Разделы

Наука Техника

Электронные служанки помогут одиноким мужчинам

В последние годы на фоне развития тенденций по роботизации, как в промышленности1, так и в различных сферах услуг, многие компании стремятся «успеть» с разработками и «застолбить» территорию. В текущем десятилетии ожидается бум в производстве «домашних» роботов. Он, по-видимому (и в первую очередь), затронет Японию, где многие одинокие пожилые люди уже «снабжены» домашними «сидячими» роботами для наблюдения за ними и вызова помощи. Но, пожалуй, самые блестящие перспективы ожидают именно прямоходящих полностью автономных (и пока очень дорогих) роботов. Для них уже разрабатывают новые системы зрения, координации и обеспечения групповой работы. Этим перспективным исследованиям посвящен наш материал.

В прошлом году двуногие роботы-гуманоиды отнюдь не случайно привлекли всеобщее внимание и заняли прочные позиции на RoboCup 2002 и Robodex 2003. За этими чемпионатами роботов-футболистов, которые проводятся с 1997 года, стоят реальные потребности рынка (иначе соревнования были бы обречены на медленную смерть).

В последнее время наметилась тенденция по значительному удешевлению роботов (как, в свое время, случилось с ПК, а затем и с мобильными телефонами). Переход на роботизацию в промышленности и различных сферах услуг выглядит тем более привлекательным на фоне растущей стоимости квалифицированной рабочей силы в экономически развитых странах. С другой стороны, по оценкам некоторых экспертов, ощутимо уменьшились сроки окупаемости вложений средств в производство роботов, и сейчас они достигли 2 лет. В то же время срок эксплуатации роботов только растет (сейчас это 12-16 лет).

RoboCup как бизнес-полигон

Крупный бизнес охотно спонсирует эти мероприятия2, а также финансирует отдельные группы разработчиков. Хорошим примеров является компания Philips, чья команда лиги средних роботов участвует в соревнованиях уже два года. Отметим, что отделом промышленного зрения этой компании была создана устойчивая быстродействующая система робототехнического зрения. Она хорошо себя показала во время испытаний в ходе соревнований RoboCup.

Система робототехнического зрения помогает «железным парням» различать и локализировать мяч, игроков, определять разметку поля, то есть делать все необходимое для того, чтобы правильно определить свою позицию на поле. В качестве решения была создана компонента, работающая в режиме реального времени на основе цветного воспроизведения и визуального сервоуправления. На роботах команды Philips также апробируются и другие инновационные технологии компании.

Направления и тенденции развития робототехники

В ходе научных мероприятий чемпионата широкое обсуждение получили множество «бытовых» вопросов (научно-технический форум проводится ежегодно с 1992 года, в этом году в нем приняли участие 229 команд из 34 стран). Один из них — создание няни-гуманоида. Активисты RoboCup обещают, что железные домохозяйки появятся уже через несколько лет3. Особенно они будут нужны пожилым людям, ведь главное предназначение таких нянь — помощь человеку в бытовых ситуациях. Предполагается, что каждый робот будет запрограммирован для нужд определенного человека и приспособлен к инфраструктуре его дома. Другие приложения разрабатываются для людей, которым необходимы протезы. Так, роботы станут прототипами людей, на которых будут испытывать новые протезы и подгонять их в соответствии с индивидуальными особенностями каждого пациента.

Как мы уже писали ранее, международная научно-исследовательская инициатива по проведению RoboCup как чемпионата мира по футболу среди роботов была изначально направлена на оказание помощи робототехнике и технологиям ИИ (искусственного интеллекта4). Исходя из названия чемпионата, понятно, что развитие технологий стимулируется постановкой задач, необходимых для игры в футбол. В случае с RoboCup разработчики получили очень благодатную почву: чтобы «сделать» из роботов футболистов, приходится решать множество вопросов, связанных со зрением, навигацией, процессом принятия решений и т.д.5. Но основные темы проектов, которые привлекают внимание заказчиков, — это системы зрения и наблюдения, роботы-спасатели и роботы-няни. Ниже рассматриваются реальные разработки бизнес-приложений на базе технологий, изначально создаваемых для RoboCup.

Разработки

ПО для проекта сохраняющего норму ненаправленного зеркально-линзового отражателя (Software for norm preserving omnidirectional catadioptric mirror design)

Проект сохраняющего норму ненаправленного катадиоптрического зрения стал горячей темой в робототехнике и, особенно, в сообществе RoboCup. Группа ученых под руководством профессора Педро Лима (лидера команды ISocRob и главного судьи на предстоящем RoboCup2004, который состоится в Лиссабоне) из португальского Института систем и робототехники создали программу, способную разработать такие отражатели.

Разработка программной архитектуры для проекта «Совместная навигация роботов-спасателей» («RESCUE-Cooperative Navigation for Rescue Robots» project)

Этот проект, основанный на работе вышеупомянутой команды ISocRob лиги средних роботов RoboCup, обеспечивает работу на открытом воздухе группы роботов с возможностями кооперативной навигации, с тем, чтобы продемонстрировать способность роботов действовать в разведочно-спасательных сценариях.

Спасательные операции являются одной из областей разработки приложений, которые естественным образом способствуют развитию таких областей робототехники, как искусственное зрение и навигация на открытом воздухе в неструктурированном окружении, распределенный ИИ и интеллектуальное управление.

Группа роботов-спасателей, проектируемая в институте, предназначена, прежде всего, для спасения людей от последствий крупномасштабных катастроф, например, землетрясений. Группа роботов действует как единый организм, хотя и может состоять из разнородных элементов как относительно функциональной, так и аппаратной или программной архитектуры, например, команда, в которой один робот колесный, а другой — летающий. Исходя из этого, каждый тип робота может выполнять разные задачи в рамках требований разведочно-спасательных операций.

В целом, проект предусматривает решение следующих проблем:

  • определение функциональной архитектуры, пригодной для интеграции подсистем, формирующих группу роботов, предназначенных для разведочно-спасательных приложений;
  • выбор соответствующих сенсоров и методологий интеграции сенсоров;
  • вопросы навигации, основанной на топологии, моделировании мира и управлении в неструктурированных средах. Кооперативная навигация, где 2 робота коммуницируют друг с другом с целью обмена информацией, необходимой для улучшения навигации группы;
  • согласование задач, включая соответствующую интеграцию функциональных подсистем и управления во время выполнения данной задачи робота.

Проект CMVision

Разработка полноцветного машинного зрения, работающего в режиме реального времени, ведется исследовательской группой CORAL университета Карнеги Мелон, возглавляемой профессором Мануэлой Велозу. Цель проекта — создание простой, устойчивой системы, которая позволить получить глобальное цветное зрение низкого уровня без использования специального аппаратного обеспечения. Проект CMVision апробируется на командах роботов, которые университет готовит для участия в RoboCup.

CMVision в действии

Видеоизображение Изображение после пороговой классификации
Видеоизображение Изображение после пороговой классификации
Три составляющие кибербезопасности: технологии, процессы, аналитика
безопасность

«Планирование и мониторинг в реальном времени для операций по розыску и спасению в условиях крупномасштабных катастроф» («Real-time planning and monitoring for search and rescue operations in large-scale disasters»)

Цель проекта, который ведет департамент информатики и систематики римского университета «Знания» и финансирует Итальянский национальный исследовательский совет, — разработать прототип на базе имитатора RoboCup-Rescue для поддержки принятия решений в режиме реального времени в ходе спасательных операций на базе имеющихся наработок и инструментов, которыми обладают формирования, ответственные за разрешение чрезвычайных ситуаций (службы пожарной охраны, скорой помощи и гражданской обороны). Симулятор RoboCup-Rescue в данном проекте является базовым инструментом, он позволяет:

  • разработать дополнительные инструментальные средства с целью определения сценариев катастроф и план действия задействованных формирований спасателей;
  • оценить эксперименты, проведенные на базе сценария, основанного на реальных данных по землетрясению 1997 года в городе Фолиньо.

«RoboCare»

Проект, финансируемый итальянским Министерством образования и исследований, нацелен на разработку мультироботосистемы для использования в учреждениях здравоохранения. Планируется, что она сможет самостоятельно выполнять поставленные задачи и взаимодействовать с людьми.

«Газинформсервис» выводит на рынок свой SOC. Какие перспективы?
Безопасность

Сам факт непосредственного взаимодействия человека и робота является вызовом, как с научной, так и с технологической точек зрения. Проект включает в себя множество подзадач, которые следует решить в ходе воплощения проекта в жизнь, например, проведение роботом мониторинга и диагностики, координация движений робота, того, без чего невозможна работа квалифицированной медицинской сестры. Эти и подобные сложные задачи могут решаться только при кооперации научно-исследовательских, промышленных и деловых кругов.

«Цифровой мозг УМНИК»

Отечественная разработка — Универсальный Цифровой Мозг УМНИК для создания роботов и других Систем адаптивного управления. Одноименная компания УМНИК создала программную компоненту, на базе которой легко и быстро, как заявляют разработчики, можно строить любые Системы адаптивного управления. Таким образом, проектируя любого робота (от игрушки до робота-хирурга) можно не писать каждый раз специальные программы управления этим роботом, а просто взять ЦМ УМНИК и обучить его решению предстоящих задач. В процессе обучения автоматически создаётся база знаний, которая помогает роботу успешно решать поставленные перед ним задачи. Что интересно, так это возможность Цифрового Мозга самообучаться и дообучаться, как в процессе обучения, так и в процессе его эксплуатации. Это позволяет роботу самостоятельно адаптироваться под решение той или иной задачи в условиях изменчивой окружающей среды.

По утверждению разработчиков, основное преимущество их продукта — уникальность. Действительно, ее аналогов на рынке просто нет. Существует множество алгоритмов, справляющихся с теми или иными задачами, но универсального продукта пока нет. Однако, как говорит директор по маркетингу компании Альфред Шах: «Существуют разработки в ряде университетов и лабораторий Японии и США, которые рано или поздно появятся на рынке. А до поры до времени — мы фактически монополисты на рынке».

***

Быстро развивающийся сектор экономики — робототехника — находится в стадии своего развития. Как говорит один из отцов-основателей RoboCup, г-н Хироаки Китано, возглавляющий Лабораторию кибернетики компании Sony, «потенциал робототехники очень высок, и я хотел бы подчеркнуть, что это именно самостоятельная индустрия — робототехника. Подобно тому, как индустрия информационных технологий не сводится только к производству персональных компьютеров, так и робототехника охватывает все связанные технологии. Например, простая камера наблюдения, которая сможет автономно распознавать объекты, будет включать в себя и сенсоры, и мобильные компоненты, и программное обеспечение. Исходя из этого, робототехника станет крупнейшей промышленностью, сравнимой, пожалуй, только с автомобильной».

Ольга Покушалова,
участник RoboCup 2003,
специально для CNews.ru

С предыдущими материалами по робототехнике и футбольным чемпионатам RoboCup можно ознакомиться здесь


1По данным 2003 г. Европейской экономической комиссии ООН, за последние 30 лет было создано более 1 млн. промышленных роботов. На сегодня в мире (по данным тех же экспертов) насчитывается около 800 тысяч промышленных роботов (ПР) и здесь абсолютный лидер — Япония (450 тыс. ПР), за ней следуют США (95 тыс. ПР). Первой среди европейских стран по уровню промышленной роботизации является Германия (85 тыс. ПР), за ней идут Италия, где проходил RoboCup 2003 (35 тыс. ПР), Великобритания (25 тыс. ПР), Франция (12 тыс. ПР) и Испания (11 тыс. ПР). В России, по данным ЕЭК ООН, в 2003 году работало около 10 тыс. ПР, что можно признать относительно неплохим показателем.

2К примеру, на ежегодной выставке Robodex (Robot Dream Exposition) в японском городе Иокогама в текущем году участвовали 38 компаний и лабораторий (27 — в 2002 г.), они представили 95 роботов (70 — в 2002 г.).

3 По оценкам специалистов ЕЭК ООН (Европейской экономической комиссии), в производстве «домашних» роботов прогнозируется настоящий бум (в текущем десятилетии). По данным этой комиссии, обнародованным в 2003 г., в течение ближайших трех лет количество «домовых» роботов в мире значительно возрастет и достигнет 300 тысяч, тогда как в 1999 г. их насчитывалось лишь 6 тысяч.

4В связи с кризисом понятия ИИ (искусственный интеллект) сейчас в основном используют другое понятие — ВЧ (вычислительный интеллект) — этим вопросам было посвящено выступление профессора Алексея Аверкина на Третьем заседании Профессионального ИТ-Клуба LUXOFT (2003 г., июнь) (Алексей Аверкин является президентом Российской ассоциации нечетких систем, сотрудником Вычислительного Центра РАН им. А. А. Дородницына). По его словам, считается, что термины ВИ (вычислительный интеллект) и «мягкие вычисления» были введены основоположником теории нечетких множеств Л. Заде в 1994 году.
По мнению Л. Заде, ВИ является альтернативой ИИ, причем первый работает с «мягкими вычислениями», а второй — с «жесткими» вычислениями. Здесь важно отметить, что упомянутые «мягкие вычисления» положены в основу вычислительной техники 6 поколения, а сам термин «мягкие вычисления» очень широко используется в названиях известных международных конференций и научных журналов.
Основанный на «мягких вычислениях» ВИ базируется не только на новой (по сравнению с ИИ) математике, но и, в основном, на ее аппаратной поддержке. Это позволяет уже сейчас создавать дешевые конкурентоспособные автономные интеллектуальные системы, базирующиеся на методах ВИ, — от миниатюрных роботов до бытовой техники. Аналогичные системы ИИ гораздо дороже и требуют сравнительно мощных компьютеров для эффективной реализации.
В ноябре-декабре текущего года CNews.ru готовит к выходу материалы, посвященные тенденциям развития рынка устройств и создания новых машин и механизмов, базирующихся на ВИ и «мягких вычислениях».

5Как отмечают специалисты по ВИ (об этом понятии — см. выше), робота намного сложнее научить ходить (а еще сложнее — бегать), чем играть, например, в те же «сидячие» шахматы.