что сейчас является целью развития робототехники
«Робот умен ровно настолько, насколько умен человек, который его создал»: как развивается робототехника в России и почему ее спасут дети
Еще 40 лет назад всё человечество, впечатлившись «Терминатором» Джеймса Кэмерона, трепетало при мысли о роботах, которые непременно нас уничтожат. Позже люди задумались: а что если они просто нас заменят — например, отберут рабочие места? Сегодня эта мысль беспокоит нас меньше, ведь роботы вошли во все сферы нашей жизни, но не как поработители или конкуренты, а как партнеры и помощники.
Что собой представляет рынок робототехники в России, где роботы уже используются, кем создаются и как будет развиваться эта сфера в ближайшем будущем? Разбираемся совместно с программой «Робототехника» фонда Олега Дерипаски «Вольное дело».
Роботы в России и в мире
Сначала разберемся в том, что считать роботами.
То есть кофемашина, созданная для выполнения определенной функции, к роботам не относится.
«Робот имеет широкий диапазон решений, и он может по-разному отреагировать на ту или иную ситуацию, — говорит Анастасия Сигинова, руководитель проектов компании „Аврора Роботикс“. — Например, в роботе-пылесосе заложена программа, он может объехать территорию и построить карту. Если у него будет стоять задача пылесосить в определенной комнате, то он найдет ее на своей карте и поедет именно туда».
Jelleke Vanooteghem / Unsplash
Анастасия Сигинова считает, что если механизмом управляют вручную, то это уже не робот, а управляемая машина. Хотя специалисты тоже спорят о том, что относить к роботам. В военной технике роботами называют любые механизмы с телеуправлением: например, если танком управляют из командного центра, то он уже считается роботом.
Компания Sberbank Robotics ежегодно представляет анализ мирового рынка робототехники. В отчете за 2019 год говорится, что наибольшая роботизация промышленности сейчас в Южной Корее: там насчитывается 710 роботов на 10 тысяч человек на производстве. При этом среднемировой показатель — 85, в Китае — 97, а в России всего 4. С одной стороны, это говорит о том, что мы порядочно отстали в плане автоматизации, а с другой — в России есть большой потенциал для роста направления.
Алиса Конюховская и Валерия Цыпленкова в книге «Рынок робототехники: угрозы и возможности для России» пишут, что в области сервисной робототехники у российских производителей больше шансов занять лидирующие позиции на мировом рынке, так как российский и мировой рынки сейчас формируются. По данным Национальной ассоциации участников рынка робототехники (НАУРР), с 2015 по 2017 год продажи в российских компаниях росли на 50% в год. Лидирующие области сервисной робототехники в России — роботы для общественных мест, в образовании и медицине. Около 20% сервисных роботов экспортируется.
К тому же есть высокий интерес к робототехническим специальностям. За последние пять лет они регулярно попадают в различные списки наиболее востребованных инженерных профессий. По специальности «Мехатроника и робототехника» обучают в 30 вузах в 19 городах.
Где используются роботы?
Современную медицину очень трудно представить без роботов. При лучевой терапии они способны учитывать движение опухоли при дыхании человека и действовать прицельно, не задевая здоровые ткани. Один из известных примеров — робот-хирург Da Vinci. Он проводит операцию через небольшие проколы, действуя микроскальпелями. При таком вмешательстве восстановление проходит гораздо быстрее, чем после обычной полостной операции.
«Если брать не российский, а мировой уровень, то робототехника применяется везде, — говорит Владимир Смирнов, старший преподаватель ДГТУ. — Начиная с промышленных роботов, которых использовали еще с середины прошлого века, и заканчивая нанороботами, которых планируется применять внутри организма человека в ситуациях, когда он даже об этом знать не будет».
Активное распространение получают автономные мобильные объекты — как военные, так и гражданские, в том числе транспортные и почтовые роботы. Ученые активно занимаются вопросом коллаборативного управления — это либо выполнение действий под супервизорным управлением человека, либо совместная работа двух роботов.
На различных производствах активно используются промышленные роботы, которые берут на себя все тяжелые действия и то, что требует высокой точности. Например, человек может варить металл с точностью до 1 миллиметра, а погрешность в действиях робота составляет сотые доли миллиметра. Современные автомобили собираются практически без участия человека. В сети есть много видеороликов с завода, где производят автомобили Tesla, и эта роботизированная линия завораживает.
Логистика — один из важных драйверов развития робототехники. Использование дронов и роботов на складе стало общемировой тенденцией. Например, на складах Amazon товары упаковывают роботы, что снижает операционные расходы компании на 20%. Товары обрабатываются быстрее, сокращается складская площадь, потому что роботы ее эффективнее используют.
Тот же Amazon активно продвигает доставку мелких грузов с помощью дронов, но пока в тестовом режиме. «Почта России» участвует в проекте по беспилотной доставке грузов, сейчас идут испытания дронов и проработка инфраструктуры. Компания «Яндекс» тоже разрабатывает роботов для доставки небольших грузов и еды. Но это небольшие колесные устройства, которые будут двигаться по городским тротуарам.
В книге «Рынок робототехники: угрозы и возможности для России» описаны рекордные показатели сектора образования: для обучающих программ в 2017 году купили 70 роботов, что составило 10% от общего объема продаж. Авторы книги также отмечают, что роботов используют для производства электроники и в химпроме, а в 2018 году интерес появился и у предприятий пищевой промышленности.
Как учат будущих робототехников?
Обучение начинается со школьных кружков, где дети создают первых роботов из конструктора Lego. Вообще, развитие робототехники в школах началось именно благодаря этой датской компании, которая в конце 1990-х придумала добавить к своим конструкторам программируемый блок, двигатели и датчики. Использование Lego в российских школах запустило первую волну образовательной робототехники, говорится в исследовании ВШЭ «Робототехника в России: образовательный ландшафт». Сейчас школьные кружки робототехники работают с учебно-методическими комплексами Lego. Детям показывают, что если к обычному конструктору добавить небольшую коробочку, то он станет самым настоящим роботом.
Программа «Робототехника» фонда «Вольное дело» Олега Дерипаски помогает детям с самого раннего возраста развивать творческие навыки и интерес к этой дисциплине. В первую очередь это образовательная программа. Ребят обучают робототехнике, мехатронике и программированию в образовательных центрах по всей России. Каждый год проходят инженерно-технические соревнования, на которых участники показывают результаты своей работы и вдохновляются для дальнейшего развития.
Какие дисциплины изучают участники программы «Робототехника»?
«Среди участников соревнования с 1-го по 11-й класс больше всего маленьких деток, — говорит Анастасия Сигинова, руководитель проектов компании „Аврора Роботикс“ и федеральный судья соревнований программы „Робототехника“ AutoNet 14+. — Им всё интересно, у них много свободного времени, и во многих школах есть конструкторы для занятий. Дети получают первоначальные навыки и учатся строить алгоритмы».
Например, может быть задание написать алгоритм, как взять яблоко и перенести его с одной точки на другую. Дальше им объясняют, что надо вытянуть руку вперед, разжать пальцы, взять яблоко и так далее. Дети начинают познавать робототехнику с таких простых заданий. Здесь даже не обязателен технический склад ума, гуманитарии тоже понимают, что такое алгоритмы, и могут применять их в жизни, говорит Сигинова.
По ее наблюдениям, постепенно дети отсеиваются, и к 14–16 годам остаются только самые мотивированные. Это сложный возраст, когда, с одной стороны, идет гормональная перестройка организма, а с другой — очень сильно возрастает нагрузка: школьники готовятся к ЕГЭ и определяются с будущей профессией. В робототехнике остаются только те, кому это действительно интересно и кто собирается поступать в вузы по направлению робототехники и мехатроники. Они активно участвуют в соревнованиях и олимпиадах, понимая, что за победу получат дополнительные плюсы при поступлении в ВУЗ.
«Программа „Робототехника“ способствует постоянному обновлению регламента существующих соревнований и появлению новых, — говорит Алена Азиатцева, главный судья соревнований Hello Robot. — Появились очень интересные направления Econet (поиск решения актуальных экологических проблем. — Прим. ред.) и Autonet (создание автономных транспортных и дорожных систем с распределенной сетью управления автотранспортом без водителя. — Прим. ред.), которые позволяют детям непрерывно развиваться. Там есть категории „10+“, „14+“, „18+“ для разных возрастов. Начиная с простого Lego и заканчивая реальными конструкциями, где, например, используется машинное зрение».
Алена Азиатцева рассказывает, что на фестивалях всегда много участников и у детей есть возможность попробовать себя на разных площадках. Плюс проводятся ежегодные федеральные учебно-тренировочные сборы, где педагоги могут обучаться, чтобы потом привезти эти знания к себе в регионы. Есть вебинары, на которых тренеры могут задать вопросы по регламентам, если они что-то не поняли.
Franck V / Unsplash
Зачем нужны соревнования по робототехнике?
Основатель фонда «Вольное дело» Олег Дерипаска говорит, что вся техника, которая окружает нас сегодня, придумана и создана инженерами, у которых было любопытство, желание узнавать неизведанное. «Именно от инженеров и технических специалистов зависит то, каким будет наш завтрашний день. Их идеи, основанные на творческом подходе, прочных знаниях и постоянном стремлении к новаторству, заставляют мир двигаться вперед», — считает он.
Будущее российской и мировой робототехники сейчас находится в руках детей, которые интересуются этой наукой, создают свои первые проекты, привозят их на соревнования, чтобы показать свои работы и посмотреть на чужой опыт.
«Дети, которые не могут выехать на большие соревнования, со временем теряют интерес, — говорит Марина Казакова, руководитель кружка робототехники в школе № 4 города Пикалево Ленинградской области и федеральный судья соревнований AutoNet 10+. — А когда они участвуют в больших соревнованиях, они окунаются в среду и видят других детей и другие проекты. В том числе и серьезные работы старшеклассников. Те ребята, которые были на всероссийских фестивалях, свои места в кружке уже не отдают. У нас места освобождаются только за счет выпускников или если появляется новое оборудование и тогда мы можем взять новых деток».
«Вы должны смотреть по сторонам, ваши прорывные идеи — это важно. Это то, что воспитывает в вас будущих инженеров».
Сейчас в программе «Робототехника» участвует более 15 тысяч школьников и студентов из 69 регионов России. За десять с лишним лет создано 500 ресурсных региональных центров, подготовлено более тысячи аттестованных инструкторов. С программой сотрудничают 27 вузов и 8 предприятий-партнеров.
Крупнейшие вузы России, где учатся участники соревнований программы «Робототехника»:
За время существования программы в фестивале PROFEST участвовали более 100 тысяч школьников. Каждый третий из них впоследствии поступил в технический вуз.
«Нынешние специалисты в области робототехники вырастают из творческих объединений, школ и учреждений дополнительного образования, — говорит Алена Азиатцева. — Когда ребенок с малых лет заинтересовался, попробовал, понял, что это такое, то он осознанно делает выбор в сторону профессии. И в итоге из таких детей получаются крутые специалисты. Многие ребята еще на этапе дополнительного образования создают системы, которые потом реализуются в разных областях».
Анастасия Сигинова вспоминает своих подопечных на детских соревнованиях, которых годы спустя она встречала в Сколково на конкурсах по созданию автономного беспилотного автомобиля, в составе команд крупных компаний или в качестве студентов факультетов робототехники. «Это очень приятно», — делится она.
Роботы оставят людей без работы?
В ближайшем будущем роботы принципиально не изменят жизнь человека, но если посмотреть на вопрос в далекой перспективе, то тенденции на общую роботизацию очевидны. Вот направления, которые в ближайшие годы повлияют сильнее всего на развитие робототехники в мире и в России в том числе.
«Однотипные, простые действия в будущем будут выполнять роботы, — продолжает Анастасия Сигинова. — Но люди совсем без работы не останутся. Нужны будут настройщики, схемотехники, программисты, операторы. Даже в полностью автономном сварочном цехе Toyota есть специалисты, которые пишут программы и отслеживают все операции. Поэтому говорить, что роботы сократят рабочие места, неверно. Просто люди будут заниматься более высококвалифицированным трудом».
Владимир Смирнов из ДГТУ также считает, что роботы не оставят людей без работы:
«Робот умен ровно настолько, насколько умен человек, который его создал и запрограммировал. Робот не может быть умнее человека. Всё равно надо будет обслуживать и создавать новых роботов. Просто появится другой вид рабочих мест».
Будущее за роботами: 11 трендов развития робототехники в ближайшие годы
Люди склонны переоценивать эффект новейших технологий на ближайшее будущее и недооценивать их влияние на далекую перспективу. Но это не отменяет того, что экспертному сообществу, государству и бизнесу нужна «дорожная карта» развития инновационных отраслей в обозримом будущем.
Авторы ежегодного обзора рынка робототехники, который выпускает Сбербанк, обсудили со специалистами фундаментальные тенденции в этой области и в докладе за 2019 год представили 11 направлений, которые в ближайшие пять лет окажут наибольшее влияние на развитие робототехники в России и мире.
Даже если учитывать простейшие промышленные манипуляторы, в 2019 году на одного робота приходится около 3,5 тыс. человек, и соотношение это едва ли вырастет без радикальных перемен в науке о материалах, из которых создается робототехника, уверены авторы обзора. Особое внимание они уделяют двум перспективным материалам:
2. Новые источники энергии, технологии ее сбора и хранения
Учитывая количество тепла, выделяемого при сгорании бензина и потребности человека в энергии, несложно высчитать, что если бы люди питались бензином, им нужно было бы всего 150 г топлива в день. В свою очередь, электромоторы сейчас еще менее энергоэффективны, нежели двигатель внутреннего сгорания. Чтобы роботы по своим возможностям могли конкурировать с человеком, нужны прорывные технологии в их энергообеспечении.
Например, это совершенствование нынешних литиевых аккумуляторов, создание новых элементов питания на основе водорода и прочее. Также нельзя забывать и об альтернативных, возобновляемых источниках энергии. Наконец, может быть реализована технология дистанционной подзарядки робота, например, от встроенных в пол или стены источников энергии.
3. Взаимодействие групп роботов и людей
Речь идет о системах управления беспилотным трафиком. Чтобы избежать несчастных случаев и аварий, транспортные роботы должны иметь канал взаимосвязи как с человеком, так и друг с другом.
4. Навигация в экстремальных условиях
Роботы должны понимать, что они делают и куда они двигаются не только в нормальных для человека условиях, но и там, куда люди просто так попасть не смогут: например, в горах или на морском дне.
Кроме этого, нельзя исключать ситуации, когда робот останется вообще без связи (например, под землей или при поломке спутника). На этот случай важно разрабатывать полностью автономную систему навигации для беспилотных устройств. Подобные наработки уже сейчас есть как за рубежом, так и в России.
5. Машинное обучение
Развитие искусственного интеллекта необходимо для создания действительно полезных и «умных» роботов. В перспективе нескольких лет аналитики Сбербанка выделяют в этой области четыре основополагающих вектора развития:
повышение эффективности использования нейросетей за счет усложнения их архитектуры или снижения энергопотребления;
обучение алгоритмическим процедурам вместо жесткого программирования, что упростит, а значит, и ускорит процесс получения машиной навыков;
массовое внедрение облачных сервисов для машинного обучения;
совершенствование двигательных действий роботов благодаря технологиям искусственного интеллекта.
6. Человеко-машинное взаимодействие
Экономика роботов, как и всех других инновационных технологий, заключается в повышении производительности труда. То есть автоматизация — это не самоцель, а инструмент повышения экономической эффективности. Авторы обзора склоняются к тому, что наилучший результат покажет не замена людей роботами, а их сотрудничество. По их словам, взаимодействие роботов и людей будет развиваться по четырем основным направлениям:
7. Манипуляционная робототехника
Авторы доклада Сбербанка полагают, что в ближайшие пять лет нас едва ли ждет прорыв в аппаратных технологиях для роботов («железо»), зато развитие программного обеспечения позволит увеличивать возможности и снижать издержки манипуляционной техники.
В первую очередь речь идет о совершенствовании обратной связи сенсоров. Робот, захватывая объект, должен будет детально сообщать оператору его вес, размеры, силу сжатия и т.д. Также новые компьютерные технологии позволят программировать более сложные траектории движения манипуляторов.
Одно из определений понятия «робот», которого придерживаются аналитики Сбербанка, гласит, что это машина, которая умеет воспринимать окружающий мир с помощью сенсоров, обрабатывать полученные таким образом сигналы и соответствующим образом реагировать. Удешевление, упрощение и совершенствование возможностей сенсорики — один из ключевых трендов развития робототехники в ближайшие годы.
Чтобы обучать роботов, нужны большие объемы данных. Чтобы их получать, необязательно строить модель робота — иногда это может быть экономически невыгодно, иногда даже опасно для человека. Поэтому объемы создания компьютерных симуляторов робота с расширением автоматизации будут только увеличиваться.
Фундаментально принципы создания приводных механизмов едва ли изменятся, но и тут авторы обзора находят поле для внедрения инноваций. Помимо указанных в первом пункте новых суперпрочных материалов, это могут быть новые двигатели и редукторы.
11. Проектирование и производство
Опять же речь идет в первую очередь об инновациях в программном обеспечении. Библиотеки электронных компонентов, качественные цифровые дневники, инструменты виртуальной реальности способны упростить процесс проектирования изделия.
На этапе же производства стимулировать прогресс робототехники станет появление новых материалов, их удешевление, а также развитие 3D-печати. Здесь также не обойтись без оптимизации программного обеспечения, которое позволит создавать новые машины проще и быстрее.
Полная автоматизация и замена человека: что ждет роботов через десять лет
Три сценария развития робототехники
Рост индивидуализации
Этот сценарий больше всего похож на то, что происходит в области робототехники сегодня. Скорее всего, компании начнут создавать кастомизированных роботов, направленных на решение задач, требуемых отдельным потребителям. Возможно, кто-то создаст робота, собирающего клубнику, или машину, способную взять образцы крови.
Конечно, стоит учитывать, что на этом рынке изначально будет очень высокий ценник. Более того, производители роботов не смогут увеличить объемы производства, чтобы снизить затраты. В такой среде преимущество будет у специализированных маленьких или средних компаний и стартапов, которые легко адаптируются под запросы потребителей и могут создать нишевый продукт.
Увеличение автоматизации
Второй вероятный путь развития робототехники. В этом случае роботы смогут занять рабочие места: появятся роботы-курьеры, роботы-сборщики и роботы для зарядки электромобилей.
Лидерами на этом рынке станут компании, способные масштабировать производство за счет создания дешевых мехатронных устройств. Таких роботов можно будет выпустить в массовое производство, спроектировать и приобрести онлайн.
Развитие искусственного интеллекта
Последний сценарий. Здесь можно ожидать развития мобильных и полностью автономных интеллектуальных роботов. Они смогут справляться со сложными и динамичными задачами: работать в аэропортах, вокзалах и в отелях.
На этом рынке главную роль сыграет разработка программного обеспечения. Потенциально при развитии такого сценария компании, создающие роботов, сместятся на второй план. Они скорее превратятся в платформы для тестирования новых вариантов ПО.
Способность учиться и полная автономность: тренды в области робототехники
Социальные тренды ускорят потребность в высокотехнологичных робототехнических решениях. С взрослением современного поколения, уже привыкшего использовать роботов, увеличится спрос на ассистентов, которые будут помогать с упражнениями, личной гигиеной, доставкой еды. Внимание к экологической повестке и принципам устойчивого развития сместит акцент в сторону роботов, выполняющих сложные задачи по сортировке.
Увеличится количество роботов в низкооплачиваемых сферах. Эксперты отмечают, что нехватка ручного труда и повышение заработной платы в странах, где раньше она была низкой, приведет к достаточно быстрой замене людей роботами. Сейчас, чтобы преодолеть проблему старения населения и роста заработных плат, роботизированные технологии начали активно внедрять на предприятиях Китая. С 2008 года зарплаты работников заводов в стране увеличились на 71%.
Искусственный интеллект и другие технологические решения сблизят людей и роботов. Развитие роботизированных технологий и увеличение возможностей ассистентов значительно упростят взаимодействие с ними. Искусственный интеллект вскоре позволит роботам без помощи людей справляться с неожиданными ситуациями. Роевой интеллект увеличит возможности мобильных роботов: они смогут распределять задачи между друг другом и даже изменять их. Системы визуализации способствуют развитию больше автономности во время анализа и проверки данных. Развитие сетей связи 5G и других коммуникационных возможностей станут толчком к увеличению радиуса действия роботов и облачных сетей, расширяющих вычислительную мощность роботов и датчиков.
Роботы начнут учиться. Сегодня решению задач реального мира роботы обучаются на специальных симуляторах, но это достаточно грубый метод, которого постепенно становится недостаточно: ситуативность и мгновенные решения роботам по-прежнему отчасти неподвластны. Тем не менее, несколько лет назад компания OpenAI, которая занимается изучением и разработками в области нейронных сетей, создала роботизированную руку, решившую самую популярную головоломку — кубик Рубика — без помощи человека.
Чтобы обучить этому руку, инженерам потребовалось 50 часов, в течение которых она получила опыт приблизительно в 100 человеческих лет.
Машины с условной автоматизацией освоят больше задач. Автомобили по-прежнему с помощью сигнала будут сообщать водителю о том, что необходима помощь, хотя их функционал значительно увеличится, вплоть до маневрирования без помощи человека в заранее запрограммированной местности. Эксперты BCG ожидают, что к 2030 году машины с автоматизацией третьего уровня будут составлять около 8% продаж на мировом авторынке.
Азиатские компании по производству робототехники, которые сейчас составляют малую часть рынка, начнут конкурировать с американскими и европейскими гигантами. Ретейлеры азиатских странах начинают активно модернизировать свои производства, чтобы удовлетворить растущий спрос на продукцию, поэтому производители роботов (в том числе стартапы) должны учитывать этот фактор и использовать его в качестве отправной точки для роста. Тем не менее, с 2017 года количество робототехнических компаний в Корее, Китае и Японии увеличивается достаточно быстро. Некоторые китайские компании уже могут составить конкуренцию производителям из Америки и Европы.