоритмы, учитывающие центр масс (CoM) и контактные силы, что позволяет избегать падений при нестандартных нагрузках.
Но (в поддержу Вашего комментария).
При подъеме тяжелых предметов или приложении существенных сил центр масс смещается, а узкая база поддержки (две стопы) создает проблемы стабилизации. Квадропед или даже колесная платформа с аутригерами обеспечат гораздо большую стабильность для таких задач.
Конкретные ограничения бипедов - навскидку:
Подъем грузов выше 10-15% собственного веса становится проблематичным
Работа с инструментами, требующими значительного усилия (дрель, кувалда)
Толкание/тягание тяжелых объектов
Действия на максимальном вылете рук
По сути, двуногая платформа оптимальна для "деликатных" манипуляций в человеческой среде, но проигрывает в задачах, требующих "грубой силы". Робот-грузчик на двух ногах - сомнительная идея, а вот робот-ассистент для точных операций в офисе или лаборатории - более реалистично.
Это фундаментальное физическое ограничение, которое ML не решит. Площадь опоры и расположение центра масс диктуют законы механики. Возможно, гибридные решения (стационарная рабочая позиция + мобильность при необходимости) окажутся более практичными для многих сценариев.
Хотя - останусь при своем мнении - для городской среды и общих задач гуманоиды с продвинутым контролем уже демонстрируют надёжность.
novoselov
28.08.2025 07:30Почему-то все смотрят на биомеханику в макро режиме, когда природа оптимизирует вещи на микро режиме:
при перемещении в значительной степени задействованы суставы, как в момент приземления, так и в момент толчка
для адаптации под поверхность по которой происходит перемещения нужны сенсоры на поверхности стоп
для баланса нужны мышцы внутри стопы, которые меняют геометрию поверхности соприкосновения, что позволяет экономить на whole-body control и переносе веса
у гекконов вообще специально структурированная поверхность лап и сами не зная они используют силы Ван-дер-Ваальса для удержания на стене или потолке
Но практически все роботы ходят с плоской фиксированной стопой. А вы не задумывались почему проблематично научить человека ходить на костылях или на протезах? И даже тут есть решения которые больше подошли бы роботам чем людям.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Это ключевая проблема инженерии биоинспирированных систем - мы копируем макроуровень, игнорируя микроуровень, где происходит настоящая магия.
Человеческая стопа - это не просто твердая платформа, а сложная адаптивная система с 26 костями, 33 суставами, более чем 100 мышцами, связками и сухожилиями. Свод стопы работает как пружина, амортизируя удары и накапливая энергию для отталкивания. Мышцы изменяют жесткость и геометрию контакта в реальном времени.
Современные роботы используют плоские жесткие стопы в основном из-за инженерных ограничений:
Сложность управления: Активная стопа с множеством DoF требует дополнительных актуаторов, датчиков и вычислительных ресурсов. Система управления становится на порядок сложнее.
Надежность: Больше подвижных частей = больше точек отказа. Промышленные роботы должны работать месяцами без обслуживания.
Стоимость: Каждый дополнительный актуатор, датчик усилия, тактильный сенсор кратно увеличивает цену.
Пример с протезами показателен - лезвия Cheetah оптимизированы под конкретную задачу (бег) и показывают лучшие результаты, чем попытки имитировать биологическую стопу.
Возможно, будущее за специализированными "сменными стопами" под разные поверхности и задачи, а не за универсальным решением.
novoselov
28.08.2025 07:30Всё так, и именно в этом кажется основная проблема. Сейчас роботы больше похожи на пачку протезов пытающихся заново научится стать человеком. Мое текущее предположение в том что роботам недостаточно качественных данных об окружение (мало различных датчиков и оконечных сенсоров), недостаточно возможностей реакции (количество внутренних параметров на которых можно оказывать влияние через актуаторы) и вычислительных ресурсов (когда все пытаются впихнуть внутрь робота, вместо того чтобы кинуть оптический кабель от суперкомпьютера, пока железо не дорастет до нужного уровня). Возможно тогда нас ожидает качественный скачок как с LLM, которые только по достижению определенного уровня начали открывать для себя домены знаний и умений. Может роботам как раз нужна это сложность, чтобы они могли таким образом понять и компенсировать сложность окружения.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Полностью согласен — это ключевая проблема текущего поколения роботов. У человека ~5 млн тактильных рецепторов и ~600 мышц с непрерывной проприоцепцией, 130M фоторецепторов, а у топового гуманоида — 6-12 силомоментных датчиков и 20-40 актуаторов. Разница в 5-6 порядков по плотности сенсорной информации.
По сути, мы пытаемся научить "видеть" существо с завязанными глазами и в варежках. Неудивительно, что роботы больше похожи на управляемые протезы, чем на автономные системы.
Параллель с LLM очень точная. GPT-2 с 1.5B параметров был "тупым попугаем", а GPT-3 со 175B внезапно показал emergent reasoning. Возможно, роботам тоже нужна критическая масса сенсорных данных и вычислительных ресурсов для качественного скачка. Проблема в том, что все пытаются запихнуть AI в Jetson Orin на борту (275 TOPS), вместо того чтобы честно разделить: рефлексы и безопасность на edge (<10ms), а cognition в облаке (<200ms). Оптоволокно не потому что "круто", а потому что 100Gbps для потокового видео с десятков камер — это необходимость.
Что делать сейчас? Работать с тем, что есть, но готовить архитектуру к будущему. В Китае я видел прототипы тактильных "кожи" (вполне неплохо работает), neuromorphic чипы на подходе. Пока же компенсируем недостаток сенсоров избыточностью обучения в симуляции (domain randomization), используем hierarchical control для разделения задач по уровням, и не стесняемся cloud-assisted планирования )))))
novoselov
28.08.2025 07:30Насчет беговых протезов посыл был в другом, мы пытаемся повторить человеческие конечности забывая что они развивались итеративно, при этом сохраняя некоторый рудиментарный дизайн и функции, которые не менялись тысячи лет. Никто не проектировал человека с нуля, природа не знала про метаматериалы, карбон, кевлар, аэрогели, мощные магниты, быстрые электромоторы, сенсоры в инфракрасном диапазоне, лидары и т.п. Роботам не нужны толстые прямые голени, можно заменить их на более пружинистый/отзывчивый/гибкий вариант. Им не нужны пальцы на ногах, но возможна нужна другая поверхность и конфигурация стопы, и т.д. Антропоморфность это чисто заигрывание с ожиданиями пользователей.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Мысль про эволюционный багаж - сильная.
Действительно, человеческая нога — это компромисс между наследием четвероногих предков и прямохождением. Те же беговые протезы доказывают: убираем "лишнее" (голеностоп, пальцы) и получаем лучшую энергоэффективность. Карбоновая дуга возвращает до 95% энергии против 60% у биологической ноги.
Но тут дилемма. Технически оптимальный робот с пружинными ногами, шаровыми суставами и лидарной головой будет эффективнее. Но он не пройдёт в дверь (рассчитана на человеческие пропорции), не сядет в машину, не сможет использовать человеческие инструменты. Плюс психология — люди боятся "чужих". Вспомните реакцию на собакоподобного робота от Бостон Динамикс в эпизоде "Чёрного зеркала". А теперь представьте паукообразного робота-курьера у вашей двери.
Компромисс, который мы видим у лидеров: антропоморфная база + технические улучшения там, где это не мешает. У Теслы Оптимус руки человеческие, но приводы — линейные актуаторы вместо "мышц". У Юнитри ноги двуногие, но стопа — упрощённая платформа без пальцев. Это разумный баланс: достаточно человекоподобно для принятия обществом, достаточно оптимизировано для эффективной работы. Эволюция дала нам хорошую отправную точку, но слепо копировать её — путь в никуда (простите за такой "радикализм").
novoselov
28.08.2025 07:30Boston Dynamics одни из немногих кто дорос до криповых экспериментов :)
Добавьте анимированную улыбку и всем станет проще (люди больше ориентируются на эмоции и способны одушевлять даже неживые предметы)
TryDotAtwo
28.08.2025 07:30Ллмка пишет и отвечает?
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Иван, стараюсь формулировать чётко и технично — чтобы было понятно и разработчикам, и исследователям. Если что-то вызывает вопросы — рад пояснить подробнее.
OlegMax
28.08.2025 07:30Гипотетическая система с 200 приводами → всего 1,8%.
Казалось бы, можно задуматься, что если в системе 50 "ног", то отказ одной не приведет к отказу всей системы. Но нет, мы не думаем, мы считаем.
Надёжность системы с n одинаковыми компонентами вычисляется по формуле Rs = R^n, где R — надёжность одного компонента.
Ну здравствуйте, тервер знаем, теорию надежности - нет? Подсказка: если все эти одинаковые компоненты - дублирующие, то формула надежности системы будет несколько (сильно) другой
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Спасибо за комментарий! Вы абсолютно правы, что формула Rs = R^n применима только к последовательным (сериальным) системам, где отказ любого компонента приводит к отказу всей системы — это упрощение, которое не учитывает дублирование. В реальности для систем с резервированием (параллельные или k-из-n) надежность выше: для полной параллельной дублировки Rs = 1 - (1-R)^n, где отказ происходит только если все копии откажут. Это ключевой аспект теории надежности, и в робототехнике он активно используется для оценки redundant систем, включая многоногие роботы. И Вы правы - формула сильно другая (нехитрым "гуглением" нашлись интересные источники 1 и 2). Например, для 200 приводов с R=0.99 в сериальной системе Rs ≈ 0.134 (катастрофа), но с полным дублированием (n=2 на привод) Rs ≈ 0.9998, что радикально повышает устойчивость.
Однако в многоногих роботах ноги не полностью независимы, а координация добавляет комбинаторную сложность (combinatorial explosion), требуя Monte Carlo симуляций для расчета. В гуманоидах redundancy достигается через whole-body control и fault-tolerant planning: отказ одной ноги компенсируется руками или перераспределением, без роста числа ног. Пример — Atlas от Boston Dynamics, где kinematic redundancy позволяет продолжать движение даже при сбое, минимизируя общую сложность. Для multi-legged (как ANYmal) redundancy повышает terrain adaptability, но увеличивает стоимость и энергопотребление — ну, и исследования показывают, что для mixed environments оптимально 4–6 ног с частичным резервированием, а не 50+ )).
RulenBagdasis
28.08.2025 07:30Для человека, как идеального двуногого существа, этот показатель составляет всего 0,20 Дж/кг/м при скорости ходьбы около 1,3 м/с.
В быту скорость человека принято в км/ч измерять. У вас это 4.68 км/ч. Почему выбрана именно эта скорость, если средней скоростью пешехода принято считать 5 км/ч?
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Спасибо за комментарий! Вы правы, 1.3 м/с ≈ 4.68 км/ч, и это не средняя скорость пешехода (обычно 5 км/ч или 1.39 м/с), а оптимальная для минимального COT человека — исследования показывают, что cost of transport минимизируется при 1.04–1.23 м/с, где энергозатраты на ходьбу наиболее эффективны. При 5 км/ч COT выше, но это типичная "бытовая" скорость для повседневных перемещений.
Daddy_Cool
28.08.2025 07:30Как-то всё очень сомнительно.
"Двуногая платформа с 12 приводами" - один откажет, ну ничего страшного. А на одной ноге - ну... допрыгивать придется.
Нагрузка на мозг в случае двух ног думается больше - пьяные вот на четвереньках могут ползти, а идти не могут. Устойчивость двуногих - вообще больная проблема. Они чуть что на пятую точку садятся
Когда медведь на задние лапы становится он в последнюю очередь думает об энергоэффективности.
Ну и вот руками (или ногами) мы управляемся, а там степеней свободы... считать не пересчитать.
В общем исходные предпосылки думаю неверны, но статья интересная и спровоцировала интересное обсуждение. Автору респект.Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Ваш скептицизм понятен и во многом обоснован.
Про устойчивость и "прыгание на одной ноге": Вы правы — динамическая стабилизация бипедов это сложная задача. Но она уже решена. Boston Dynamics Atlas делает сальто назад, Unitree H1 прыгает и бегает, Tesla Optimus работает на заводе. Да, это требует постоянных вычислений (200-1000 Гц), но современные контроллеры справляются. Ключевое отличие от пьяного человека — робот не устаёт и не теряет концентрацию )))
Про когнитивную нагрузку: Парадоксально, но управлять двумя ногами проще, чем четырьмя. У бипеда в каждый момент только 2 варианта: какую ногу переставить и куда. У квадропеда — 4 ноги × множество последовательностей шага (walk, trot, gallop, pace). Поэтому обучение нейросетевого контроллера для бипеда сходится быстрее — меньше пространство состояний.
Медведь на задних лапах — плохой пример (простите), он анатомически не оптимизирован для бипедализма. Человек же эволюционировал именно для двуногой ходьбы: S-образный позвоночник, широкий таз, длинные ноги. Результат — человек может идти 40 км в день, что недоступно большинству четвероногих при сравнимом весе.
В целом, я согласен, что есть открытые вопросы и компромиссы. Но индустрия уже сделала выбор — все крупные игроки (Tesla, Figure, Boston Dynamics, Agility) ставят на бипедов. ДУмаю, это не случайность, а результат инженерного анализа.
И спасибо за обратную связь! Для меня это очень ценно!
MadLynx911
28.08.2025 07:30Только один вопрос. А зачем в качестве опоры рассматривать именно ноги? В смысле того, что мешает сделать нижние конечности хватательными, как у обезьян? Стремянка - не вопрос. При достаточно мощном зацепе можно обойтись вообще одной точкой опоры. А если уж брать движение по пересеченной местности, причем городского типа, так паркур уже изобрели и опять таки четырехрукая система будет в плюсе.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Хватательные нижние конечности - идея интересная. Технически это возможно, но есть фундаментальные ограничения.
Попробую структурировать.
Энергетика захвата vs опоры: Удержание веса через захват требует постоянного активного усилия (сжатие), а опора на стопу — пассивная передача нагрузки через скелет. Робот массой 50 кг, висящий на захватах 8 часов, потратит в разы больше энергии, чем стоящий на ногах. Обезьяны решают это частой сменой позиций и малым весом, но для рабочего робота это неприемлемо.
Одноточечная опора работает при малых массах. Гиббон (6-8 кг) может висеть на одной руке. Но для робота в 50+ кг с грузом потребуется захват с усилием 700+ Н постоянно. Это либо огромные энергозатраты, либо механическая блокировка (как у ленивцев), которая ограничит скорость перемещения.
Паркур и четырёхопорная система — да, для пересечённой местности это эффективно. Но паркур работает для коротких дистанций и требует огромных пиковых нагрузок. Трейсер использует 4 точки опоры секунды, затем возвращается к бипедальной ходьбе. Для робота, работающего 8 часов, постоянный паркур-режим означает быстрый износ механики и огромное энергопотребление.
В городской среде с перилами и трубами Ваша концепция могла бы работать для специализированных задач (инспекция, обслуживание высоток). Но как универсальное решение — слишком узкая ниша.
inkelyad
28.08.2025 07:30держание веса через захват требует постоянного активного усилия (сжатие)
Что делается пружинами. Или защелками. И прочей фиксации. А энергия тратится только на то, чтобы отпустить и поднять.
Например, насколько я помню, клешня хищных птиц так работает.
И то, что энергия тратится просто на то, что удерживать - это недостаток живой и человеческой биологии. Так-то зафиксированная к каком-то положении конечность может (и должна) находиться в такой позиции вечно.
либо механическая блокировка (как у ленивцев), которая ограничит скорость перемещения.
Да ладно. Какая разница для скорости, работает все это 'на сжать' или 'на разжать'? Направление прикладываемого усилия просто другое.
Но как универсальное решение — слишком узкая ниша.
У вас, кажется, какое-то не такое определение 'универсальное решение'.
Универсальное - это куда ни привез или ни поставил - будет работать. Хоть в цеху, хоть в лесу, хоть на стройке, хоть в пещере.
А то что вы предлагаете - как раз специализированное и ограниченно-достаточное 'для офиса'.
KEugene
28.08.2025 07:30Я всегда думал, что гуманоидность роботов - следствие подогнать новые инструменты в существующее окружение, инфраструктуру. Просто, в качестве примера, вместо того, чтобы делать автономный самосвал, экскаватор, бульдозер и еще массу всякой строительной техники, проще сделать одного "терминатора", который круглые сутки будет использовать существующий автопарк. Вероятно, есть смысл только в разделении на обычные модели и, так сказать, "heavy duty" для экстримальных условий и армии.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Именно так. Экономика простая: переделать миллионы единиц техники и зданий под роботов = триллионы долларов. Создать универсального робота под существующий мир = миллиарды. Разница в 1000 раз.
Ваш пример с "терминатором"-водителем идеален: Один гуманоид может управлять любой техникой — от легковушки до экскаватора. Не нужно роботизировать каждую модель отдельно. Сел, взялся за руль, поехал. Сломался робот — заменили за час. Сломался "умный экскаватор" — простой месяцами.
Мир создан под человека. Логично создавать роботов под этот мир, а не наоборот.MadLynx911
28.08.2025 07:30Поэтому проще постепенно заменять старые экскаваторы беспилотными, нет? Человек устроен как есть и создает свое окружение для собственного удобства. Но зачем париться с универсальным человекоподобным роботом, когда проще делать их специализированными? Нужен мойщик окон? Ему сподручнее с присосками, а не ногами. Городскому доставщику веселее на колесах или дроном... Люди придумывали приспособления для расширения возможностей. Начиная с палки, которой шарашили по башке ближних. Зачем делать руку, когда можно встроить эту самую палку?
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Насчёт специализированных роботов — Вы правы. Для узких задач они эффективнее. Мойщик окон с присосками, доставщик на колёсах, сварочный манипулятор — каждый оптимизирован под свою задачу и делает её лучше универсального решения.
Но есть экономическая проблема: для полной автоматизации предприятия нужны десятки типов специализированных роботов. Каждый требует отдельной разработки, производства, обслуживания, обучения персонала. Склад запчастей под 20 типов роботов — это кошмар логистики.
Гуманоид — это компромисс. Да, он моет окна хуже специального бота, возит грузы медленнее AGV. Но один тип робота закрывает 80% задач, требует одного типа запчастей, одной системы управления, одного обучения операторов.
Про "палку вместо руки" — логично для фиксированной задачи. Но что если сегодня нужна палка, завтра отвёртка, послезавтра надо набрать код на клавиатуре? Универсальный захват даёт гибкость. Это как смартфон vs набор отдельных устройств (камера, плеер, навигатор) — каждое устройство лучше в своей области, но смартфон удобнее.
Специализация победит там, где объём одинаковых операций огромен (конвейер). Универсальность — где нужна адаптивность (обслуживание, ремонт, работа в непредсказуемой среде).
inkelyad
28.08.2025 07:30Универсальный захват даёт гибкость.
Сравниваем - универсальный захват и (много) разных иструментов, которые он может хватать и использвать.
или
Универсальное посадочное место и (много) разных манипуляторов (читай-тех же самых инструментов), которые можно на это посадочное место поставить.
Все это объяснение проходит, если вы хотите зачем-то использовать именно человеческие ручные инструменты. (Хватаем дрель какой-то клешней, а не ставим сменную дрель-насадку на манипулятор)
Да, он моет окна хуже специального бота, возит грузы медленнее AGV. Но один тип робота закрывает 80% задач, требует одного типа запчастей, одной системы управления, одного обучения операторов.
И склада разных приспособлений, которые нужны, чтобы он мог это делать. Вместо мойщика окон, который сам может по стенам бегать вы покупаете робота и весь этот набор машинерии, которая его по стенам возить будет.
MaxAhmed
28.08.2025 07:30Я вот подумал, а за чем нам именно андроид целиком. Нельзя ли рассматривать это как платформу и навесное оборудование.
Минимальная конфигурация платформы - две ноги и грузовая площадка/контенер. Если нужно по ровной местности, но не далеко - берем ноги с выдвижными колесами и получаем робота на роликах :).
Нужна возможность разгрузки/погрузки и лазить по стремянкам - добавляем руку или 2.
Набор разрешенных конфигураций фиксированный, учим сразу на все…. Там где высокие требования надежности сборка на заводе и минимальные возможности по изменению конфигураций, а бытовой/офисный вариант приходит в виде шасси и набора разных конечностей и навесного оборудования.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Побуду, наконец, в роли "автора комментариев" ("боги Хабра" услышали мои молитвы :) и почеленджу идею.
Что работает в вашем подходе: Модульность действительно решает проблему универсальности. Базовая платформа (ноги + торс) + сменные модули (руки, инструменты, грузовые контейнеры) = адаптация под задачу. Это логично для B2B сегмента, где важна утилизация, а не внешний вид.
Где возникнут сложности:
Балансировка и динамика: Каждая конфигурация = новый центр масс и моменты инерции. Контроллер, настроенный на "две руки", упадёт с "грузовым контейнером сверху". Придётся либо ограничивать скорость движения до минимума, либо создавать адаптивный контроллер под каждую конфигурацию.
Интерфейсы крепления: Механические разъёмы для передачи больших усилий (манипуляция = сотни Нм момента) это сложная инженерия. Стоимость промышленных tool changer'ов для роботов — от $10K за штуку. Плюс электрические/пневматические/data разъёмы.
Экономика производства: Универсальная платформа = компромиссы везде. Будет проигрывать специализированным решениям в каждой нише. А модульность добавит 20-30% к стоимости из-за интерфейсов.
Где это уже работает: Universal Robots с их модульными манипуляторами, но это стационарные роботы. Для мобильной платформы пока успешных примеров нет — слишком сложная интеграция.
Ваша идея может сработать для узкого сегмента (например, складская логистика), но как универсальное решение — сомнительно.
PS. При этом поддерживаю подход - любые смелые идеи - это отлично!
MaxAhmed
28.08.2025 07:30Я в теме мало чего понимаю, так что поспорю из спортивного интереса :)
Выше по был разговор о том, что балансировке и движениям теперь обучают. То есть при наличии физической возможности проблема управления решаема стандартным контроллером с набором «прошивок»
Если мы говорим о скажем так, о домашних роботах то там экономичность в части движения скорее всего не на что не повлияет. А критично взаимодействие с людьми и инструментами (в широком смысле - утюг и открывашка для пива ). Так что наш клиент скорее всего мелкий-средний бизнес - могут купить относительного дорогой и сложный, но массовый механизм, а вот заказать специальный, вряд ли.
Мне кажется что основная ниша это всякие сервисные операции - открути-закрути, принеси-отнеси. То есть скажем в качестве механика грузовика я такого представляю, в качестве водителя нет. Грузовик автомат будет скорее всего стоить сильно меньше чем грузовик плюс робот, а экспедитор из такого робота вряд ли в обозримом будущем получится.
Tool changer не нужен. Обойдемся без автоматической смены конфигураций, а вот конечность для работы либо с человеческими либо спец инструментами в любом случае нужна. А вот их количество может варьироваться. Скажем от 1 до 3 или 4, но не больше.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Спасибо за комментарий и интересные вопросы - готов обсудить.
Вы правы, искусственный интеллект (особенно обучение с подкреплением и базовые модели) революционизирует балансировку и движение: вместо жёстких контроллеров роботы учатся на данных, адаптируясь к новым сценариям. Например, мы используем RL для динамической ходьбы, где "навыки" — это политики, обученные на миллионах симуляций, и это делает систему отказоустойчивой без ручной настройки.
Для домашних роботов экономичность передвижения действительно второстепенна — ключ в безопасном взаимодействии с людьми и объектами (взаимодействие человека и робота). Но энергоэффективность помогает в автономии (дольше без подзарядки). Клиенты — да, средний бизнес (склады, розница), где массовые гуманоиды (типа Figure 02) дешевле кастомных, с возвратом инвестиций за 1–2 года.
Согласен, основная ниша — сервис (поднос, уборка, доставка), где гуманоиды заменяют людей в повторяющихся задачах. Для грузовиков/экскаваторов лучше специализированные автономные системы (как Tesla Semi или Caterpillar autonomy) — гуманоиды не нужны, где нет среды, ориентированной на человека. Но в смешанных (например, строительных площадках) они могут помогать как помощники.
Смена инструментов — опция для универсальности, но вы правы, для массовых роботов лучше фиксированные 1–4 конечных эффектора (захват, щётка, сканер), как в Unitree G1 или Optimus. Это снижает сложность и стоимость, а обновления — через программное обеспечение. Если нужно больше — модульные руки, но не бесконечно.
AlexPublic
28.08.2025 07:30В целом статья весьма интересная (много интересных цифр из биологии, которых я раньше не видел). Если бы только не провокационный (потому что не верный) заголовок и отсутствие реального доказательства этого нагло выдвинутого тезиса в самом тексте. Потому что доказательством тезиса о лучшем не может быть сравнение с ещё каким-то одним решением, а может быть только сравнение со всеми возможными.
Как банальный контр-пример просто возьмём любого четырёхногого робота и приделаем ему снизу маленькие мотор-колёса. И мгновенно получим решение с такой же эффективность на пересечённой местности как у обычного четырёхнога и при этом превосходящую на порядок всех безколёсных (включая двухнога) на ровной поверхности.
Не буду тут показывать наши решения, так что просто оставлю тут это видео как пример подобного решения (на которое сейчас кстати смотрят многие ведущие разработчики в данной области):
P.S. Так что на мой взгляд двухногость является венцом эволюции только потому, что природа не смогла создать концепцию колеса.
Alozarian Автор
28.08.2025 07:30Спасибо за контр‑пример. Не спорю, что колёса на ровной плите объективно эффективнее по CoT — и на однотипных трассах их и нужно брать. Статья про другое: микс реальной “человеческой” инфраструктуры (двери, лестницы, узкие проходы, полки на высоте, двурукая работа) и TCO, а не только ватт‑часы на метр. Гибрид leg+wheel добавляет массу/ширину/узлы, усложняет сервис и ухудшает лестницы/ступени; по сумме это часто проигрывает бипеду в зданиях без ретрофита, где решают две свободные руки и проходимость «как у человека». Для длинных коридоров мы решаем задачу проще — тележка/«скейты»/док‑карт: колесная магистраль там, где она уместна, без утяжеления базы.
Развернуто:
Про “доказательства лучшего решения”. Мы и не утверждаем «лучшее вообще». Тезис узкий: локальный минимум TCO в человеческой инфраструктуре при условии двурукой манипуляции и лестниц без ретрофита. В этом допущении бипед даёт наименьший CAPEX на переделку среды и максимум повторного использования железа OTA‑сценариями.
-
Колёса vs. ступени/двурукая работа. Колёса выигрывают по CoT на ровной поверхности — согласен. Но колёсный или leg+wheel‑гибрид:
увеличивает ширину/радиус корпуса (ступицы/механизмы трансформации), что бьёт по дверям и лестницам;
добавляет узлы и точки отказа → выше сервис и ниже MTTF;
усложняет whole‑body: координация опор, переключения режимов, сертификация безопасности;
руки часто заняты опорой/балансом, и двурукая работа на высоте становится нештатной.
В сумме — хороший “супер‑AMR”, но не универсальный исполнитель внутри зданий без адаптации.
-
Что считаю «справедливым сравнением». В качестве предложения - бенчмарк‑набор, где сравниваются не только ватт‑часы/метр, а задачи:
пройти дверь стандартной ширины, открыть её с грузом;
подняться/спуститься по лестнице;
снять/поставить коробку с полки на высоте человека двумя руками;
-
проехать 200–300 м по коридору (здесь колесный модуль/тележка даст плюс — и это ок).
Вот на таком - с моей точки зрения - «миксе» и надо говорить о TCO и аптайме, а не о чистой локомоции.
Про гибридный подход. Ну, тут я не религиозен ))) : для «магистралей» используем стыковку с тележкой/скейтами или буксировку — получаем скорость колёс там, где это выгодно, не утяжеляя базу и не теряя лестницы/манипуляцию.
Формулировка заголовка. Согласен, в лоб провокация читается жёстко. Зато получилась интересная дискуссия.
Oncenweek
Странно, что двуногие роботы сравниваются с гипотетической 6-ногой платформой, но не сравниваются с 4-х ногой (любая современная "робособака"), хотя у такой платформы, как минимум, такое же количество приводов. И нет сравнения с более классическими колесными и гусеничными платформами, которые по энергоэффективности и затратам на вычисления уделают двуногого робота как тузик грелку. Единственно место, где двуногая платформа полезна - это готовые помещения, не предназначенные для роботов - с лестницами, узкие, но с высокими стеллажами/полками, где требуются манипуляции на высоте человека и наименьшая занимаемая площадь при достаточной проходимости
Alozarian Автор
Хороший пункт. По «чистой ходьбе» и на ровной плите колёса/гусеницы объективно эффективнее: их CoT обычно 0.05–0.2, у хороших квадропедов 0.4–0.6, у бипедов 0.3–1.0 (зависит от механики и контроллера). И по вычислениям картина похожая: динамика на дереве звеньев линейная по числу DoF у всех (RNEA/ABA – O(n)), но задачи whole‑body‑контрола с контактами растут примерно как O((n+c)³), так что «простые» колёсные выигрывают, пока нет ступеней/порогов и двуруких действий. Здесь я с Вами не спорю.
С квадропедами сравнение тоже понятное: для локомоции они стабильнее и зачастую экономичнее. Но ключевой критерий в «человеческой» среде — двурукая манипуляция при сохранении мобильности. У бипеда руки «не заняты опорой» — двери, ручки, выключатели, инструмент, высокий стеллаж, перенос коробки двумя руками — всё это делается без перестановки мебели и без «достраивания» манипуляторов. Как только к «робособаке» добавляют полноценные руки, растут DoF, масса, ширина корпуса и энергозатраты — и по TCO такая система быстро догоняет/перегоняет бипеда, теряя главное преимущество простоты.
Как мне кажется, компромиссы очевидны:
• Колёса/гусеницы — одноуровневые трассы, стабильные маршруты, максимум throughput.
• Квадропеды — внештатный рельеф, тяга и устойчивость при ограниченной манипуляции.
• Бипеды — здания «как есть»: лестницы, узкие проёмы, полки на высоте человека и задачи, где нужны две свободные руки без ретрофита помещения. Именно под эти сценарии мы и таргетируем платформу.
inkelyad
Зато добавляется эта самая мебель и вспомогательные механизмы. Попробуй ввинтить лампочку или сделать еще что-то под потолоком или на этом самом высоком стеллаже без стремянки/подъемника.
Alozarian Автор
Справедливое замечание: для работ под потолком нужен доступ — стремянка, подмости или подъёмник. Но это как раз аргумент в пользу бипеда, а не против него. Гуманоид единственный из мобильных платформ, кто без ретрофита может пользоваться тем же инвентарём, что и человек: подняться на лестницу с 3‑точечным контактом, держать инструмент двумя руками, работать с телескопическими насадками. Колёсам и «робособакам» для той же задачи придётся либо строить спецподиумы/рейки, либо навешивать отдельные манипуляторы — это прямой CAPEX и рост DoF/OPEX.
В наших сценариях «высота» закрывается стандартными средствами объекта: невысокая стремянка/площадка для потолка и стеллажей; для ещё выше — обычный ножничный подъёмник. Под это предусмотрен режим: лестничная/стремянная ходьба с 3‑точечным контактом, ограничения по трению/CoP в контроллере (QP‑WBC), страховочная привязь к анкерам. То есть бипед не отменяет стремянку — он делает её единственным дешёвым дополнением вместо переделки помещения под робототехнику.
inkelyad
Тут не очень понятно. Какие три точки?
Руки(обе) заняты тем, что ящик, который со стеллажа сняли, держат. Две ноги - на ступеньках стремянки. Тут и у человека некоторые проблемы будут, если ящик хоть сколько-то объемный и тяжелый.
Alozarian Автор
Речь про стандартное правило лестниц: две ноги + одна рука (или 1 нога + 2 руки) - это стандартное правило безопасности при работе с лестницами (оказывается, даже схемы есть ) Это правило выполняется именно во время перемещения по ступеням. Если обе руки заняты коробкой, перемещаться нельзя — робот (как и человек) сначала фиксируется и работает из статической позы.
Как может выглядеть безопасная процедура в наших сценариях:
Подъём без груза в режиме 3‑точек.
Фиксация к стремянке (захват бедром/тазовым упором, ладонью/локтем за стойку, страховочная стропа) — появляется третий контакт.
Снятие/установка ящика двумя руками из неподвижной стойки; при необходимости — крепление груза к груди/корзине или опускание через простую таль/стропу.
Спуск снова в режиме 3‑точек.
Для объёмных/тяжёлых предметов — не “бег по стремянке с коробкой”, а площадка/подъёмник или подъём через полиспаст/док‑станцию. Смысл моего тезиса: бипед совместим с тем же человеческим инвентарём и правилами охраны труда, а не в нарушении их.
inkelyad
Так во именно. Т.е. дополнительная конечность (какого-нибудь хватательного типа) для перемещения - резко все упрощает. "Бег по стремянке с коробкой" можно получить без использования дополнительных приспособлений.
Alozarian Автор
Смысл «3‑точечного контакта» я как раз поддерживаю — но это не про «добавить ещё одну конечность», а про режим работы. В бипеде третья точка появляется, когда нужно: локоть/предплечье/таз на стойку стремянки или край стеллажа, перила, коленный упор. В whole‑body контроллере это просто добавление контакта и ограничений трения; опорный многоугольник растёт, и предельная боковая сила при работе «вбок» увеличивается. Отдельный «третьий манипулятор» ради редкого случая даст мало пользы, но добавит 4–6 приводов, вес, ширину корпуса и усложнит задачу; системная MTTF упадёт. Проще и дешевле — делать дополнительный контакт теми же руками/тазом тогда, когда он нужен.
«Бег по стремянке с коробкой» — и для человека, и для робота это плохая практика: при занятых обеих руках вы теряете правило трёх точек. В моей голове последовательность такая: подняться налегке в 3‑точечном режиме → зафиксироваться (ладонь/локоть/таз, при необходимости — страховочная стропа) → взять груз из статической позы → опустить через таль/на грудной лоток/передать снизу → снова спуск в 3‑точечном режиме. Если задача требует переносить объёмные коробки по высоте, мы решаем это пассивными и копеечными средствами (грудной лоток/фиксатор, телескопическая рукоять, маленькая таль), а не усложнением морфологии.
Итог по TCO: та же универсальность, соблюдение безопасности и без новых приводов, которые придётся питать, обслуживать и сертифицировать.
Вместе с тем, в робототехнике есть направление через supernumerary robotic limbs (SRL) - дополнительные роботизированные конечностинезависимые от основных, и multi-modal appendages (добавляет доп. gripping элементы), которые усиливают базовый дизайн без полной перестройки.