Есть мнение, что в области робототехники Россия сильно отстает от стран-лидеров. Это косвенно подтверждают аналитические сводки, согласно которым российские промышленные роботы не востребованы на мировом рынке.
Но, если верить отчету Международной федерации робототехники (IFR), у России большой потенциал — в 2019 году мы заняли второе место в мировом рейтинге компаний-производителей сервисных роботов.
Об особенностях и перспективах российской робототехники рассказывает профессор, декан факультета систем управления и робототехники Университета ИТМО Антон Пыркин.
Робот — уже не робот
Робототехника находится на стыке фундаментальной математики и «железа».
С одной стороны, вы придумываете робота, продумываете его инженерный дизайн, изготавливаете или печатаете на 3D-принтере необходимые детали: схваты, элементы, звенья, простейшие двигатели.
С другой, прикладываете к нему математическое обеспечение.
Стоит отметить, что робот не обязательно должен быть похож на человека, собаку или другое живое существо.
Такое представление было распространено в 80-90-е, когда большой популярностью пользовались фильмы вроде «Терминатор» или «Приключения Электроника».
Робот — это уже давно не робот в привычном понимании. Робот сегодня — это определенный способ решения ваших проблем, снятия с человека рутинных задач.
Чаще всего эти задачи сводят к формуле 4D: dull (скучно), dirty (грязно), dangerous (опасно) и dear (дорого).
Например, роботы могут контролировать состояние шахт, заказывать и привозить еду, напоминать о предстоящих делах или делать за вас уборку в доме.
Они могут быть воплощены в виде алгоритма, программы, специально разработанного устройства или даже химических молекул, так называемых нанороботов, которые используются для таргетной доставки лекарств.
Даже приложение в телефоне, например, Siri, это тоже робот. Самое важное в робототехнике — польза. Роботы должны делать жизнь человека более комфортной.
Лидеры или лузеры?
В 90-е годы в нашей стране произошла трансформация, и вся советская промышленная индустрия приняла на себя тяжелейший удар.
Нас заставили резко и без подготовки развернуться на 180 градусов.
Большинство предприятий, в том числе относящихся к военно-промышленному комплексу и космической отрасли, не выдержали давления, им было сложно адаптироваться под новый рынок.
Робототехника в те годы была сквозной технологией в основном для космической промышленности. Как самостоятельная область она стала оформляться только в начале 2000-х.
Это одна из причин, почему российская робототехника сегодня достаточно сильно отстает по уровню развития от других стран.
Наши стартовые условия в 90-е годы очень сильно отличались от того, что происходило в этой сфере за рубежом.
И наша миссия — это исправлять, найти себя и реализовать в этом большом, полном возможностей поле, вдохновлять молодежь и развивать эту область.
Но за последние 15 лет мы совершили большой рывок.
Примерно в 2008 году, когда ИТМО открыл образовательную программу по робототехнике, мы начинали движение в этом направлении медленными и поступательными шагами, где-то даже через силу, заставляя себя трансформироваться и учиться новому.
Сегодня же с нашим мнением считаются ведущие мировые лидеры в области робототехники, близкие по уровню к Boston Dynamics. Мы уже уверенно говорим с ними на одном языке и ведем совместные проекты.
Будет польза — будет финансирование
По аналитическому обзору от Сбера можно увидеть, что Россия вкладывает в развитие робототехники намного меньше денег, чем другие страны.
Мы занимаем 10-15 место по уровню финансирования этой области.
И кто-то скажет: «какое плохое государство, так мало вкладывается в такое перспективное направление». Но кто сказал, что оно должно давать деньги просто так?
Государство должно вкладываться туда, где есть ощутимая польза, где будет продолжение.
То есть, разработчики перед тем как просить деньги должны четко понимать и уметь объяснить, в чем польза проекта или исследования для общества.
Однако у нас пока мало кто задумывается о том, кому будет нужна его разработка завтра, как именно и куда она будет внедрена, насколько будет безопасна, что даст людям.
Чтобы это исправить, государству, бизнесу и ученым нужно смотреть в одном направлении — думать, что они вместе могут сделать полезного и востребованного для общества.
Например, великим ученым, почетным доктором ИТМО Рудольфом Калманом был разработан математический алгоритм, который подавляет помехи в инженерных приложениях до возможного минимума, — фильтр Калмана.
И сегодня без этого фильтра не обходятся многие устройства, в том числе наши смартфоны и навигаторы.
Вот именно таких разработок должно быть больше в российской робототехнике. Разработок, которые будут нужны многим.
Новая программа развития университетов «Приоритет-2030» сфокусирована именно на взаимодействии вузов с индустрией.
РНФ и другие российские фонды поддержки научных исследований также смещают фокус в сторону финансирования проектов с большим потенциалом внедрения.
В качестве яркого примера сотрудничества бизнеса с университетом можно привести роботов-курьеров для доставки еды от «Яндекса». Компании удалось договориться с американским университетом о том, что их цифровые курьеры будут доставлять еду их студентам.
И значимость разработки даже не в самой «железке на колесах», а в созданной системе управления, то есть нашим разработчикам удалось грамотно проработать алгоритмы объезда препятствий и доставки нужным маршрутом.
На мой взгляд, этот прецедент — показатель того, что российская робототехника конкурентоспособна и востребована на мировом рынке. Именно такие проекты стоит масштабировать и финансировать.
Как университеты работают с индустрией
Другой успешный пример взаимодействия университета и бизнеса — сотрудничество ИТМО с производителем беспилотных полугрузовых электроавтомобилей, британской компанией Arrival.
Все производство в этой компании происходит с помощью роботов, алгоритмов, машинного обучения. И мы с моей командой им помогаем.
В числе уже реализованных проектов — алгоритмы, благодаря которым их роботы стали более ловкими и надежными.
При этом сами устройства были удешевлены с помощью замены дорогостоящих датчиков виртуальными — программно реализованными алгоритмами оценивания нужных состояний робота.
Кроме того, мы создавали для Arrival различные конструкторские разработки.
Например, наш аспирант, сейчас он уже наш сотрудник, Иван Борисов разработал для них устройство для точного и одновременно силового захвата различных предметов, которое используется в роботах-манипуляторах.
У него получилось сделать многофункциональное устройство в несколько раз дешевле аналогов, при этом оно практически не уступает им в точности.
Помимо того, что мы решаем задачи наших партнеров, мы также готовим для них кадры, понимая уровень требуемых компетенций.
У нас есть специализации, которые финансируют индустриальные партнеры. Наши студенты образовательной программы «Робототехника», проходят практику в таких компаниях, как Arrival, Диаконт, Сбер, и многие остаются там работать.
Математика как сила российской робототехники
Где мы действительно можем приложить свои таланты, так это в математической инженерии.
Наша сильная сторона в том, что мы хорошо умеем программировать роботов, разрабатывать «умные» алгоритмы.
Как это работает: мы берем железную аппаратную задачу, переводим ее на математический язык, с помощью математических методов находим решение и затем воплощаем это решение в самом железе.
Звучит как алхимия, но это называется интердисциплинарным подходом, когда задачи одной дисциплины решают методами другой области знаний.
Разработанные нами математические методы описаны в ведущих научных журналах. Именно благодаря этим работам ИТМО стабильно входит в сотню лучших университетов мира по автоматизации и управлению в Шанхайском рейтинге.
Сейчас наши разработки используются отечественным лидером в области робототехники, компанией «Диаконт», которая производит и поставляет роботов по всему миру.
Их устройства работают в тяжелых экстремальных условиях — это роботы для диагностики газопроводов, теплосетей, емкостей с топливом. Они преодолевают десятки и сотни километров, сообщая информацию о наличии различных дефектов.
Этих роботов используют крупнейшие компании атомной, нефтегазовой, аэрокосмической и военно-промышленной отраслей, такие, как General Electric, Westinghouse, «Газпром», «Росатом».
Одно из самых востребованных решений от «Диаконт» — это электрические двигатели, которые обеспечивают высокоточное перемещение в линейном и поворотном направлениях.
Ежегодно там производят тысячи таких устройств. В каждом двигателе есть механический датчик, энкодер, который определяет положение ротора. Он стоит около 100$. Если учесть его интеграцию в устройство и настройку, то стоимость будет еще выше.
Мы предложили убрать этот датчик, а если точнее — заменить его на виртуальную программу.
У нас получилось это сделать, в том числе в сотрудничестве с известными учеными, которые приезжали в ИТМО в рамках программы «5-100».
Фактически мы заменили деталь в двигателе на компьютерную программу в 20 строчек.
То есть, мы потеряли немного в точности, но обеспечили полноценную работу двигателя без датчика.
В этом году мы получили патенты на наши работы и подписали с «Диаконт» лицензионный договор, окончательно передав разработки компании.
Формула успеха
Мы со своей стороны делаем все, чтобы преодолеть психологическую инерцию как в умах ученых, иногда забывающих думать о пользе своих разработок для общества, так и наших коллег с индустрии, требующих в кратчайшие сроки надежные и эффективные решения для немедленного внедрения.
Только совместная работа университетов и индустрии поможет нашей экономике стать сильнее. И успешный практический опыт реального взаимодействия вузов с бизнесом показывает, что у России есть все шансы укрепить свои позиции на мировом рынке робототехники.
Фото на обложке: Diakont/YouTube
Нашли опечатку? Выделите текст и нажмите Ctrl + Enter
Материалы по теме
ВОЗМОЖНОСТИ
20 апреля 2024
21 апреля 2024
21 апреля 2024