Робототехника — глобальные перспективы, самые перспективные компании и проекты

Роль роботов в нашей жизни

Мы еще определенно не достигли уровня роботизированной автоматизации, предсказанного нашими предками

Однако роботы стали важной частью мира, в котором мы сейчас живем. Крупные роботы заполняют фабрики по всему миру, помогая автоматизировать процессы, которые раньше требовали человеческого вмешательства. Крошечные роботы помогают врачам оперировать пациентов в новых сложнейших операциях

Они способны решить медицинские проблемы, которые раньше были смертельными.

У нас даже есть роботы в наших домах. У некоторых людей есть пылесосы-роботы, автоматически передвигающиеся по ковру взад-вперед, собирая крошки от печенья и кошачью шерсть. У многих людей также есть роботы на кухонном столе, с которыми можно разговаривать. С помощью простого запроса они могут услышать актуальную погоду, получить рецепт шоколадного торта, или заказать новый шпатель для переворачивания блинов.

Робототехника

• Роботы (робототехника)
• Робототехника (мировой рынок)
• Обзор: Российский рынок промышленной робототехники 2019
• Карта российского рынка промышленной робототехники
• Промышленные роботы в России
• Топ-30 интеграторов промышленных роботов в России
• Карта российского рынка промышленной робототехники: 4 ключевых сегмента, 170 компаний

• Технологические тенденции развития промышленных роботов
• В промышленности, медицине, боевые (Кибервойны)
• Сервисные роботы
• Collaborative robot, cobot (Коллаборативный робот, кобот)
• IoT — IIoT — Цифровой двойник (Digital Twin)
• Компьютерное зрение (машинное зрение)
• Компьютерное зрение: технологии, рынок, перспективы
• Как роботы заменяют людей
• Секс-роботы

• Искусственный интеллект (ИИ, Artificial intelligence, AI)
• Обзор: Искусственный интеллект 2018
• Искусственный интеллект (рынок России)
• Искусственный интеллект (мировой рынок)
• Искусственный интеллект (рынок Украины)
• В банках, медицине, радиологии, ритейле, ВПК, образовании, Автопилот, транспорте, логистике, спорте, СМИ и литература, видео (DeepFake, FakeApp), музыке

• Национальная стратегия развития искусственного интеллекта
• Национальная Ассоциация участников рынка робототехники (НАУРР)
• Российская ассоциация искусственного интеллекта
• Национальный центр развития технологий и базовых элементов робототехники
• Международный Центр по робототехнике (IRC) на базе НИТУ МИСиС

Robot Control Meta Language (RCML)

• Машинное обучение, Вредоносное машинное обучение, Разметка данных (data labeling)
• RPA — Роботизированная автоматизация процессов
• Видеоаналитика (машинное зрение)
• Машинный интеллект
• Когнитивный компьютинг
• Наука о данных (Data Science)
• DataLake (Озеро данных)
• BigData
• Нейросети
• Чатботы
• Умные колонки Голосовые помощники

• Безэкипажное судовождение (БЭС)
• Автопилот (беспилотный автомобиль)
• Беспилотные грузовики
• В мире и России
• Летающие автомобили
• Электромобили

Беспилотный летательный аппарат (дрон, БПЛА)

Bosch

Занимается созданием всего, что связано с движением без помощи рук. Bosch поставляет самые умные и эффективные роботизированные машины, которые умеют самостоятельно передвигаться и стричь траву. Bosch смогла развернуть бизнес на 170 миллионов долларов в Европе благодаря своей лучшей модели Indego. Газонокосилка способна даже составить карту газона и срезать траву по заранее распланированным параллельным линиям. Если газонокосилка разрядилась, то после подзарядки она начнет оттуда, где закончила. Также компания анонсировала автономные автомобили, пытаясь представить испытания Google в этой области детскими забавами.

Для чего нужна робототехника

Удивительно, но история робототехники, сравнительно молодой науки, насчитывает тысячелетия. Люди давно нуждались в помощниках, которые смогли бы взять на себя тяжелую, монотонную и опасную работу. С другой стороны, механизмы использовались и для развлечений.

В этих противоположных направлениях и развивалась сложная и увлекательная отрасль знаний, которая опирается на открытия во всех естественных и технических науках. Не последнюю роль в становлении робототехники играют информационные технологии.

Автоматы и приспособления, которые просто выполняют заложенную в них последовательность операций, не опираясь на данные из внешнего мира, к этой категории не относятся. Наличие простейших подобий органов чувств и системы обратной связи с тем, кто управляет механизмом, также обязательны. Но без достижений в области механики о робототехнике не шло бы и речи. Поэтому вначале следует вспомнить об инженерах далекого прошлого.

Предыстория изобретения роботов (XV-XIX века)

1500 год. Франция поражена механизированным львом Леонардо да Винчи. Когда король посещал Милан, этот механизм двигался и представлял герб государства.

1617 год. Джон Непер разрабатывает элементарное вычислительное устройство.

1623 год. Вдохновлённый разработками Непера, Вильгельм Шиккард из Германии создаёт счётную машину, работающую с шестиразрядными десятичными числами.

1642 год. Паскаль излагает видение механизированной машины, способной слагать и вычитать числа самостоятельно.

1891 год. Мечта о беспроводной электрификации города привела Николу Тесла к изобретению катушки, производящей напряжение высокой частоты. Принцип действия объяснял природу возникновения электричества и возможности его использования.

1893 год. Тесла создаёт асинхронный двигатель, питающийся от сети переменного тока. Опираясь на различая в скорости движения и направления вращения магнитных полей статора и ротора, достигается вращение ротора.

1894 год. Никола Тесла патентует электродинамическую индукционную лампу, обладающую рядом конкурентных преимуществ, по сравнению с аналогами того времени.

Робот Atlas

Модель обладает ростом в 188 см, а вес составляет почти 150 кг. В движение робота приводят 28 механических, гидравлических и тепловых приводов. Самое интересное, что внутри этой машины отсутствует аккумулятор, как и любые другие источники энергии. Робот питается от специального преобразователя энергии мощностью 15 кВт, который работает через стандартную электрическую сеть напряжением 480 Вольт. Изначально робот был создан в целях ликвидации чрезвычайных ситуаций и даже техногенных катастроф. Atlas легко передвигается по пересеченной местности и может ходить по валунам, а с помощью рук карабкаться по вертикальным препятствиям.

Строение робота

Каждый робот состоит из следующих базовых компонентов:

• Рама или тело робота;
• Блок управления;
• Манипуляторы;
• Ходовая часть.

(Наглядное устройство робота)

Робот может быть любых форм и размеров. Именно рама или тело робота является основой его конструкции и определяет внешний облик. Среднестатистический человек при слове «робот» представляет человекоподобное существо из металла. Этот образ навязан многочисленными фантастическими кинофильмами.

На самом же деле большинство роботов совершенно не похоже на человека. Главное для робота – это его функциональность, а не то, как он выглядит.

Контроль за работой робота осуществляется при помощи системы управления. Она включает в себя огромное количество датчиков, которые помогают технике взаимодействовать с внешним миром.

(На картинке робот Humanoid)

Система управления роботом предполагает целый набор алгоритмов, благодаря которым решаются те или иные задачи. В работе робота происходит постоянный обмен данными между датчиками и центральным процессором (ЦП). Алгоритмы и программное обеспечение создаются человеком.

Для физического контакта с объектами внешней среды используется манипулятор. Данный элемент не является обязательным. Как правило, манипулятор не является частью рамы/тела робота. Используется для решения конкретных задач в различных отраслях.

Ходовая часть робота также не является обязательной, и наличествует лишь у тех роботов, которым необходимо передвижение в пространстве. В качестве средств для перемещения чаще всего используются колеса.

Google

Занимается созданием и инвестициями в роботов, которые способны изменить мир. Самоуправляемые автономные автомобили, разработанные Google, уже проехали около миллиона километров — и без единого инцидента. В прошлом году компания купила производителя бегающих, прыгающих и ходячих роботов Boston Dynamics, а также стартап из Токио под названием Schaft, использующий охлажденные электронные моторы для питания гуманоидов ростом в полтора метра. Если прибавить ко всему вышеперечисленному недавние покупки — разработчика устройств для дома Nest и компанию DeepMind, занимающуюся разработкой искусственного интеллекта, то получится, что именно Google находится на гребне создания машин, наделенных разумом.

Примечания

1. — статья из энциклопедии «Кругосвет»
2. Робот //  :  / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
3. Чапек //  :  / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
4. .
5. .
6. , с. 6.
7.  (недоступная ссылка). Дата обращения 14 сентября 2008.
8.  (Проверено 10 октября 2015)
9. .
10. , с. 3.
11. . // Lenta.ru (1 мая 2015).
12. , с. 174.
13. Kwoh Y. S., Hou J., Jonckheere E. A., Hayall S. A robot with improved absolute positioning accuracy for CT guided stereotactic brain surgery // IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 35 (2), 1988. — P. 153—161.
14. ↑

15. . robot-review.ru (21 сентября 2015). Дата обращения 17 января 2016.

16. . Lenta.ru (3 апреля 2009). Дата обращения 8 января 2010.
17. . ТАСС (16 мая 2016). Дата обращения 17 мая 2016.
18. Градецкий В. Г., Вешников В. Б., Калиниченко С. В., Кравчук Л. Н. . Управляемое движение мобильных роботов по произвольно ориентированным в пространстве поверхностям. — М.: Наука, 2001. — 360 с.
19. Градецкий В. Г., Князьков М. М., Кравчук Л. Н.  Методы движения миниатюрных управляемых внутритрубных роботов // Нано- и микросистемная техника. — 2005. — № 9. — С. 37—43.
20. Kazuhiro Nakada, Yozo Ishii. . // HiBot Corporation. Дата обращения 10 октября 2015.
21. Борн, Денис. . // Электронное издание 3DNews — Daily Digital Digest (16 ноября 2009). Дата обращения 10 октября 2015.
22.  — С. 70—83.
23. Hirose S. . Biologically Inspired Robots: Snake-Like Locomotors and Manipulators (англ.). — Oxford: Oxford University Press, 1993. — 240 p.
24. Gonzáles-Gómez J., Aguayo E., Boemo E. . Locomotion of a Modular Worm-Like Robot Using a FPGA-based Embedded MicroBlaze Soft-processor // Proc. 7th Intern. Conf. on Climbing and Walking Robots, CLAWAR 2004. Madrid, Sept. 2004. — Madrid, 2004. — P. 869—878.
25.  (недоступная ссылка). Дата обращения 2 июля 2011.
26. Ostrowski J., Burdick J. . Gait Kinematics for a Serpentine Robot // Proc. IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation. Minneapolis, 1996. — New York, 1996. — P. 1294—1299.
27. Осадченко Н. В., Абдельрахман А. М. З.  Компьютерное моделирование движения мобильного ползающего робота // Вестник МЭИ. — 2008. — № 5. — С. 131—136.
28. Голубев Ю. Ф., Корянов В. В.  Построение движений инсектоморфного робота, преодолевающего комбинацию препятствий с помощью сил кулоновского трения (рус.) // Известия РАН. Теория и системы управления. — 2005. — № 3. — С. 143—155.
29.  (недоступная ссылка). Дата обращения 21 февраля 2009.
30.  (недоступная ссылка). Дата обращения 21 февраля 2009.
31. Бережной, Сергей. . Русская фантастика (1994). Дата обращения 17 мая 2016.

Моделизм

Существует направление моделизма, которое подразумевает создание как радиоуправляемых, так и автономных роботов.

Проводятся соревнования по нескольким основным направлениям.

• DARPA Grand Challenge — соревнования автоматических автомобилей.
• «Битвы роботов» (англ. Robot Wars) — телешоу соревнований между роботами (Великобритания, 1998—2004).
• Первые Олимпийские игры роботов-андроидов 2010 (21—23 июня 2010 года, Харбин).

Российские соревнования мобильных роботов:

• Молодёжный научно-технический фестиваль «Мобильные роботы»
• Российская национальная лига евробот
• «Робофест» в Москве

К соревнованиям автономных роботов относятся: перемещение по контрастной полосе на скорость, борьба сумо, футбол роботов.

Шагающий робот, собранный из набора Robotis Bioloid

Изобретатель Пит Редмонд (Pete Redmond) создал робота RuBot II, который может собрать кубик Рубика за 35 секунд. А в 2016 году робот Sub1 собрал кубик Рубика за 0,637 секунды.

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.

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.

Технологии

Основная статья: Робототехника

Система передвижения

Робот на гусеничном ходу

Основная статья:

Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсный или гусеничный движитель (примерами подобных роботов могут служить Warrior и PackBot). Реже используются шагающие системы (примерами подобных роботов могут служить BigDog и Asimo). Для неровных поверхностей создаются гибридные конструкции, сочетающие колёсный или гусеничный ход со сложной кинематикой движения колёс. Такая конструкция была применена в луноходе.

Внутри помещений, на промышленных объектах роботы передвигаются вдоль монорельсов, по напольной колее и т. п. Для перемещения по наклонным или вертикальным плоскостям, по трубам используются системы, аналогичные «шагающим» конструкциям, но с вакуумными присосками. Роботы, предназначенные для обследования высоковольтных линий электропередач, имеют в своей верхней части колёсные шасси, перемещающиеся по проводам. Также известны роботы, использующие принципы движения живых организмов — змей, червей, рыб, птиц, насекомых и других; соответственно, говорят о ползающих, инсектоморфных (от лат. Insecta — насекомое) и других типах роботов бионического происхождения.

Система распознавания образов

Основная статья: Компьютерное зрение

Системы распознавания уже способны определять простые трёхмерные предметы, их ориентацию и композицию в пространстве, а также могут достраивать недостающие части, пользуясь информацией из своей базы данных (например, собирать конструктор Lego).

Двигатели

В роботах используются двигатели постоянного тока, двигатели внутреннего сгорания, шаговые электродвигатели, сервоприводы.
Существуют разработки двигателей, не использующих в своей конструкции моторов: например, технология сокращения материала под действием электрического тока (или поля) (см. электроактивные полимеры), которая позволяет добиться более точного соответствия движений робота натуральным плавным движениям живых существ.[источник не указан 1642 дня]

Технология подзарядки

Разработаны технологии[кем?][когда?], позволяющие роботам самостоятельно осуществлять подзарядку, находя стационарную зарядную станцию и подсоединяясь к ней.[источник не указан 1642 дня]

Математическая база

Помимо уже широко применяющихся нейросетевых технологий, существуют алгоритмы самообучения взаимодействию робота с окружающими предметами в реальном трёхмерном мире: робот-собака Aibo под управлением таких алгоритмов прошёл те же стадии обучения, что и новорождённый младенец, самостоятельно научившись координировать движения своих конечностей и взаимодействовать с окружающими предметами (погремушками в детском манеже). Это даёт ещё один пример математического понимания алгоритмов работы высшей нервной деятельности человека.[источник не указан 1642 дня]

Навигация

Системы построения модели окружающего пространства по ультразвуку или сканированием лазерным лучом широко используются в гонках роботизированных автомобилей (которые уже успешно и самостоятельно проходят реальные городские трассы и дороги на пересечённой местности с учётом неожиданно возникающих препятствий).[источник не указан 1642 дня]

Внешний вид

В Японии не прекращаются разработки роботов, имеющих внешний вид, на первый взгляд неотличимый от человеческого. Развивается техника имитации эмоций и мимики «лица» роботов.

В июне 2009 года учёные Токийского университета представили человекоподобного робота «KOBIAN», способного имитировать эмоции человека — счастье, страх, удивление, грусть, гнев, отвращение — с помощью жестов и мимики. Робот способен открывать и закрывать глаза, двигать губами и бровями, использовать руки и ноги.