Однажды некто Россум открыл химическое соединение, которое имело все качества живой материи. Из этого вещества была сделана наделенная интеллектом машина. Так чешский писатель Карел Чапек в книге «Р.У.Р.» описывает создание человекоподобного робота. Это произведение 1921 года предсказало будущее и даже подарило миру само понятие «робот». Происходит оно от чешского слова robota, что в дословном переводе означает вовсе не обычную работу, а каторжный труд.
Два фронта: как классифицируют роботов
Полимеры и композиты позволяют находить новые решения для робототехники
Сделать машину, которая будет выполнять трудную и даже опасную работу – давняя мечта человека. Еще в мифах Древней Греции говорится о медном великане Талосе – страже царя Миноса с острова Крит.
Люди не только сочиняли, но и действовали. Например, в трудах изобретателя Филона Византийского, жившего в III веке до н. э., описан автомат-служанка, наливавший вино. Но несмотря на то, что конструировать «умные» машины пытался даже такой гений, как Леонардо да Винчи, вплоть до конца XX века все разработки были весьма далеки от желаемого. В современном понимании их роботами даже с натяжкой нельзя назвать.
Эксперты Сбербанка в аналитическом обзоре мирового рынка робототехники указывают, что сегодня роботы должны характеризоваться тремя базовыми свойствами. Во-первых, используя сенсоры, чувствовать окружающий мир. Во-вторых, обрабатывать полученную информацию, создавая и адаптируя модель своего поведения. И, наконец, действовать, изменяя окружающий мир.
Гиноид София
Яркий пример такого робота – гиноид по имени София, созданный китайской фирмой Hanson Robotics. Это, кстати, первый робот в истории человечества получивший гражданство (София является подданной Саудовской Аравии).
Обладая искусственным интеллектом, гиноид дает интервью, участвует в дискуссиях, встречается с бизнесменами и политиками, а может также быть компаньоном или сиделкой. София умеет говорить на множестве языков, включая русский, – она освоила его благодаря ученым из Новосибирского академгородка.
Реалистичный облик Софии – девушки с лицом актрисы Одри Хепберн – лишь «оболочка», желательная, но необязательная. Чтобы выполнять требуемые условия «чувствовать – понимать – действовать», машина может выглядеть как угодно. Важнее то, для чего она создана.
София – сервисный робот. Это весьма многочисленная группа, включающая в себя профессиональных (то есть используемых для работы) и персональных роботов. Их общее свойство – они действуют вне производственного цеха: там царят промышленные роботы.
Промышленные роботы: в режиме 24/7
В последние годы темп роста сегмента был в разы выше, чем мирового ВВП: 12% против менее 4% соответственно. Только в 2017 году, по оценке International Federation of Robotics (IFR), продажи составили 340 тыс. штук. Это исторический рекорд. Правда, как и в спорте, он недолговечен. По прогнозу IFR, в конце десятилетия ежегодно будет устанавливаться почти полмиллиона таких устройств, а их общее число превысит 3 млн. «Труд машин становится все дешевле: 24/7, без перерывов на обед, отпуск, болезнь. Роботы не делают ошибок, которые может совершить даже опытный специалист», – объясняет президент Национальной ассоциации участников рынка робототехники Виталий Недельский.
Японский робот FANUC
Главный потребитель, по его словам, обрабатывающая промышленность, безоговорочный лидер – автопром. С этой индустрии и началась история промышленных роботов: в 1961 году на заводе General Motors в Трентоне компания Unimation установила первую «умную» машину. Тогда она умела лишь захватывать раскаленные детали, опускала их в охлаждающую жидкость, после чего клала на конвейер. Сейчас роботы также умеют паять, обрабатывать и окрашивать детали, занимаются сборкой.
Поразительными стали и физические показатели «умных» машин. Например, робот M-2000iA/1700L японской FANUC способен поднимать груз весом до 1,7 т, а зона его досягаемости может достигать 6,2 м. Но есть и «малыши»: та же FANUC выпускает робота ABB IRB 120, который весит всего 25 кг. Его рабочая зона составляет до 58 см, причем он может управляться с миниатюрными деталями.
Коботы: тандем с человеком
Актуальный тренд – промышленные роботы, которые могут работать в тесном контакте с человеком, расширяя его возможности. Пионером здесь опять же была General Motors – еще в 1990-х компания заявила о планах по внедрению роботов, способных к тандему с рабочим на предприятии для эффективного выявления дефектов и сборки сложных узлов. Обычным промышленным роботам это было не под силу. Вскоре в цехах компании «трудоустроились» Intelligent Assist Device – машины-ассистенты. Правда, полноценными участниками производственного процесса их назвать было сложно: все действия строго контролировались человеком.
Первые самостоятельные устройства, так называемые коллаборативные роботы, или коботы, появились в 2008 году – их создала датская Universal Robots. Теперь коботы могут работать рядом с человеком, не создавая для него опасности за счет специальных датчиков и камер. До полного взаимопонимания еще далеко (см. интервью с Альбертом Ефимовым, руководителем Лаборатории робототехники Сбербанка, на стр. 14), однако работа в этом направлении уже идет, в том числе и в России.
Робот, который занимается поиском людей под завалами
Коботы пользуются все большей популярностью. По оценке Barclays Research, число таких машин ежегодно удваивается. Ожидается, что к концу 2020 года по всему миру их будет уже свыше 150 тыс. Интересных проектов становится все больше, один из них создан в Беларуси. Виктор Хаменок, основатель компании Rozum Robotics, начинал с антропоморфного робота, что весьма типично для многих разработчиков, стремящихся воплотить в жизнь свои самые смелые мечты. Однако созданный им робот, хоть и был похож на человека, мог выполнять крайне небольшое число операций: лишь держал в руках маркер и пытался рисовать. Зато потом был создан кобот PULSE – роботизированная рука для высокоточных операций. Это устройство, как надеются разработчики, сможет составить конкуренцию даже продуктам Universal Robots.
Логистические системы: окупить за три года
В численном выражении сервисных роботов намного больше, чем промышленных. Только в 2016 году в мире было продано 6,7 млн «умных» машин для персонального использования (в основном это пылесосы и игрушки), тогда как промышленных – несколько сотен тысяч. Однако в денежном выражении сервисному сегменту пока что далеко до промышленного. Два этих рынка оцениваются в 7,3 и 40 млрд долл. в год соответственно.
Впрочем, картина может измениться. «Сервисные роботы расширяют масштаб использования «умных» машин, в том числе за счет малого и среднего бизнеса, который раньше просто не мог себе этого позволить», – говорит президент Национальной ассоциации участников рынка робототехники Виталий Недельский.
Одно из наиболее массовых направлений на рынке сервисной техники – логистические системы. В их задачу входит управление потоком товаров, перевозкой, обработкой и упаковкой. Первый такой робот HelpMate появился в 1984 году (разработка американской компании Transitions Research Corporation). Эти машины умели автономно перемещаться по госпиталям, заменяя собой курьеров, а также частично взяв на себя обязанности медперсонала: переносили карты и даже раздавали больным лекарства.
Сегодня логистические системы намного сложнее. Несколько лет назад в интернете появилось видео, ставшее вирусным. На нем показано, как трудятся роботы Hikvision. Этими машинами китайская компания Shentong Express на 100% заменила работников склада. По оценке IFR, если складские роботы будут работать 24 часа в сутки, то срок окупаемости инвестиций составляет всего два-три года.
Другой популярный сегмент – беспилотники для доставки товаров. Первым, кто воспользовался такими роботами, был интернет-магазин Amazon. Сегодня в его логистическом центре практически нет людей – фотографии выглядят даже немного пугающе.
Роботы, которые умеют доставлять товары, еще далеки от идеала, поэтому в автономное «плавание» их еще никто не отправляет. Кроме того, это высококонкурентный рынок, ведь надо бороться не только с другими «умными» машинами, но и с обычными курьерами, услуги которых обычно стоят недорого.
Но появляется все больше решений на стыке разных секторов. Например, конструктор квадрокоптера «Клевер», который изготавливается из карбона, поликарбоната и PLA-пластика. «Идея в том, – рассказывает автор проекта, глава компании COEX Олег Понфиленок, – что робота пользователь собирает сам, программирует его на управляемый или автономный полет, модифицирует и потом только запускает в воздух». Таким образом, такой коптер может не только доставить груз, но и научить человека «дружить» с роботом. Коптер – понятный для любого новичка формат «умной» машины, а потому он пользуется спросом, уверяет разработчик.
Экзоскелеты: с позиции силы
Медицинский экзоскелет, созданный в России. Вес – 15 кг. Упрощает реабилитацию пациентов, восстанавливает подвижность после полной или частичной утраты функций
Одно из направлений сервисной робототехники можно вовсе выделить в отдельный «класс» – экзоскелеты. Это активные механические приборы с выраженными антропоморфными свойствами, подходящие по размеру оператору и работающие согласованно с его движениями. Если приводить аналогию из кино, то это одежда Железного человека. В реальном мире такие конструкции применяются на производстве, в логистике, военными и спецслужбами, а также помогают людям восстанавливаться после травм.
Например, в России компания «ЭкзоАтлет» выпускает одноименный медицинский экзоскелет. Он предназначен для сложной реабилитации после полной или частичной утраты человеком двигательных функций. Каркас робота со специальными датчиками крепится к ногам пациента, и он получает возможность ходить. Скорость и ширина шага настраиваются индивидуально благодаря специально разработанной адаптивной системе управления. Вес робота немал – 15 кг, но пациент его не ощущает.
Такие экзоскелеты уже используется более чем в 30 отечественных и зарубежных клиниках. О том, что спрос хороший, свидетельствует и такой факт: в апреле компания «ЭкзоАтлет» привлекла 5 млн долл. на развитие проекта от корейской Cosmo and Company Co. Теперь «ЭкзоАтлет» собирается открыть представительства в Японии, США, Китае и Индии.
Персональные машины: сервис на грани фантастики
Для большинства обычных людей все перечисленные выше машины хотя и удивительные, но все же непонятные игрушки. Тогда как есть роботы, более скромные по функционалу, но неизменно вызывающие огромный интерес, – это, конечно, машины для личного пользования.
Началом истории массового развития этого сегмента можно считать 2002 год, когда американская iRobot выпустила робот-пылесос Roomba. Это изобретение, отмечает исследовательская компания Tractica, сделало домашних роботов популярными. Однако сейчас рынок развивается не только в сугубо бытовом ключе. В Tractica считают, что на первые роли в сфере личного пользования уже к концу этого десятилетия выйдут автономные транспортные средства. Исследования в этом направлении ведут практически все автопроизводители. Например, только в России создано уже порядка десяти прототипов таких машин. Во время чемпионата мира по футболу к услугам болельщиков был беспилотный шаттл, который сделал КамАЗ в сотрудничестве с МАДИ.
Беспилотный шаттл, созданный КамАЗом в сотрудничестве с МАДИ
Среди персональных сервисных роботов есть и довольно необычные предложения. Например, американская Jibo выпускает робота-собеседника с аналогичным названием. Машина умеет делать фото и видео, заказывать еду, управлять элементами «умного» дома, читать электронные письма. При необходимости она подскажет рецепт блюда или сообщит прогноз погоды. На первый взгляд робот не сильно отличается от современного смартфона, снабженного помощниками вроде Алисы от «Яндекса» или Siri от Apple. Если бы не одно но: Jibo реагирует на настроение человека, он может не только поддержать разговор, но и рассказать анекдот, чтобы развеселить пользователя.
Голубая мечта человечества о том, что машина будет выполнять всю бытовую и профессиональную работу, как никогда близка к осуществлению. Однако роботов уже так много, что вопрос о том, какой именно будет машина мечты, все еще открыт.
Вызов десятилетия
Science Robotics составил список актуальных вызовов для робототехники. Под №1 в нем значатся «новые материалы и способы производства». Дело не только в том, что развитие современной робототехники невозможно без появления материалов, позволяющих воплотить в жизнь идеи конструкторов, но и в том, что полимеры и композиты позволяют находить принципиально новые решения. Журнал «Нефтехимия РФ» представляет топ-5 таких изобретений.
1. Аппарат Airic’s arm, разработанный немецкой фирмой Festo, внешне напоминает руку, которая по разнообразию движений мало чем уступает человеческой. Секрет в Fluidic Muscle, или «жидкостных мускулах». Это эластомерные шланги, армированные ромбической сеткой из арамидных волокон. В движение «мышцы» приводит сжатый воздух, при подаче которого шланги расширяются, а их длина сокращается.
2. Созданный китайской фирмой Hanson Robotics гиноид София поражает не только силой искусственного интеллекта, но и внешним видом. У робота лицо молодой женщины с очень выразительной мимикой. Такие возможности дает материал Frubber (flesh rubber) – губчатый эластомер, в котором применяются липид-бислойные нанотехнологии. «С помощью Frubber удалось воспроизвести клеточную структуру мышц и кожи человека вплоть до пор», – говорит основатель Hanson Robotics Дэвид Хансон.
Anisoprint Composer 3D-принтер
3. Еще в 2014 году сотрудники гарвардского Института Висса создали робота-оригами, который может самостоятельно переходить из плоской формы в объемную. Трансформацию обеспечивают полимеры с памятью формы, в которые встроены специальные приводы. Сфера применения таких материалов расширяется. Например, в мае этого года ученые из Швейцарии и США представили робота-пловца. Плавники, выполненные из полимеров с памятью формы, реагируют на температуру воды, заставляя машину грести.
4.
Изготовить легкий, но прочный экзоскелет без форм для литья становится проще. Такие возможности дает Anisoprint Composer – разработанный российскими инженерами из «Карфидов Лаб» и «Анизопринт» 3D-принтер. Инновационность устройства в том, что в процессе печати в полимер добавляется непрерывное армирующее волокно из углерода. В результате деталь по прочности вдвое превосходит алюминий и в 20–25 раз чистые полимеры. «Разработка позволяет заменить металлы композитами там, где раньше это было невозможно», – говорит гендиректор «Анизопринт» Федор Антонов.
5. Складывать и упаковывать фрукты и овощи, работать со свежей выпечкой – сферы, недоступные прежде роботам. Однако в 2015 году английская Soft Robotics выпустила машины, клещи которых изготовлены из полимеров. «В них нет датчиков силы, не проводятся сложные расчеты. Манипуляторы просто берут предмет», – говорит глава компании Карл Воз.
Юлия Громадская, Полина Бибик
