Шахматы и роботы

Почему-то захотелось написать эту статью. Наверное тяга к мемуарам возникает не только у военачальников, но и у инженеров, рассматривающих свою жизнь как череду проектов (современным языком — стартапов).

Итак, начало 2000-х и, добившись неплохих (по моему мнению) успехов в предыдущем проекте — Шахматы и покорение мировых вершин своей дочери — Александры, решил вспомнить советское инженерное образование и замахнуться на… историческую легенду — Турка (автомат Кемпелена). 250 лет назад выдающийся австрийский и венгерский изобретатель Вольфганг Кемпелен, сконструировал механического шахматного игрока, прадедушку современных шахматных компьютеров. Автомат Кемпелена гастролировал по всей Европе от Вены до Парижа и Лондона, обыгрывая вельмож и даже коронованных особ — Фридриха Великого и Наполеона. Попытки проникнуть в тайну автомата предпринимались неоднократно, нередко самыми злокозненными способами, ставившими под угрозу жизнь Кемпелена и его спутников. Очень подробно об этом артефакте изложено тут.

В 2019 вышла интересная книга: Виктор Хенкин «Одиссея шахматного автомата».

Надо сразу сказать, что игра роботами в шахматах практиковалась и до моей затеи, особенно этим любили заниматься на всевозможных выставках по промышленной робототехнике. С целью привлечения внимания публики. Но меня, как уже профессионального деятеля шахмат, это не впечатляло. Во-первых, в медленном перемещении фигур на шахматной доске роботом. обычно на это у них уходило 5-10 секунд на один ход. Игра напоминала игру дедушек в парке. Поэтому, как ориентир, была поставлена цель — робот должен обыгрывать в блиц (5 минут на партию каждому сопернику) любого белкового соперника. Для стимула я даже заключил пари с Володей Крамником (на тот момент чемпион мира) — если я сделаю такого робота — чтобы он сыграл с ним партию. Володя высказал — такого робота, перемещающего точно и так быстро фигуры (не более 2 секунд на ход) создать невозможно. Забегая в будущее — пари я выиграл и он сдержал свое слово — сыграл (тут видео). Почему надо делать ход быстро, желательно не дольше 2-х секунд? 5-ть минут на партию это 300 секунд. Если на ход будет уходить 5-ть и более секунд, то существует вероятность, что сильный гроссмейстер будут сражаться до последнего материала (патрона) и тупо снесет флаг роботу. Это блиц — игра не только на мат но и на время.

Начнем с того, что роботу надо как то знать, где находятся и какие фигуры на шахматной доске. Еще в начале 90х голландская фирма DGT разработала электронные шахматные часы и доски. Для демонстрации шахматных партий с реальных турниров в интернете. В каждой фигуре был свой датчик (контур) и под каждой клеткой принимающий элемент. Благодаря этой технологии мы могли быстро получать текущую позицию и время и, отправлять ее в игровой модуль (движок) он, в свою очередь выдавал ответный ход и переправлял в блок управления роботом. Так и все это работает.

Можно сказать, что ничего своего мы не создали — взяли готовенькое, объединили это в систему и вуаля. Ну, во-первых, само объединение — это у роботостроителей называется интеграция, что является не тривиальной задачей. Во-вторых, потребовалось написание нескольких программ и самого основания — стола для игры.
Новое в самом прямом смысле всё-таки мы создали — это СХВАТ. Или по человечески — кисть. Дело в том, что робот Кука, как впрочем и другие роботы поставляется без всякой оснастки. Фирма специализируется только на «голых» манипуляторах. А вот схватами — это уже творчество других фирм и интеграторов.

Выяснилось, что схваты для промышленности бывают пневматические и электрические. Пневматические были отброшены по причине их шумности, а самое главное, небезопасности для первых лиц, которым потребовалось сыграть с роботом на презентации и тд. А пневматика — это баллоны со сжатым воздухом и тд. Табу.
По электрическим схватам — все западное и жутко дорогое — от 7-10 000 евро ((. Но это полбеды, основная в том, что у них три пальца! И этими тремя пальцами есть большой риск не захватить неровно стоящую фигуру( играете с человеком, а он все на доске ставит через…( не точно в центр клетки). Или она вылетит при сжимании, как фигушка.

Вот и задача — необходим схват с четырьмя пальцами. Каждый палец будет направлен в углы клетки. И берем все фигурки за нижнее, круглое основание, таким образом не будет проблем с тем же конем и пальцы не застрянут в его морде.

Мы сделали схват с четырьмя пальцами, на базе мотор-редуктора стеклоподъёмника ВАЗ. Работает отлично. На сжатие-отпускание уходи не более 0.35 секунды.

Но и это было с проблемами, при быстрых скоростях сжимания, фигуры с разным диаметром основания( у пешек он самый маленький). Пешки могли проскочить сквозь и с четырьмя пальцами. Решение нашлось — смешное и изящное — через концы четырех пальцев было натянуто кольцо-резинка, оно то и не давало улетать пешкам. Все заработало!

Начали оптимизировать движение манипулятора в пространстве. Его работа — зависает над фигурой — опускает пальцы в 2-х мм над доской-захватывает фигуру- поднимает ее на высоту выше самой высокой — перемещается к другой клетке — опускает на 1 мм — разжимает схват — поднимается — идет в домашнюю точку-ждет следующего хода. Рокировка и превращение состоит из 2-х ходов.

Тут пришла мысль — часто мы можем не поднимать и опускать фигуру а перетаскивать ее по доске, где это возможно. И это сильно сократило среднее время на ход! Движения манипулятора стали похожи на человеческие.

Ну и как, вишенка на торте, робот может играть сразу с тремя соперниками. Есть историческое видео, когда он одновременно играет с Сергеем Карякиным, Яном Непомнящим и Володей Поткиным. Все эти шахматисты в представлении не нуждаются. В блиц и с темя гроссами! Результат 2.5 на 0.5. Одному Сергею удалось убежать на ничью, в ладейном эндшпиле без пешки.

С кем только мы не играли и в каких мероприятиях не участвовали. От премьер-министра РФ до… Да и образы робот принимал всякие.

В целом проект, несмотря на тяжесть перетаскивания комплектующих (стол-то тяжелый, т.к. при легком он бы летал вместе с манипулятором, имеющим большой момент, масса манипулятора — 50 кг и это самый быстрый манипулятор в мире) оказался удачным во всех смыслах — есть что вспомнить!