Взаимодействие университетов, академических институтов и промышленных предприятий должно помочь Томску занять лидирующие позиции в робототехнике
Три года назад у томичей возникла, на первый взгляд, совершенно безумная идея — провести финал чемпионата мира по футболу среди роботов 2018 года — Robot Soccer World Cup (RoboCup) — в Томске. Эти международные соревнования основаны в 1993 году и проходят в нескольких лигах. В частности, в футбол играют полуметровые роботы NAO (роботы-андроиды, которые выступают в роли футболистов) и роботы-спасатели (есть и такие). Идею неожиданно поддержал министр образования и науки РФ Дмитрий Ливанов. А ректор Томского университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) Александр Шелупанов даже предложил создать национальную федерацию RoboCup и провести национальный этап соревнований. Отсюда и начался томский роботехнический бум.
Вслед за этим Дмитрий Ливанов назвал образовательную робототехнику важным звеном профориентации и одобрил еще одно предложение томских университетов — внедрить учебно-методические комплексы по робототехнике в образовательные процессы школ и вузов России и создать в Томске межуниверситетский центр по робототехнике. Заместитель министра связи Марк Шмулевич обещал содействовать организации чемпионата, заметив, что Минсвязи активно поддерживает развитие робототехники. Заметим лишь, что россияне участвовали в Robot Soccer World Cup только в начале нынешнего столетия, а сами соревнования никогда в России не проводились. Ближайшие чемпионаты 2015 и 2016 годов пройдут соответственно в Китае и Германии. Но интрига совсем не в этом.
Роботомания в действии
Футбол, конечно, дело хорошее. Но даже если у томичей ничего не получится с проведением RoboCup, им, по крайней мере, удалось «пустить волну». Сегодня в Томске робототехникой занимаются все — от кружков «Умелые руки» до крупных компаний с большими амбициями. Разработок, связанных с искусственным интеллектом, — масса. Например, уникальный робот компании Mobirobotics, которого можно использовать на уроках в качестве наглядного примера физических законов, математических моделей, на уроках химии, при программировании и дизайне. Внешне робот выглядит как конструктор и состоит из колесной базы, видеокамеры, манипулятора, различных датчиков, солнечных батарей. Работает при подключении мобильного телефона. Игрушка? Возможно. Есть разработки и посерьезнее.
Объем мировой индустрии робототехники (включая промышленный и сервисный сегменты) оценивается примерно в 30 млрд долларов США. Безусловным лидером в производстве промышленных роботов остается Япония, которая занимает 52% рынка. Второе место удерживают немецкие компании с долей в 21,7%.
Российский рынок робототехники представлен преимущественно космическими управляемыми аппаратами, экстремальной, промышленной и военной робототехникой. Объем отрасли пока незначителен — на долю российского рынка промышленной робототехники приходится около 0,17% от мирового рынка. Наиболее развитым сегментом отрасли в России остается робототехника специального назначения, во многом использующая накопленный в советские годы потенциал, а основным потребителем промышленных роботов в стране остается автомобильная промышленность.
В Томском политехническом университете (ТПУ) создали уникального робота-сварщика, который может производить элементы для атомных реакторов. Год назад на него сделал заказ один из гигантов отечественной ядерной промышленности — Новосибирский завод химических концентратов, которому робот нужен для сварки топливных элементов атомного реактора. На таком производстве предъявляются особые требования к безопасности. Авторы разработки говорят, что им удалось превзойти все существующие аналоги. Его главная часть и гордость ученых ТПУ — источник питания. Чтобы обеспечить мгновенную сварку, цифровой синтезатор выдает силу тока до 24 тыс ампер буквально от бытовой розетки. Разработки зарубежных конкурентов требуют для такой сварки специальной энергетической установки. Интерес к томскому роботу уже проявляют в странах-участниках ядерного клуба. Первый на очереди Китай. Но на ближайшее время заказами политехников обеспечил отечественный производитель атомных реакторов. Заявка поступила от «Росатома», который намерен отказаться от закупки дорогостоящего и менее совершенного германского оборудования.
Представителей министерства обороны заинтересовала другая разработка томичей — робот-паук с трехмерным зрением, который может обследовать заброшенные шахты, искать людей под завалами, работать в местах ядерных аварий и лесных пожаров, а также выполнять функции военного разведчика. Робот с системой технического трехмерного зрения будет оборудован камерой, ультразвуковыми сенсорами и лазерным датчиком. Он сможет адаптироваться к потере конечностей. Например, если одна нога выйдет из строя, он на ходу перестроит модель движения и сохранит способность передвигаться. Так называемый гексапод может действовать автономно, умеет локализовать себя на местности, строить карты и распознавать объекты. Создание мобильного и производительного робота стало возможным после появления в 2014 году одноплатных компактных компьютеров, совмещающих в себе центральный и графический процессоры. Этот симбиоз в десятки раз увеличил производительность гексапода и повысил его энергоэффективность — для автономной работы будет достаточно пары небольших аккумуляторов, на которых он продержится до девяти часов.
Еще один пример — разработка Института оптики атмосферы СО РАН была подготовлена специально для военно-промышленного комплекса — это автоматическая система для слежения за небом в оптическом диапазоне. Практически робот-наблюдатель. «Он регистрирует полеты самолетов, небо над нами на больших дальностях в зависимости от высоты объекта над уровнем моря. Устройство состоит из канала общего обзора и канала локального обзора. Мы регистрируем различные ситуации в атмосфере, которые объясняют, почему иногда самолеты падают, а также пролетающие спутники. То есть, мы можем контролировать пространство в пределах видимой полусферы», — рассказал старший научный сотрудник института Виктор Галилейский.
«В настоящее время в Томской области формируется робототехнический кластер с центром робототехники, — говорит заместитель губернатора Томской области по научно-образовательному комплексу и инновационной политике Михаил Сонькин. — В Томске есть серьезные компетенции в промышленных предприятиях, вузах и научных организациях, которые способны поднять робототехнику области на новый уровень развития».
Науки роботов питают
Хотя наши представления о роботах давно сформированы фантастическими произведениями и фильмами, (вспомните, например, «Звездные войны»), эти устройства, созданные людьми, все еще являются объектом постоянного и довольно искреннего интереса. Неподдельное человеческое любопытство всегда тянется к искусственному интеллекту, его возможностям. Поэтому такие мероприятия, как, например, недавний научно-технический семинар по робототехнике в томском «политехе» вызывают настоящий ажиотаж. Очевидно, для этого есть причины.
Начнем с того, что целый ряд томских инновационных промышленных предприятий обладает базовыми компетенциями в робототехнике. Ведь робот — это по большому счету не андроид, читающий стихи по памяти. Это рабочая машина. Плюс к этому томские вузы подготовили основу роботостроения из смеси математических знаний, алгоритмов управления, программирования и электроники. Дальше все пошло самостоятельно.
Только по профильным специальностям робототехники в Томске обучается почти две тысячи студентов. Кадры для этой пока еще несколько экзотической области готовят три вуза — Томский политехнический (ТПУ) и Томский государственный университеты (ТГУ), а также ТУСУР. Кроме того, более 70% школ региона изучают основы робототехники, а при вузах функционируют три центра инновационного молодежного творчества.
Выставка томских разработок в сфере робототехники — апофеоз технической мысли. Последний раз на ней было представлено 85 экспонатов, созданных студентами и научными сотрудниками ТПУ, ТГУ, ТУСУР, педагогического университета (ТГПУ), а также институтов СО РАН. Свои разработки представили научно-производственные фирмы «Микран», «Элеси», «Элекард».
Здесь можно было увидеть не только танцующих роботов и роботов-футболистов, но и более серьезные разработки — мобильную платформу повышенной проходимости, автономное следящее устройство, установку для сварки рельс трением, аппаратуру связи для беспилотных летательных аппаратов, глубиномеры, способные работать под водой на глубине до десяти километров, и многое другое. Поэтому, когда томскими роботами интересуется Министерство обороны, — это лишь показатель высокого уровня местных разработчиков. А они, кстати, не стоят на месте.
Научно-производственная фирма «Микран», например, разрабатывает и производит электронные компоненты робототехнических систем, контрольно-измерительного оборудования, аппаратуры связи для управления автономными робототехническими комплексами, в том числе беспилотными летательными аппаратами. Одна из успешных разработок компании — робот-метеостанция. «Этот робот автоматически измеряет все метеорологические параметры. Комплекс в 2007 году принят в Вооруженных силах России и серийно изготавливается на нашем предприятии», — поясняет заместитель генерального директора НПФ «Микран» Валерий Кагадей.
Кроме того, богатый опыт в разработке и производстве электронных компонентов и модулей имеет компания «ЭлеСи». В промышленное производство успешно внедряет роботизированные комплексы «Томская электронная компания». Разработки компании «Элекард» охватывают машинное зрение, аналитику и интерпретацию данных, полученных оптическим методом. Опыт в разработке и производстве высокоточной механики имеет научно-производственный центр «Полюс», фирмы «Сибирский машиностроитель» и «Механика-про». Вообще на рынке робототехники сегодня успешно работают не только инновационные компании, но и машиностроительные предприятия. Например, «Манотомь» и многие другие.
Фактически все томские предприятия самодостаточны в продвижении своих робототехнических разработок, но активное участие томского научно-образовательного комплекса в развитии интеграционных проектов идет всем только на пользу. Например, проект по созданию автономных необитаемых подводных аппаратов арктического назначения нового поколения объединяет не только ученых, которые находят новые решения по телекоммуникационным средствам и бортовым измерительным комплексам, решают задачи 3D-моделирования и организации технического зрения. Здесь участвует целый ряд организаций и предприятий, которые решают вопросы создания новых композитных материалов и задачи группового управления.
Действительно, в Томской области сегодня большое внимание уделяется подготовке кадров в сфере робототехники, телемеханики, автоматического управления, кинематики и других смежных областях. Три кита томской робототехники — университеты, академические институты и промышленное производство, — сегодня активно наращивают взаимодействие, работают на пересечении интересов науки и реального сектора экономики.
Поэтому сегодня принципиально нет разницы, каких роботов создавать. ТУСУР может работать над антропоморфными роботами-футболистами, моделями промышленного погрузчика, над роботом с управлением через приложение на смартфоне, интеллектуальными системами «человек-робот» или создавать робота-гексапода для работы в труднодоступных местах. ТГПУ может развивать проект по созданию самоходных роботизированных установок и продолжать исследования по программе идентификации эмоций человека, которую можно использовать для выявления террористов. Ученые ТПУ при всей серьезности их работы, помимо комплексов для акустического контроля и средств для организации коммуникации под водой, могут изобретать танцующих роботов. Любое приложение знаний и навыков в робототехнике сегодня будет иметь эффект. Или, как минимум, будет способствовать получению самого главного багажа ученых — опыта. А с опытом можно замахнуться и на чемпионат мира по футболу среди роботов.
Владислав Михайлов