NAO

NAO — это автономный человекоподобный робот, разработанный французской компанией Aldebaran Robotics (впоследствии вошедшей в состав SoftBank Robotics). Предназначен для образовательных, исследовательских и развлекательных целей. NAO представляет собой компактного двуногого робота ростом около 58 см, оснащённого множеством датчиков, актуаторов и программным обеспечением для взаимодействия с человеком и окружающей средой.

История

Разработка NAO началась в 2004 году как проект компании Aldebaran Robotics, основанной Брюно Мезонье. Первая версия робота, NAO V1, была представлена в 2006 году. В 2007 году NAO заменил собачку-робота Aibo от Sony в качестве стандартной платформы для международных соревнований RoboCup (лига Standard Platform League). Это событие стало ключевым для популяризации робота в академической среде.

В 2011 году Aldebaran Robotics выпустила модель NAO Next Gen (V4), которая значительно улучшила вычислительные возможности (двухъядерный процессор Intel Atom) и добавила поддержку Wi-Fi. В 2014 году компания была приобретена японским холдингом SoftBank Group, после чего NAO стал частью линейки роботов SoftBank Robotics наряду с Pepper и Romeo. Последняя крупная версия, NAO V6, была выпущена в 2018 году. Она получила улучшенные аккумуляторы, более мощные процессоры и обновлённое программное обеспечение.

Конструкция и технические характеристики

Внешний вид и корпус

NAO имеет человекоподобный корпус из пластика и алюминия. Его рост составляет 58 см, вес — около 5,4 кг (в зависимости от версии). Робот оснащён 25 степенями свободы (DOF), что позволяет ему выполнять сложные движения: ходьбу, жесты, наклоны, захват предметов.

Датчики и сенсоры

• Камеры: две камеры (верхняя и нижняя) с разрешением до 1280×960 пикселей, обеспечивающие стереозрение.
• Микрофоны: четыре встроенных микрофона для распознавания речи и определения направления звука.
• Ультразвуковые дальномеры: два сонара (спереди и сзади) для обнаружения препятствий на расстоянии до 0,7 м.
• Инфракрасные датчики: для измерения расстояния до объектов (в передней части корпуса).
• Тактильные датчики: на голове, руках и ногах для реагирования на прикосновения.
• Инерциальный измерительный блок (IMU): гироскоп и акселерометр для поддержания равновесия.

Актуаторы

NAO использует сервоприводы с обратной связью по положению и моменту. Каждый сустав (плечи, локти, бёдра, колени, голеностопы) оснащён отдельным двигателем. Максимальная скорость ходьбы — около 0,3 м/с.

Вычислительный блок

В зависимости от версии:

• NAO V3–V4: процессор Intel Atom Z530 (1,6 ГГц), 1 ГБ ОЗУ, 2 ГБ флеш-памяти.
• NAO V5–V6: процессор Intel Atom E3845 (1,91 ГГц), 4 ГБ ОЗУ, 8 ГБ флеш-памяти.

Операционная система — NAOqi OS (на базе Linux). Программное обеспечение включает фреймворк NAOqi для управления поведением робота.

Аккумулятор

Литий-ионный аккумулятор ёмкостью 48,6 Вт·ч (V6) обеспечивает до 60 минут автономной работы при активном использовании (ходьба, речь) и до 90 минут в режиме ожидания.

Программное обеспечение

NAOqi

Основная операционная система и фреймворк для управления роботом. NAOqi предоставляет API для доступа к датчикам, актуаторам, аудио- и видеосистемам. Программирование возможно на нескольких языках:

• Python (через модуль naoqi).
• C++ (через SDK).
• Choregraphe — визуальная среда разработки, позволяющая создавать поведение робота без написания кода (с помощью блок-схем).
• JavaScript (через WebSocket API).

Распознавание речи и синтез

NAO поддерживает распознавание речи на нескольких языках (включая русский, английский, французский, японский, немецкий). Синтез речи осуществляется с помощью встроенного TTS-движка. Робот может вести диалог, отвечать на вопросы и выполнять голосовые команды.

Компьютерное зрение

NAO способен распознавать лица, объекты, цвета и движение. Для этого используется библиотека OpenCV, интегрированная в NAOqi. Робот может отслеживать человека, следовать за ним или выполнять действия на основе визуальных маркеров (например, QR-кодов).

Применение

Образование

NAO широко используется в школах и университетах для обучения программированию, робототехнике и STEM-дисциплинам. Благодаря визуальной среде Choregraphe, робот доступен даже для начинающих. В России NAO применяется в некоторых образовательных центрах (например, в «Кванториумах») для проведения уроков по информатике и робототехнике.

Научные исследования

NAO служит платформой для исследований в области:

• Робототехники: управление движением, балансировка, навигация.
• Искусственного интеллекта: машинное обучение, обработка естественного языка, компьютерное зрение.
• Социальной робототехники: взаимодействие человека и робота, эмоциональное восприятие, обучение с подкреплением.

NAO участвует в соревнованиях RoboCup, где команды программируют его для игры в футбол.

Развлечения и сервис

NAO используется в качестве аниматора на мероприятиях, в музеях и торговых центрах. Он может танцевать, рассказывать истории, играть в игры. В некоторых странах (например, в Японии) NAO применяется в домах престарелых для общения с пожилыми людьми.

Медицина

NAO применяется в терапии детей с расстройствами аутистического спектра (РАС). Робот помогает развивать социальные навыки, коммуникацию и моторику благодаря предсказуемому поведению и возможности повторять действия.

Версии и модификации

Критика и ограничения

Основные недостатки NAO:

• Высокая стоимость: цена робота составляет от 8 000 до 12 000 долларов США в зависимости от комплектации, что ограничивает его массовое распространение.
• Ограниченная автономность: время работы от аккумулятора (около 1 часа) недостаточно для длительных сессий.
• Сложность программирования: хотя Choregraphe упрощает разработку, создание сложных поведений требует знания Python или C++.
• Устаревание аппаратной части: по сравнению с современными роботами (например, Boston Dynamics Atlas), NAO имеет низкую скорость ходьбы и ограниченные сенсорные возможности.

Интересные факты

• NAO стал первым роботом, который использовался в качестве стандартной платформы в RoboCup.
• В 2015 году NAO участвовал в эксперименте по обучению роботов социальным нормам: его программировали на вежливое поведение (например, просьба пропустить).
• Версия NAO V6 имеет встроенную поддержку облачных сервисов SoftBank, позволяющих обновлять ПО и загружать новые навыки.
• В России NAO используется в некоторых вузах (например, МГУ, МФТИ) для исследований в области робототехники и ИИ.

Источники

1. Aldebaran Robotics. «NAO Documentation» (2018).
2. RoboCup Federation. «Standard Platform League Rules» (2023).
3. SoftBank Robotics. «NAO Technical Specifications» (2020).
4. Журнал «Робототехника и техническая кибернетика», №4, 2019.
5. Международная конференция по робототехнике ICRA, доклады о применении NAO в образовании (2016–2022).