Терминаторы XXI века: боевые роботы существуют не только в фильмах Голливуда. В пекине показали последние достижения мировой робототехники Роботы 21 века
На этой неделе мир взволновала новость о появлении Генри — первого в мире . Разработка принадлежит компании Realbotix, специализирующейся на производстве продвинутых секс-кукол. В их ассортименте — большая коллекция человекоподобных игрушек, внешний вид и характер которых можно кастомизировать по желанию клиента.
Помимо силиконового пениса, смазливой внешности и мускулистого торса, инженеры обучили искусственный интеллект Генри читать стихи и шутить.
«Он может вас выслушать, запомнит все, что вы сказали, но пока не сможет вынести мусор или починить кран», — признается исполнительный директор Realbotix Мэтт Макмаллен в комментарии для The Times.
Стоимость умной куклы Realbotix начинается от 10 тыс. долларов, но зависит от спецификации. Так, за дополнительную плату робо-любовнику можно изменить цвет волос и глаз, тон кожи или акцент. Если же кубики силиконового пресса Генри вас не впечатлили, Realist собрал список еще более удивительных устройств, вовсю работающих на благо человечества.
Робот-спасатель Atlas
Пока у Атласа нет торса и привлекательной внешности, но его уже можно назвать самым подвижным гуманоидным роботом в мире. Та легкость и реалистичность, с которой он выполняет сложные атлетические трюки, впечатляют гораздо больше говорящей секс-куклы.
Компания Boston Dynamics при финансовой поддержке Агентства США по перспективным исследованиям в области обороны США(DARPA) построила Атласа для проведения поисково-спасательных операций. Он может перемещаться по пересеченной местности и преодолевать препятствия, используя датчики дальности, стерео-зрение и другие датчики.
Обновленная версия ATLAS Unplugged была выпущена в 2015 году и оснащена функциями, которые, по утверждению разработчиков, почти на 75% отличались от оригинального ATLAS. Современная версия робота умеет быстро взбираться по лестнице, делать сальто назад и ловко перепрыгивать с одной платформы на другую.
Робот-компаньонPepper
Секс-кукла Генри может быть полезной, но едва ли она будет более отзывчивой и понимающей, чем робот-компаньон Pepper, построенный японской компанией SoftBank Robotics. Искусственный интеллект устройства обучен распознавать первичные человеческие эмоции(гнев, радость или печаль) и реагировать на них соответствующим образом. Так, благодаря системам компьютерного зрения и распознавания речи, Pepper может интерпретировать выражения лица, тон голоса и другие невербальные сигналы, отвечая людям складно и уважительно.
Многочисленные датчики позволяют роботу быстро узнавать лица людей, с которыми он сталкивался, запоминать их предпочтения, помогать сделать заказ или проводить простые консультации. В настоящее время Pepper уже используется в качестве администратора в нескольких офисах в Великобритании, работает в банках и медицинских учреждениях в Японии, а также развлекает посетителей в 400 ресторанах сети Hamazushi в Японии.
В 2017 году международная команда ученых взялась модифицировать Pepper для помощи в уходе за пожилыми людьми в домах престарелых. Проект получил финансирование на сумму 2,55 млн долларов от Европейского союза и правительства Японии. Ожидается, что с его результатами мир сможет ознакомиться уже в 2019 году.
Подопытный роботPetman
Petman — еще одно детище Boston Dynamics, профинансированное Министерством обороны США. Основная задача разработки — служить активным манекеном для тестирования совершенных защитных костюмов, которые могли бы послужить людям в случае химической или биологической войны.
Под костюмом Petman находится роботизированный скелет и множество датчиков, которые могут обнаружить нарушения герметичности, отслеживать микроклимат и даже искусственно потеть(ведь защитный костюм должен быть не только надежным, но и комфортным).
Сегодня Petman является самым быстрым двуногим роботом, развивая максимальную скорость ходьбы около 7 км/час. Кроме того, он умеет ползать, приседать и выполнять другие динамичные движения.
Boston Dynamics заявляют, что Petman также сможет использоваться для выполнения других задач в чрезвычайных ситуациях: вести поисково-спасательные операции в огне, под воздействием радиации или в других опасных для человека условиях.
Робот-водолаз Ocean One
Ocean One создали в Стэнфордской лаборатории робототехники для работы на глубине, недостижимой для большинства людей. Помимо искусственного интеллекта и стереоскопического зрения, он оснащен системой тактильной обратной связи, которая позволяет ученым.
В отличие от других крупных и громоздких дистанционно управляемых роботов, он имеет антропоморфную конструкцию, делающую его очень маневренным и аккуратным. Так, в 20 016 году в Средиземном море Ocean One опустился на глубину 100 м и исследовал обломки« La Lune» — флагманского корабля Людовика XIV, который затонул у южного побережья Франции в 1664 году.
Археологическая экспедиция была для Ocean One первой, но ее поразительный успех позволяет предположить, что однажды робот сможет выполнять под водой высококвалифицированные задачи, слишком опасные для водолазов.
А как же робот София?
Этот рейтинг был бы неполным без компании Hanson Robotics, но совсем не по причине ее технологического совершенства. В сущности, София мало чем отличается от секс-куклы Генри, и хотя она была представлена в ООН, получила гражданство Саудовской Аравии и любезничала с премьер-министром Украины Владимиром Гройсманом, функционал ее ограничен. Будучи подключенной к интернету, София может подбирать ответы на вопросы из облачного хранилища. Пока она делает это не очень быстро, потому на официальных встречах работает в режиме интервью, озвучивая заранее написанные ответы.
Впрочем, обесценивать Софию тоже было бы неправильно. От других человекоподобных роботов она отличается развитой мимикой, и сегодня может воспроизводить более 60 мимических реакций.
Разработку футуристов из Intel - «21st Century Robot». Робот Джимми, или старший брат, как его называют в статье, предназначен для профессионального научного использования. Именно с помощью таких роботов можно изучать особенности взаимодействия человека и интеллектуального устройства посредством голоса, жестов и т.д. К сожалению, его стоимость на данный момент составляет 20.000$, а это резко ограничивает круг людей, имеющих возможность поработать с ним.
Цена младшей модели – 1600$. По словам создателей, она должна появиться в каждом доме, как смартфон. В идеале, через некоторое время можно будет скачать новое приложение, и робот станет переводчиком между Вами и испанскими друзьями. Именно эту модель мы и купили. Однако начнем по порядку.
Кто мы такие и зачем купили робота
Мы – студенты Тверского государственного университета Востров Никита и Исоян Арман – являемся руководителями проекта «Physica.Начало пути». Проект направлен на популяризацию физики и технического творчества среди школьников и студентов.
Одно из основных наших направлений – робототехника. Долго изучая существующие модели разных компаний, мы решили рискнуть и взять бета-версию младшего брата робота Jimmy (HR-OS1).
До получения долгожданной коробки мы работали с Multiplo и Arduino, осваивали 3D-печать на Ultimaker 2 и баловались со шлемами Oculus Rift. Однако сейчас не об этом.
Обзор HR-OS1, начало
Скажем откровенно, сон с 30.04.2015 по 1.05.2015 не задался из-за сильного волнения перед предстоящей сборкой.
Время 9:00, и мы уже в штаб-квартире, полные энтузиазма и сил.
Вот как это выглядело в коробке (очень понравились наклейки):
Основные характеристики
2) Intel Edison
Здесь особо нечего рассказывать, так как про него все уже знают. Но мы были приятно удивлены, увидев в комплекте альтернативный “мозг” - Raspberry Pi 2 model B. Причем для последнего были также предоставлены Bluetooth, wi-fi и провода для соединения с основной платой (Arbotix-Pro).
3) Батарея на 2200 мА·ч
4) Алюминиевые крепления, болты, гайки, держатели и т.д.
Производитель заверяет 5052 алюминиевых детали. Мы не считали, честно говоря. Зато можем сказать, что детали сделаны качественно и на совесть. Фото (уже в собранном виде):
5) Основная плата Arbotix-Pro
На плату крепятся движки и -
6) камера
О последней тоже не говорится на сайте, но в комплекте она есть. Это обычная VGA вебка: 0,3Мп; 640X480. Мы ее случайно спалили По определенным причинам командой было принято решение приобрести более крутую модель.
7) Блок питания на 12V
8) То, о чем не говорилось явно, но было ожидаемо
Зарядное устройство, провода и переходники и проч. Не хватило разве что HDMI для малинки, но это мелочи.
9) Контроллер от PS3
Его мы также не ожидали увидеть:
Сам процесс сборки был не очень сложным.
В итоге получился такой малыш:
Речь шла о роботе, конечно. Рост Никиты 180 см, младшего брата - 42 см.
Кстати, имя мы ему еще не придумали, поэтому можете оставить свои варианты в комментариях.
Для проведения боевой операции в Ираке армия США впервые привлекла в качестве тактических единиц беспилотные боевые механизмы - военных роботов. Это были небольшие гусеничные машины дистанционно управляемые оператором.
Блин комом
В бой были отправлены три робота Talon с боевой системой SWORDS (Special Weapons Observation Reconnaissance Detection Systems - специальная боевая система наблюдения и разведки) и с оружием - пулеметами М249. До реального боевого применения роботов дело не дошло: установленное оружие самопроизвольно двигалось без участия оператора. Такое «поведение» роботов создавало реальную угрозу для безопасности американских солдат, поэтому модули по управлению оружием отключили и роботы использовались только в качестве разведчиков.
Несмотря на такой конфуз, опыт боевого применения был признан удачным и, мало того, он фактически запустил «гонку технологий» по созданию военных роботов во многих странах мира. Иметь в войсках такого «бойца», который может воевать вместо людей, нести различные виды оружия и при этом не требовать деньги за работу - это выглядело очень перспективным направлением для предприятий оборонного комплекса США, стран НАТО, Израиля, Ирана, Китая и Японии.
А первыми были мы
Идея беспилотной боевой машины - не нова. Еще в 1933 году в Советском Союзе проводились испытания телеуправляемого танка ТТ-18. Танк под управлением оператора мог передвигаться на дистанцию до 1,5 км. Первые испытания оказались не очень удачными, в отличие от опытов с ТТ-26, который был выпущен небольшой серией в 55 единиц.
Вооружены ТТ-26 были пулеметами ДТ, 45 мм пушками, а некоторые имели в своем арсенале огнеметы, взрывчатку и химическое оружие. Боевое крещение ТТ-26 получили во время советско-финской войны 1939-1940 годов. Наиболее эффективным оказался вариант ТТ-26 с бомбой весом 500 кг, который позволял уничтожать доты на «линии Маннергейма».
Система управления ТТ-26 строилась на электромеханических реле, действиями которых оператор управлял через радиокоманды. На кнопки управления было заведено 16 команд, отвечавших за запуск двигателя, передвижение, маневр и применение оружия. В случае выхода ТТ-26 из зоны досягаемости радиоуправления, через 30 секунд танк останавливался и с работающим двигателем ожидал приближения оператора.
Недостатком ТТ-26 оказалось невозможность реагировать на изменение обстановки на поле боя. Танк не мог реагировать на противотанковые пушки в засаде и на противотанковые мины, им было сложно управлять на холмистой местности. Поэтому после начала Великой Отечественной войны удачный, в принципе, опыт был у нас на долгое время забыт. И вновь вспомнили о нем только в XXI веке.
Классификация боевых роботов
На сегодняшний день боевые роботы разрабатываются для применения в любых средах (воздух, суша и море) и могут выполнять различные задачи: от разведки и до задач огневого подавления. Ведущим разработчиком является США, но и Россия, позднее других промышленно развитых стран вступившая в «гонку робототехнологий», в последнее время продвинулась в боевой тематике достаточно далеко.
В качестве экспресс-анализа состояния технологий в военной робототехнике рассмотрим эти две державы, т.к. они отражают не только различный подход к понятию «боевой робот», но и имеют уникальные разработки.
В мировой практике принята весовая градации роботов. Роботов делят по весу на три группы. Легкие - с боевой массой до 3,32 т, средние - от 3,32 до 13 т и тяжелые - свыше 13 тонн.
Взяв за основу эту градацию, всю дальнейшую классификацию роботов, виды выполняемых задач и ведущиеся работы по ним можно свести в одну таблицу:
Как видно из таблицы, США имеют большие наработки во всех видах и типах роботов. Наиболее развитый класс - беспилотники воздушного базирования. Их на вооружении армии США стоит свыше 7 500 единиц. В то же время у России, несмотря на то, что у нее парк роботов пока мал, есть практические разработки сухопутных и подводных роботов, часть которых прошли боевую обкатку в реальных боевых действиях в Сирии.
Прежде всего, речь идет о наземных роботах «Арго» и «Платформа-М». При их помощи 20 декабря 2015 года сирийским войскам удалось взять башню «Сириатель» на стратегически важной высоте 754,5 в провинции Латакия. В атаке участвовали шесть комплексов «Платформа-М» и четыре робота «Арго» при поддержке артиллерии и бойцов сирийской армии. После жаркого, но непродолжительного боя на взятой высоте насчитали почти 70 убитых джихадистов, а у сирийских солдат было ранено всего четыре бойца.
Что же это за роботы?
«Платформа-М» создана в «НИТИ «Прогресс» (Ижевск). Бронированный робот на гусеничном шасси вооружен четырьмя гранатометами АГС-30 и пулеметом Калашникова. Вместо гранатометов на нем можно устанавливать ПТРК «Корнет», то есть, в случае необходимости робот может вести борьбу и с бронетехникой противника. Помимо этого, «Платформа-М» может осуществлять разведку с помощью комплекса оптико-электронной разведки, патрулирование территории, обеспечить проход по минному полю и минировать местность с помощью минного заградителя КТПН-3.
Боевой роботизированный комплекс «Арго» разработан в ЦНИИ робототехники и технической кибернетики (Санкт-Петербург). Он предназначен для проведения разведки, а также для огневой поддержки морского десанта с акватории моря и на суше. Помимо этого робот может производить разведку побережья, обеспечивать доставку боеприпасов и грузов. «Арго» вооружен 7,62-мм пулеметом ПКТ, тремя противотанковыми гранатометами РПГ-26, двумя гранатометами РШГ-2.
В армии России так же несут службу робот «Нерехта» и инженерный робот «Уран-6», который был испытан в Сирии при разминировании города Пальмира. Проходят испытания роботы МРК, «Соратник» и «Уран-9». Помимо этого проводятся научно-исследовательские работы (НИР) по роботизации танка Т-14 «Армата» и по разведывательно-ударному комплексу «Вихрь», разработанного на базе БМП-3.
«Бесчеловечные» роботы уничтожают мирное население
В отличие от американцев, все наши боевые роботы работают под управлением оператора. Такой подход вызван не технологической отсталостью, как утверждают некоторые некомпетентные комментаторы, а требованиями современного общевойскового боя.
Несмотря на всю свою боевую мощь и эффективность, робот многого не умеет делать автономно. Он не имеет на борту искусственного интеллекта, клонирующего аналитические и физические способности человека. Возможности вычислительных комплексов ограничены не только количеством выполняемых задач, но и стоимостными параметрами. Если робот станет дороже танка, то ценность его принятия на снабжение войск теряет смысл.
Во время боя робот не может без помощи человека отремонтировать повреждения шасси, произвести смену вооружения и дозаправку топливом, оценить рельеф местности и глубину водных преград. Поэтому в нашей армии роботы выполняют только вспомогательные функции по огневой поддержке, разведке и целеуказанию, транспортировке и эвакуации.
А в США уже давно пытаются создать роботов, которые могли бы выполнять боевые задачи автономно, без участия человека. Ограниченного успеха они добились при создании беспилотных авиационных комплексов разведки. Но с появлением средств РЭБ, способных осуществлять перехват, вынуждены были вернуться к управлению при участии человека.
Сейчас в США ведутся ОКР по созданию частично автономных боевых комплексов. Некоторые беспилотники с различной степенью автономности были обкатаны в боевых операциях в Афганистане, Ираке и Сирии. В большинстве случаев «частичная автономность» привела к провалу боевых операций. Например, ударно-разведывательные MQ-9 Reaper вместо военных целей уничтожали мирное население и гражданские объекты.
ТОП-5 боевых роботов
RQ-4 Global Hawk (США). Самый большой стратегический разведывательный БЛА (длина - 13,3 м, размах крыльев - 35 м, взлетный вес - около 15 т). Может производить разведку в течение 30 часов на высоте до 18 км, преодолевая расстояние до 14 000 км на крейсерской скорости 575 км/ч. Он несет на борту почти тонну (900 кг) разведывательного оборудования для проведения оптической, РТР и РЛ разведки. Стоимость программы разработки стратегического разведчика составила 13,7 млрд долларов, стоимость одного RQ-4 составляет 140 млн долларов.
PD-100 Black Hornet (Норвегия). Самый маленький робот-разведчик создан компанией Prox Dynamics. По сути, это миниатюрный вертолет, который несет три крошечных видеокамеры, и передает отснятое изображение в режиме онлайн. При длине около 10 см и ширине 2,5 см он может летать со скоростью до 10 м/с в течение 25 минут на дальность до 1 км. БЛА незаменим в условиях городского боя, поэтому этого «малыша» взяли в свой арсенал подразделения спецназа США и Великобритании.
Уран-9 (Россия). Многофункциональный боевой робот «Уран-9» предназначен для выполнения задач разведки и огневой поддержки. Похожий на небольшую БМП с башней, он способен нести различное вооружение: 30-мм автоматическую пушку 2А72 и спаренный с ней ПКТ, ракетное вооружение ПТУР 9М120 «Атака» и ПЗРК 9К38 «Игла», а также реактивный огнемет «Шмель-М».
Робот-катер ACTUV (США). Anti-Submarine Warfare Continous Trail Unmanned Vessel (противолодочное военное беспилотное судно непрерывного слежения) проходит эксплуатационные испытания в ВМС США. 40-метровый тримаран, весом в 140 т, из которых 40 т приходится на топливо, создан для слежки за субмаринами и способен разгоняться до 27 узлов (50 км/ч). Дальность плавания до 6 000 км, автономность плавания - до 80 суток, стоимость - около 20 млн долларов. В США надеются, что этот робот-катер сможет отслеживать малозаметные подлодки аналогичные российским проекта 636.3 «Варшавянка» или 885 «Ясень» на глубинах до 200 м и передавать данные о них противолодочным кораблям и самолетам-охотникам за подводными лодками.
«Посейдон» (Россия). Не успело обсохнуть шампанское из разбитой о борт робота-катера ACTUV бутылки, как в России создали первый в мире глубоководный беспилотник «Посейдон», неограниченный по дальности и превышающий кратно по скорости все корабли. Впервые об этом аппарате с ядерной энергетической установкой и ядерной боевой частью объявил президент России Владимир Путин 1 марта 2018 года. Свой неограниченный по дальности скоростной переход «Посейдон» совершает на глубинах до 1000 м. На такой глубине ACTUV обнаружить его не в состоянии. А «Посейдон», несущий ядерный боезаряд мегатонного класса, может уничтожить не только военно-морскую базу, но и самый большой военный корабль - авианосец.
Одни - мудрые спутники, способные общаться более чем на шести миллионах языках. Другие - пытаются сломить, поработать или уничтожить человечество, считая себя лучшими, более рациональными хозяевами Земли. Пилот или уборщик, солдат или раб, герой или злодей - роботы играли все мыслимые и немыслимые роли в фантастической литературе последних ста лет.
В 21 веке настоящие роботы, вдохновленные своими вымышленными коллегами, начинают брать на себя ведущие роли в повседневной жизни.
Несколько компаний, среди которых Google, испытывают самоуправляемые автомобили (к сожалению, пока ничего не говорит о том, что они смогут путешествовать в будущее или прошлое). Японцы с энтузиазмом вершат революцию в области робототехники, внедряя роботов повсюду - и в приемную офиса, и в охранное бюро, и даже на роль учителя в школе.
И хотя военные разных стран не любят хвастаться своими нечестивыми армиями роботов, они уже их активно используют, например, а также для аварийного реагирования - вроде Atlas от Boston Dynamics. Этот стокилограммовый человекоподобный робот, кажется, больше будет служить порождению хаоса, нежели спасению от него.
«Я думаю, робототехника находится под сильным влиянием научной фантастики. Большинство робототехников, которых я знаю, работают в этой сфере из-за фантастики», говорит Илла Нурбахш, профессор робототехники в Университета Карнеги-Меллона. «Поэтому это очень важная часть того, о чем многие из нас мечтали».
Одна из несбыточных надежд многих робототехников - это ИИ, искусственный интеллект, для роботов. Но и эта мечта быстро становится реальностью: робототехнические лаборатории по всему миру разрабатывают программное обеспечения с нотками человеческого интеллекта. Hanson Robotics из Гонконга, например, создает весьма приближенные к человеческому ИИ версии машинного интеллекта, а также запатентовала нанотехнологичную кожу, которая близко напоминает человеческую своими качествами и гибкостью. Самый известный робот компании, «София», уже поразил широкую общественность своей зловещей внешностью и интеллектом.
В принципе, нет ничего страшного в том, что «София» привлекательно выглядит и действует сногсшибательно - как какие-нибудь андроиды из «Бегущего по лезвию» или «Из машины».
« определенно влияет на ученых, которые строят будущее, но также определяет ожидания среди широкой общественности касательно того, как должно выглядеть будущее», пишет Дэниел Уилсон из New York Times. Он также имеет докторскую степень по робототехнике в Университете Карнеги-Меллона, а также степень магистра в области искусственного интеллекта и робототехники.
«В какой-то степени любой, кто создает потребительский продукт следующего поколения, должен соответствовать этим ожиданиям; в противном случае люди будут недовольны. Поэтому я думаю, что научная фантастика оказывает большой эффект на внешний вид роботов, которые физически взаимодействуют с людьми (то есть самоуправляемый транспорт, мобильные роботы, пользовательские интерфейсы ИИ)».
Понятие роботов - анимированного объекта, который движется самостоятельно - уходит корнями еще в древнегреческую литературу. В «Илиаде» Гомера, например, полубог Гефест делает трехногих существ, способных навещать богов. Слово «робот», конечно, намного моложе; оно вошло в употребление 95 лет назад вместе с премьерой научно-фантастической пьесы чешского писателя Карела Чапека.
Менее чем за сто лет мифология роботов стала такой же богатой, как и рассказанная Гомером. Повествователи вроде Айзека Азимова и Филипа Дика утвердили основные принципы и положения о роботах и андроидах (последний термин предпочитал Дик). Фильмы и сериалы, «Звездные войны» и «Звездный крейсер Галактика», познакомили нас с дроидами - торговой маркой, которая принадлежит Lucasfilm с 1977 года - и армиями роботов-убийц.
А вот эта идея - что роботы готовятся уничтожить человечество - безумно популярна в научной фантастике. Согласно теории Уилсона, на роботов легко проецировать наши общие страхи перед технологиями.
«Люди полагаются на инструменты, чтобы выживать, но эти инструменты в один прекрасный день могут нас убить», говорит он. «Мы боимся себя и того, что можно сделать при помощи наших больших мозгов. Что может быть лучшим воплощением этого первобытного страха, чем красноглазый металлический робот с гудящими пилами вместо рук?».
«Когда я писал свою книгу «Как пережить восстание роботов», будучи аспирантом в Институте робототехники Карнеги-Меллона, в тот момент я понял, что реальные технологии робототехники уже опередили популярную культуру. В фильмах и сериалах было полно человекоподобных охотников-убийц, но в УКМ мы строим удивительное разнообразие интеллектуальных машин. Моим долгом было проинформировать общественность, как пережить атаку не только терминаторов - гигантских ходоков, роя, автономных транспортных средств, которые дали сбой».
Нурбахш говорит, что очевидное отношение «от любви до ненависти» с роботами объясняется тем, что они угрожают нашему чувству идентичности человека. «Что это будет значить для человека - когда то, что уникально для нас, смогут делать и роботы?».
Отношение к роботам отличается от страны к стране, в зависимости от культурных ценностей, считает Нурбахш.
«В Азии культурный контекст создает сострадательных роботов - например, Atom Boy или Astro Boy; в США же люди больше задумываются о постапокалиптическом видении роботов-разрушителей а-ля Терминатор», говорит он. «Это все отражает нашу человечность; вопрос в том, какие аспекты этой человечности мы наиболее убедительным образом проецируем на роботов?».
«Я считаю, что основной аспект робототехники в том, которая в настоящее время вынашивает мечты научной фантастики, заключается во взаимодействии роботов и людей. В изучении того, как мы разрабатываем роботов и учим их вести себя с людьми, по мере того как они проникают во все наши социальные уголки», добавляет Нурбахш.
Даже самая интенсивная и реалистичная научная фантастика не подразумевает появления армий роботов-убийц, отмечает Уилсон, на нашем горизонте в ближайшем будущем.
«Думаю, романы и рассказы лучше отражают передовые исследования в области робототехники, чем фильмы, поскольку не зависят от красивых визуальных эффектов в такой степени», объясняет он. «Разумеется, вы видите множество человекоподобных роботов в фильмах - и они убедительны. Но некоторые из моих любимых тем научной фантастики посвящены вещам, которые не так хорошо передаются визуально, например, загрузка сознания».
Индустрия 4.0. Роботизация в XXI веке. Роботы и коботы
В данной статье мы рассмотрим области применения роботов, их распространение и развитие в мире в целом.
Что такое робот сегодня? Робот — это автономно функционирующая универсальная автоматическая машина, предназначенная для воспроизведения физических, двигательных и умственных функций человека, наделенная способностью к адаптации и обучению в процессе активного взаимодействия с окружающей средой.
Основными причинами разработки и применения роботов являются:
- высвобождение человека в процессе производства продукции от тяжелых видов работ, а также его пребывания в экстремальных условиях (загрязненной среде, химической среде, опасной для жизни и т.п.);
- существенное повышение производительности труда при выполнении операций в процессе производства продукции;
- значительное повышение качества продукции, производимой в промышленном производстве с помощью промышленных роботов;
- снижение себестоимости продукции, производимой на определенном промышленном предприятии.
Классификация промышленных роботов
Современная общепринятая трактовка термина «промышленный робот» была принята XI Международным симпозиумом по промышленным роботам (Токио, 1981).
Промышленный робот - многократно программируемое многофункциональное устройство, предназначенное для манипулирования и транспортирования деталей, инструментов, специализированной технологической оснастки посредством программируемых движений, для выполнения разнообразных задач.
С точки зрения истории развития робототехники различают три поколения промышленных роботов:
Роботы первого поколения (программируемые роботы) характеризуются тем, что они имеют программное управление, т. е. действуют по жесткой, не меняющейся в процессе работы программе; поэтому их называют также «программными роботами» . Эти роботы «глухи», «немы» и «слепы»: им не требуется связи с внешним миром, она отсутствует.
Неперепрограммируемые (необучаемые) промышленные роботы с жестким циклом операций снабжены заранее подготовленной достаточно простой программой, повторяющей одну и ту же заданную последовательность операций, которая не зависит от изменяющихся условий и не поддаётся изменению простыми средствами.
Жесткопрограммируемые (переобучаемые) промышленные роботы с изменяемым циклом операций содержат полный набор информации, не изменяющийся в процессе самой работы, но поддающийся корректировке путем «переобучения» при изменении (переналадке) технологического процесса. Для этого предусматриваются специальные средства и методы (замена либо изменение программы), позволяющие легко и быстро изменять состав и последовательность действий робота при изменении внешних условий, а также при переходе от одной технологической операции на иную.
Роботы второго поколения (адаптивные роботы) используют сенсорную информацию об окружающей среде, чтобы корректировать свое поведение при выполнении производственной операции;
Роботы третьего поколения наделены «здравым смыслом», «чувствами», способные распознавать разнообразные объекты внешнего мира, обладающие способностью действовать самостоятельно. Гибкопрограммируемые (самообучаемые) промышленные роботы с элементами искусственного интеллекта, кроме развитой сенсорной системы в виде искусственных органов зрения, слуха, осязания и других, должны обладать мощной информационно-управляющей системой и совершенным алгоритмическим и программным обеспечением, способными распознавать образы и ситуации, моделировать окружающую среду, планировать поведение и, самообучаясь в процессе функционирования, формировать состав и последовательность своих действий на основе поставленной цели и информации об окружающей среде в условиях неорганизованного рабочего пространства.
Роботов можно разделить по виду базовой системы координат , роду деятельности, по производственно-технологическим признакам, по методу управления , или степени непосредственного участия человека в управлении, по грузоподъемности , по точности позиционирования, по перемещению и многим другим характеристикам.
Автоматизация производства. Зачем она нужна?
Технологии XXI века требуют совершенствования автоматизации и экономии трудовых ресурсов, поэтому к началу нового века производство потребовало новые технологии, которые бы позволяли организацию производственных процессов без участия человека при стабильном качестве выпускаемых товаров.
Вытесняя физический труд из основных и вспомогательных производств, автоматизация ведёт к увеличению затрат умственного труда, который должен опираться на прошлый опыт и тоже должен быть впоследствии максимально автоматизирован.
Учитывая все эти факторы, можно сформулировать следующие принципы автоматизации производства :
Автоматизация должна носить комплексный характер и охватывать целостные технологические процессы;
Автоматизации должна охватывать не только сам технологический процесс, но и все, примыкающие к нему (транспорт, складирование, проектирование, технологическую подготовку производства);
Автоматизированные системы должны быть гибкими технологически и экономически. Технологическая гибкость подразумевает возможность изменения производительности системы при сохранении согласованной работы ее элементов (саморегулируемость системы), экономическая - способность к многократной смене номенклатуры выпускаемой продукции с наименьшими затратами при неизменности основного технологического оборудования;
Автоматизация должна быть обеспечена высокой надежностью используемого оборудования.
Современную идею автоматизации производства в наибольшей мере выражают представления о гибких автоматизированных производствах (ГАП).
Гибкое автоматизированное производство - производство, позволяющее за короткое время, при минимальных затратах, на том же оборудовании, не прерывая производственного процесса и не останавливая оборудования, по мере необходимости переходить на выпуск новой продукции произвольной номенклатуры.
Основные технологические характеристики гибких автоматизированных производственных систем:
Способность работать без участия человека;
Автоматическое выполнение рабочих и вспомогательных действий;
Простота наладки;
Гибкость, удовлетворяющая требованиям мелкосерийного производства;
Высокая экономическая эффективность при правильной эксплуатации.
Разработка и широкое применение гибкой автоматизированной технологии являются в настоящее время основной тенденцией развития современного промышленного производства. Однако необходимо еще раз подчеркнуть, что гибкое автоматизированное производство наиболее целесообразно разрабатывать под принципиально новые технологии, а не подстраивать под существующие.
Что такое 4-я промышленная революция или Индустрия 4.0?
В 2011 году на Ганноверской выставке была впервые сформулирована концепция четвёртой промышленной революции — «Индустрии 4.0» . Эксперты определили это понятие как повсеместное внедрение «киберфизических систем» в заводские процессы, которое приведёт к слиянию технологий и разрушит границы между физической, цифровой и биологической сферами жизни человечества.
Также участники сообщества определили, что основными драйверами новой промышленной революции станут облачные технологии, новые способы сбора и анализа информации, краудсорсинг, шеринговая экономика и биотехнологии. Это дало толчок к внедрению и разработке новых стандартов в интернет-среде и на ключевых производствах.
В настоящее время практически все развитые страны прошли этап формирования технико-экономических и социальных концепций в отношении к робототехнике и энергично включились в процесс внедрения роботов в различные сферы деятельности, и прежде всего в промышленное производство, создания на базе роботов гибких производственных систем.
По мнению Мартина Форда, автора книги «Восстание роботов», автоматизацию не остановить, потому что это часть капитализма , постоянно стремящегося к повышению производительности труда .
Рынок роботов в 21 веке. Ведущие производители на мировом рынке.
Промышленные роботы стали не только одной из движущих сил автоматизации, но и одним из важнейших средств для социально-экономических изменений в сфере труда.
Можно выделить следующих лидирующих компаний на рынке робототехники:
1. FANUC (Япония) – один из мировых лидеров рынка промышленной автоматизации, станкостроения, ЧПУ и робототехники. Производитель вышел на рынок в 1956 году, и уже в 1972-м представил первого собственного промышленного робота. У компании есть подразделение FANUC Robotics с сетью представительств. В мире насчитывается около 200 000 роботов этой компании, десятая часть которых находится в Европе и России;
2. KUKA (Keller und Knappich Augsburg) (ГЕРМАНИЯ) основана в 1898 году в Аугсбурге. В 1973 году компания представила своего первого промышленного робота FAMULUS, который имел шесть осей и электромеханическое управление. Роботов KUKA применяют во многих отраслях по всему миру: от автомобильной и металлургической до пищевой;
3. ABB (Asea Brown Boveri Ltd.) (ШВЕЦИЯ, ШВЕЙЦАРИЯ) – компания появилась в 1988 в результате слияния шведской ASEA и швейцарской Brown, Boveri & Cie. Специализируется не только на робототехнике, но и на электротехнике, специальном оборудовании, энергетическом машиностроении и информационных технологиях. Также компания производит программное обеспечение для моделирования робототехнических комплексов, специальное программное обеспечение для сварки и обработки пластика, производственные ячейки, комплексные системы для автомобильной промышленности;
4. KAWASAKI (ЯПОНИЯ) — эта корпорация была создана в 1896 году и сегодня известна как один из крупнейших в мире промышленных концернов. Промышленные роботы от Kawasaki robotics используются для работ во взрывоопасных, агрессивных, стерильных и высокотемпературных средах и др. Имеют грузоподъемность до 1500 кг;
5. MOTOMAN (YASKAWA) (ЯПОНИЯ, США) Motoman Robotics – компания была создана в 1989 году, и сегодня выпускает около 175 моделей роботов и разработала 40 готовых решений для интегрирования, которые применяются для специфических задач. Корпорация занимает лидирующие позиции на рынке производителей в Северной и Южной Америке. спец иализируется на промышленных роботах для дуговой сварки, резки, обработки материалов и сварки различных металлов;
7. PANASONIC (ЯПОНИЯ) – компания не только известная по производству электронных товаров и бытовой техники, но и один из лидеров рынка промышленной робототехники для различных задач и оборудования для сварки. Компании удалось создать робота, который программируется с одной панели управления. Благодаря новой технологии продажи сварочных роботов Panasonic достигли 40 000 штук по всему миру;
8. KC ROBOTICS , Inc (США) – вышла на рынок в 1990 году. Компания, которая специализируется на выпуске широкого ряда промышленных роботов, продуктов и услуг, обслуживает все отрасли промышленных роботов, а также занимается производством и обработкой материалов;
9. TRITON MANUFACTURING (США) – компания, известная по разработке гибких системах питания, паяных электрических компонентах. Произведённые устройства обеспечивают передачу мощности для компьютеров, телекоммуникаций, аэрокосмической промышленности и т.д;
10. KAMAN CORPORATION (США) — компания с более чем 200 филиалами и центрами, крупнейший промышленный дистрибьютор Северной Америки. Производит подшипники, механические и электрические устройства для электропередачи и управления движением, обработки материалов и жидкостей, а также другие устройства, применяемые в промышленной и военной робототехнике.
На сегодняшний день существует множество CAD/CAM-систем (программные комплексы), позволяющих наиболее просто осуществлять как 3d-моделирование изделий, самих роботов, необходимой оснастки и т.д., так и программирование промышленных роботов.
Область применения роботов. Промышленные роботы и сервисные роботы.
Cегодня роботы используются практически повсеместно. В тяжелой промышленности роботов используют и в литейном производстве, и в процессах сборки, и в обработке металлов, в сварочных, покрасочных работах, во вспомогательных работах.
Роботизировано гражданское и промышленное строительство, легкая промышленность, роботы присутствуют на мебельном и деревообрабатывающем производстве. Роботы проникли на пищевое и химическое производство, в сельское хозяйство.
Также роботизированные комплексы используются в угольной, горнодобывающей, нефтяной промышленности, в лесозаготовительном производстве.
В электронной промышленности роботы приспособлены под производство от силовых, распределительных и специализированных трансформаторов до производства оптических приборов и фотографического оборудования и многое другое.
Сервисные роботы и область их применения
В середине 90-х гг. Европейская Экономическая Комиссия ООН и ИСО (Международная организация по стандартизации ISO) приняли предварительную систему классификации сервисных роботов. Их разбили по категориям и типам взаимодействия: бытовые/персональные роботы и профессиональные сервисные роботы.
Бытовые сервисные роботы были созданы для автоматизации различных процессов непосредственно в быту человека и в сфере обслуживания. Такие роботы, как правило, обладают очувствленными системами с элементами интеллекта . Они могут выполнять задачи по приготовлению пищи, уборке, мытью посуды, играм и обучению людей, обслуживанием в общественных местах.
Пример робота-официанта
Также в последние 10 лет приобрели популярность системы “умный дом”, “умный город”, системы видеонаблюдения, сканирования и прочие.
Профессиональные сервисные роботы используются в медицине, здравоохранении и спорте. Они обучают физическим упражнениям, проводят физиотерапию, массаж, роботы участвуют в хирургических и других операциях. Их стали внедрять в процессы диагностики органов, протезировании конечностей, реабилитации больных и инвалидов, уход за больными и помощь при передвижении.
Все эти сервисные роботы не имеют жёсткой регламентации.
Примеры сервисных роботов в сельском хозяйстве
Примеры сервисных роботов в общественном пространстве
Примеры сервисных роботов в логистике
Кроме того, профессиональных сервисных роботов активно используют в космической отрасли, инженерном деле и проектировании. В связи с нарастающим интересом к освоению ресурсов мирового океана во всем мире создаются подводные роботы.
Также роботов стали использовать и в обслуживании авиатехники, системах безопасности, в недрах земли, в экстремальных условиях и различных ремонтных работах. В военной промышленности роботы активно используются в операциях разминирования, беспилотных систем, в подводных работах, как наземные транспортные средства и т.д.
С 1997 года IFR (international Federation of Robotics) ежегодно собирает статистические данные о сервисных роботах. К сожалению, пока статистика довольно скромная, так как данные собираются непосредственно от производителей сервисных роботов.
По данным экспериментального исследования ЕЭК ООН/ПКИ, проведенном в 2008 году среди некоторых крупных робототехнических компаний, средний срок службы робота составляет примерно 12-15 лет.
Кобот. Что это такое?
Кобот (Collaborative Robot) – это коллаборативный/коллективный робот. Идея разработки коботов появилась в 1996 году в рамках исследовательского проекта Фонда General Motors.
В основе концепции разработки коботов была идея – создать безопасных роботов, которые могли работать с людьми “рука об руку”. Спустя двадцать лет коботы приобрели большую популярность на многих предприятиях, но сейчас не все могут отличить их от обычных роботов.
Основные отличия коботов от роботов:
1. Партнерство в команде человек-машина. Классические промышленные роботы – это силовые машины, которые выполняют операции, прописанные в программах, не взаимодействуя с людьми. Вокруг них, во избежание травм, устанавливают специальные ограждения и клетки;
Коботы были специально разработаны для совместной работы с человеком. Их не огораживают, позволяя осуществлять ручную сборку и контроль качества изделия на месте. Основная задача коботов – полностью решить те сложные задачи, которые нельзя полностью автоматизировать;
2. Предотвращение опасных ситуаций. Коботы выполняют задачи, которые могут стать травмоопасными. Такое перераспределение работ приводит к уменьшению числа аварий и нежелательных последствий;
3. «Умное» и безопасное поведение. Коботы останавливаются при малейшем прикосновении к человеку. Он оснащён специальными датчиками, предотвращая несчастные случаи. Ограждения становятся не нужны;
4. Гибкость и обучаемость. Коботы просты в программировании и перепрограммировании. Некоторые коботы даже обладают навыками самообучения;
5. Мобильность и экономия энергии. Коботы обладают меньшим весом, чем промышленные роботы. Их легко перемещать и устанавливать на любых поверхностях и в разных точках производственной цепи. Их можно установить даже на потолке. Сделать это может самостоятельно даже один рабочий. Они потребляют мало энергии;
6. Сравнительно малая стоимость по сравнению с промышленными роботами;
7. Малая скорость и меньшая мощность по сравнению с промышленными роботами.
Лидерами по производству коботов в мире на данный момент являются Universal Robots, Bosh, Kawada Industries, F&P Personal Robotics, Kawada Industries, MABI Robotic, MRK Systeme, Rethink Robotics и Fanuc.
Взаимодействие системы человека и кобота в промышленных условиях стало возможным благодаря разработке стандарта ISO / TS 15066: 2016 «Роботы и роботизированные устройства», а также новой технической спецификации ISO для безопасной работы с роботами. Работа над ISO / TS 15066 начиналась с определения границ, чтобы не было случайного контакта между человеком и машиной, который бы привёл к травме человека и продолжается до сих пор.
Также в 2012 году был выпущен документ ISO 8373:2012 «Роботы и роботизированные устройства», который заменил старый ISO 8373: 1994 «Системы автоматизации и интеграции» . Новая редакция была переработана и расширена, и включила как промышленных, так и сервисных роботов. В настоящее время ведётся переработка этого документа, новая редакция которого выйдет в свет в 2021 году.
ISO (Международная организация по стандартизации) является всемирной федерацией национальных органов по стандартизации (органов-членов ISO). Работа по подготовке международных стандартов обычно осуществляется через технические комитеты ISO. Основная задача технических комитетов заключается в подготовке международных стандартов, проекты которых, принятые техническими комитетами, распространяются среди органов-членов для голосования.
Сегодня вопросами роботизации занимается специально созданный комитет, который работает в этом направлении и посвящен робототехнике — ISO / TC 299. Последнее рабочее совещание ISO / TK 299 было проведено в Киото в июне 2018 года. Третье пленарное заседание ISO / TC 299 состоится в Стокгольме в 2020 году.
Пример кобота:
Роботы стали частью повседневности. Мы не мыслим себе жизнь без кибер-систем, гаджетов, интернета вещей, облачных сервисов и виртуальной реальности. Мы живём во время 4-й промышленной революции, повсеместной роботизации, или — Индустрии 4.0.
В целом, мы можем с уверенностью сказать, что наша жизнь практически полностью идёт рука об руку с автоматизацией многих процессов и роботы прекрасно её дополняют: от работы на станках и компьютерах до приготовления пищи и общения. В следующих материалах мы расскажем о том, как роботы влияют на мировую экономику и рабочий класс.
Ссылки на материалы: 2 3 4 5 6
