Я, робототехник: зачем учиться делать роботов

Дата публикации: 26.11.2015

Наберите в поисковике словосочетание «робот научился», и вы будете удивлены количеством самых нетривиальных задач, которые сегодня умеют решать машины: они ездят на велосипеде, жонглируют, дерутся на мечах и пекут блинчики. Но за каждым из «умных» чудес техники стоят люди, которые учились их создавать. О том, какие задачи стоят перед конструкторами современных роботов, почему нас еще не окружают андроиды, и какие бонусы ждут студентов-робототехников после окончания вуза, рассказывает выпускник и преподаватель Университета ИТМО Антон Пыркин, недавно успешно защитивший диссертацию на соискание ученой степени доктора технических наук.

Насколько сейчас востребованы робототехника и ее преподавание в вузах?

Ее актуальность сегодня поистине огромна. Всю технику – телефоны, автомобили – сегодня собирают роботы. Многие об этом не задумываются, но если вы придете на современный завод, то увидите тысячи роботизированных манипуляторов. Типичный пример: выпускник нашей кафедры Валерий Гаврилюк возглавляет компанию «Термекс», которая конкурирует с ведущими мировыми производителями. «Термекс» производит водонагревательные котлы, и эти котлы целиком и полностью собирают роботы. Человек там присутствует только для того, чтобы наблюдать, как роботы выполняют технологическую цепочку, чтобы не было сбоев и сохранялся нормальный режим работы. 

Дело даже не в том, что сбор котлов или телефонов – это настолько сложный технологический процесс, что человек его выполнить не может. Просто если операцию, которую нужно за день выполнить десятки тысяч раз, будут выполнять люди, то это достаточно дорогое удовольствие. К тому же есть риски, связанные с человеческим фактором, а робот – это техника, детали работы которой можно целиком предусмотреть на стадии разработки системы управления. 

Роботы нужны для того, чтобы решать сложные технические задачи, которые человек выполнять по каким-то причинам не может: поднять тяжесть, пролезть куда-то. И это очень интересные игрушки. В моем детстве, например, «гремели» японские мультфильмы про трансформеров. Правда, нынешние студенты знакомы с ними скорее по фильмам.

Может быть, никто не воспринимает промышленные манипуляторы как роботов именно потому, что в массовой культуре робот – это что-то человекоподобное?

Андроиды – это очень популярная тема, самых известных из них долгое время делали в Японии. Мы даже отправляли наших студентов на стажировку к японскому профессору, который делал точные копии людей. Но в целом это дорогостоящее удовольствие с сомнительной выгодой, японцы в нем разочаровались. Они вкладывали в них гигантское количество денег, но выяснили, что люди их воспринимают не очень хорошо. Человек мгновенно идентифицирует человекоподобного робота, понимает, что это не человек, и эмоции, которые он начинает испытывать – это не радость, а скорее страх: вдруг схватит и что-то сделает. А месяц назад японцы закупили российских роботов на 1,5 млн долларов.

На какой позиции относительно других стран находится российская школа робототехники?

Достаточно прочные лидирующие позиции занимают школа и методика, автором которых является Марк Спонг, профессор Техасского университета в Далласе. Его учебник – самая цитируемая книга по робототехнике. Мы сейчас готовим своеобразный ответ, свой российский учебник, который, как мы надеемся, будет таким же удобным и полезным, и будет сразу давать весь нужный инструментарий. Еще на нашей кафедре была создана компания RoboEd, которая делает образовательный продукт – базовый курс робототехники для школьников. Профессиональных курсов подобного уровня до RoboEd не существовало, были только любительские подходы. Кроме, пожалуй, школы Сергея Александровича Филиппова из физико-математического лицея №239, который ведет там курс робототехники. Его мы тоже привлекли к созданию контента для нашего курса, чтобы вместе сделать нечто более интересное и привлекательное для российского и международного рынка. Мы создаем образовательное решение для школьников с разным уровнем подготовки, для младших и старших классов, и планируем переводить его на другие языки. 

Я бы сказал, что в целом позиции у нас достаточно прочные: наши студенты ездят на международные соревнования и занимают там призовые и первые места. Но даже в Санкт-Петербурге школы разные, у них разный уровень. В Университете ИТМО относительно молодая школа – робототехника как образовательное направление развивается здесь только четыре года, а ранее мы больше занимались автоматикой и телемеханикой. Хорошо известен Центральный НИИ робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК). Это предприятие федерального уровня, и если вы посмотрите на автомобили, которые стоят там на парковке, то поймете, что робототехника – это не просто интересное и нужное, но еще и очень прибыльное занятие. Получая хорошее образование в этой области, вы обеспечиваете себе хороший заработок, как в России, так и за рубежом. Я преподаю свой курс на русском и на английском языке, и стараюсь, чтобы мои студенты получали самые современные знания в робототехнике.

Почему тогда нет известных российских роботов, в то время как многие слышали про BigDog и Asimo? Наши разработчики не умеют рекламировать то, что они делают?

Не забывайте, что BigDog – это продукт военного бюджета США. В него было вложено около 27 млрд долларов и 20-30 лет непрерывной работы. Неприятный сюрприз в том, что он работает на двигателе внутреннего сгорания. Это очень шумная штука, то есть если она предназначалась для того, чтобы незаметно переносить какие-то грузы, она для этого явно не подходит. Хотя с точки зрения науки это потрясающая вещь, ее делали специалисты высшего уровня. 

У нас была сильная школа, но в девяностые произошел страшный отток специалистов. Если вы посмотрите на норвежские, шведские, американские, французские научные группы, на тех разработчиков, которым по 40-60 лет, то увидите людей, которые должны были бы строить BigDog здесь, у нас. Люди, которые были драйверами развития инженерной мысли в России, уехали и стали драйверами в других регионах. Кроме того, вы можете просто не узнать российские бренды – с маркетинговой точки зрения выгоднее выбирать англоязычные названия. Поэтому вместо робота «Матрешка» вы увидите xTurion, который, кстати, делает другая наша коммерческая структура. Сергей Колюбин сейчас заканчивает стажировку в Норвежском технологическом университете, буквально этой зимой должен вернуться с дипломом доктора наук. Его проект победил 40 международных коллективов на Skolkovo Robotics Challenge, мы работаем над дальнейшим развитием этого проекта.

В целом мы сейчас сравниваем легкоатлета, который бежит в кроссовках по беговой дорожке, с человеком в кирзовых сапогах, который бежит по асфальту. Но второй может обогнать благодаря волевым качествам. На нашей кафедре был профессор Илья Васильевич Мирошник, который в качестве девиза пропагандировал цитату из Кэрролла: чтобы оставаться на месте, нужно бежать со всех ног, а чтобы куда-то попасть, надо бежать как минимум вдвое быстрее. Нужно много работать, и тогда будет результат. Я прикладываю столько усилий, сколько могу, привлекаю молодежь и нахожу средства, чтобы вознаграждение за их работу было не просто приятным поощрением. Они получают зарплату выше средней по Санкт-Петербургу и ощущают, что не зря сюда пришли. 

Какие сферы приложения и задачи в робототехнике еще только предстоит решить?

Робот – это просто груда железа и проводов, и чтобы он выполнял фокусы, надо прикладывать массу усилий. Нерешенные задачи, как правило, ориентированы на технологический процесс. Например, ваша задача может быть в том, чтобы робот взял сотовый телефон и переложил его на другое место, не раздавив при этом. Все популярные видеоролики о том, как плавно и деликатно роботы выполняют что-либо – это, как правило, очень хорошо подготовленные одноразовые эксперименты. Не существует готовых решений того, как двум роботам взять одну деталь, как ориентироваться по видеокамерам внутри помещения, и так далее. В рамках xTurion мы как раз над этим работаем – создаем совершенную систему навигации, которая обрабатывает и комплексирует данные с нескольких камер, лазерных дальномеров, сонаров. 

Еще огромные проблемы появляются, как только робот оказывается в экстремальных условиях – под водой, в космосе. Если дело касается прикладной области, возникает масса сложностей, связанных с запаздыванием, техническим зрением, возмущающими воздействиями, неопределенностью, невозможностью куда-то проникнуть, измерить, передать данные. Нельзя сказать, что люди, которые придут в робототехнику завтра, не смогут найти, чем заняться, – задач масса. Но в первую очередь им нужно будет освоить серьезный багаж знаний: геометрию, дифференциальную алгебру, массу разных аспектов естественных наук, специализированную литературу и справочники. Но это стоит того – образование в сфере робототехники открывает невероятные возможности, и при этом не ориентирует на какое-то определенное место работы. Вы станете специалистом широкого профиля. Если вы владеете материалом и знаете, как управлять многозвенными динамическими системами, то вы не обязаны работать с роботами-манипуляторами на заводе. Это еще и надводные суда, подводные аппараты, ледоколы и так далее, технология синтеза законов управления везде практически одинакова.

Теоретики искусственного интеллекта пророчат наступление технологической сингулярности уже в ближайшие годы. Вы можете предсказать, когда наступит «робобум» и роботы действительно будут везде?

Роботы и так уже везде, хотя это произошло не вполне заметно. Коробки передач в современных автомобилях, как правило, автоматические и роботизированные, инжекторные двигатели внутреннего сгорания умеют определять, в каких пропорциях составлять воздушно-бензиновую смесь. Кладете вещи в стиральную машину – она определяет их вес и пересчитывает алгоритм, чтобы вы достали чистое и сухое белье независимо от того, сколько загрузили. 

Конечно, фантасты не так воображали будущее. Когда я в 2002 году поступил в Университет ИТМО, у меня был телефон Nokia 3310, он тогда стоил очень дорого и не был настолько необходимой вещью, как сейчас. А сейчас уже никого не удивляет, каждый из нас носит в кармане целый компьютер. Через пять-десять лет роботов будет гораздо больше, их уже не будут воспринимать как нечто из ряда вон выходящее. Мир не стоит на месте, и я надеюсь, что научно-технический прогресс будет развиваться и помогать нам жить еще лучше.

Беседовал Александр Пушкаш,
Редакция новостного портала Университета ИТМО