Робототехника. Модуль 2

В этом модуле вы узнаете:
• как используют роботов в промышленности;
• как роботы помогают исследовать небо, землю и воду;
• в какой области роботы эффективнее человека;
• чем робот может помочь врачам и медсестрам;
• какие роботы окружают нас в повседневности;
• могут ли роботы быть целиком виртуальными.

В этом видео ментор курса Николай Пак рассказывает, какие роботы распространены в промышленности, почему они пришлись ко двору в науке, какие задачи роботы берут на себя в медицине и как упрощают нашу повседневную жизнь. В следующих частях модуля мы подробно обсудим каждую из этих областей.

Когда будете смотреть видео, обратите внимание:

1. Какой завод Николай приводит в пример как роботизированное производство?

2. Как называется робот-хирург?

Роботы-рабочие

Грузчики, сортировщики и сборщики

Роботы не устают от монотонных задач, могут поднимать объемные грузы и работать быстро, им не нужны выходные и перерывы на обед. Неудивительно, что самые разные производства (от повседневных товаров до самолетов и космических аппаратов) «нанимают» роботов с распростертыми объятиями. Ниже мы собрали самые характерные примеры роботов на производстве.

• Манипулятор — это те самые роботизированные «руки», которые мы видим на фотографиях и видео с современных фабрик и заводов. Их снабжают разнообразными датчиками, чтобы они могли обрабатывать и соединять детали, контролировать качество продукции, упаковывать ее и т. д.

• Роботы-сортировщики помогают освободить людей от тяжелого и монотонного труда, который требует большой концентрации. Их сенсоры готовы 24/7 анализировать вид деталей и элементов, лежащих на конвейере, и распределять их по разным отсекам. Например, сегодня роботы-сортировщики часто разбирают строительный мусор, ведь что-то из него можно повторно использовать или переработать.

• Роботы-погрузчики освобождают людей от необходимости перемещать что бы то ни было — от бумаг до объемных грузов. Например, в архиве Сбербанка нужные коробки с документами находят и перемещают специальные роботизированные краны-штабелеры. А гиганты интернет-торговли Amazon и Alibaba вовсю используют роботов-кладовщиков, которые берут 70% рутинной работы на себя и весьма самостоятельны (например, смогут сориентироваться на складе, если там изменится планировка).

От конкретных задач до целой стройки

В строительстве роботы ценны тем же, чем и в промышленности: они берут на себя физически тяжелые, опасные и монотонные задачи. К тому же им не страшна плохая погода: темп их работы не упадет из-за похолодания или дождя.

• Робот-строитель — отличный пример того, что роботы способны выполнять однообразные задачи в разы быстрее людей. Так, робот-строитель от Fastbrick Robotics работает в 20 раз быстрее обычного каменщика и может сам возвести фундамент частного дома из кирпича за два дня. С ним строители смогут возводить по 150 кирпичных зданий в год — им остаются коммуникации и отделочные работы.

• Робот для прокладки кабеля пробирается по каналам, уже прорытым для труб, и тянет за собой телефонный или оптический кабель. Это значит, что для прокладки кабеля не нужно ничего копать отдельно, можно использовать готовые трубы. Более того, поломки тоже обнаружить проще: такие роботы могут исследовать трубопроводы с помощью камеры и подсветки.

• Робот-экскаватор Brokk из Швеции может выполнять на стройке очень много задач: откапывать, грузить и переносить предметы, разбирать конструкции из железобетона, кирпича и металла, снимать слои штукатурки со стен, бурить отверстия и т. д.

• В 2019 году в Амстердаме планируют установить мост, целиком изготовленный из стали по методу 3D-печати, прямо в воздухе. Два робота начинают строить мост на разных берегах и продвигаются вперед по уже возведенной части, встречаясь на середине уже готового моста. Роботизированные системы напечатают все детали моста прямо на месте, их не придется везти. Своеобразные строительные леса, а точнее, конструкции, которые выдержат их собственный вес, они тоже построят сами.

Роботы-исследователи

Роботы-исследователи незаменимы при изучении опасных для человека локаций и явлений, а также там, где требуется большая точность или физическая сила. Они могут забраться туда, куда людям ход заказан: глубоко под воду, в жерло вулкана или, наоборот, на уровень органов и даже отдельных клеток живого организма

На Земле

• Катер. Роботизированные катера исследуют и изучают реки, озера и моря. Особенно они полезны в экстремальных условиях — например, во льдах Дальнего Севера. Они могут работать самостоятельно, а могут — по командам оператора через дистанционное управление. Если управление ведется через радиоволны, оператор может находиться довольно далеко от робота. Даже на другом конце города среднего размера.

• Батискаф / глайдер. Роботы-батискафы и роботизированные глайдеры с разными принципами движения оказывают нам неоценимую помощь в исследовании морских глубин. Человека туда отправлять пока рано: для долгих погружений аппарату надо быть большим и дорогим. Да и нужно ли это, если можно сделать робота любой формы из устойчивых к низким температурам материалов, наделить его манипуляторами, датчиками, снабдить камерой и исследовать глубины, не подвергая человека опасности?

• Станция. Роботизированные подводные и донные станции ведут длительное наблюдение за экологией и геологией глубин и помогают отслеживать экологическую, геологическую, ледовую и другую обстановку на недоступной человеку глубине и в неподходящих условиях. Например, глубоководная экспедиция в Марианскую впадину от Национального управления океанических и атмосферных исследований (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) обнаружила множество новых биологических видов благодаря роботу с камерой на дистанционном управлении. В зависимости от назначения и аккумулятора такие станции могут работать от нескольких недель до нескольких лет.

• Вулкан. На планете есть и другие места, куда человеку не забраться (например, вулканы и гейзеры). Построенный из устойчивых к высоким температурам и ядовитым газам материалов робот способен проводить исследования даже в момент пиковой сейсмической активности. НАСА разработало уже два таких робота: один перемещается на колесах, а второй имитирует движения червя и за счет этого может перемещаться по отвесным ледяным скалам.

В космосе

1. Curiosity — марсоход третьего поколения, который был запущен НАСА в 2011 году, по сути — автономная химическая лаборатория, которая исследует почву и атмосферу Марса.

2. Роботизированные помощники уже появились на МКС, а скоро роботы будут выполнять простейшие рутинные обязанности космонавтов: например, устранять неполадки с солнечными панелями при отказах автоматики, которая меняет их положение, или монтировать блоки космических станций. Русский сегмент МКС уже сегодня чинит космический манипулятор ERA. А может быть, астронавтов и вовсе в будущем заменят электронные коллеги — уже ведутся разработки роботов-космонавтов. И тренировать никого не надо, и для людей опасности нет.

3. Спутники на орбите Земли обеспечивают нам связь, наблюдение за погодой и навигацию. Их уже сотни, и они настолько важны, что еще в 2016 году одно из управлений Пентагона начало разрабатывать проект отдельного спутника для ремонта спутников — своеобразной скорой помощи на высоте 36 тысяч километров. У этих аппаратов есть собственная функция, способы получать информацию о внешнем мире, алгоритмы действий и оборудование, которым они выполняют эти действия, а значит, они считаются роботами.

Роботы-помощники в мелочах

Газонокосилки, чемоданы и няни

В первом модуле мы говорили о том, как много роботов уже сегодня упрощают повседневную жизнь человека: робот-пылесос, голосовые помощники и даже стиральные машины при внимательном рассмотрении оказались роботами. В этой части давайте посмотрим, какие еще задачи можно автоматизировать.

• Робот-уборщик не такой компактный и симпатичный, как его дальний родственник робот-пылесос, зато может работать в непогоду и справляться с более серьезными врагами: дорожной пылью, листьями, снегом и наледью. В зависимости от задач его снабжают колесами или гусеницами.

• Робот-газонокосилка выглядит как небольшая тележка на колесном или гусеничном ходу, с электрическим или дизельным двигателем. Точно так же, как робот-пылесос, газонокосильщик обходит владения, выполняет задачу и возвращается на базу. Границы участка обозначают кабелем, чуть врытым в землю, а вернуться на базу помогают инфракрасные датчики.

• Для борьбы с насекомыми уже тоже придуман робот. Китайские инженеры разработали миниатюрный танк, который детекторами обнаруживает комаров, а затем «расстреливает» их лазерной пушкой.

• Чистить бассейн — не слишком увлекательное занятие, а значит, здесь тоже есть простор для автоматизации. Первый тип роботов-чистильщиков плавает по поверхности и собирает мусор. Второй умеет ползать по стенкам и дну точь-в-точь как улитки по аквариуму — и точно так же очищать его от грязи.

• Робот-чемодан вмещает от 15 до 30 кг вещей и умеет следовать за хозяином, а точнее, за маячком в его кармане. Потерявшись, он подаст звуковой сигнал, а датчики помогают ему не сталкиваться с людьми и не падать. По лестнице он за вами карабкаться пока не сможет, но для перемещений по аэропорту — это то, что нужно.

• В личном ассистенте скоро тоже не будет необходимости. По мере развития робот-помощник научится поддерживать распорядок дня, искать информацию, следить за погодой и пробками на дороге, помогать в домашних делах. Они уже умеют многое из этого — например, робот Zenbo от ASUS заменяет ежедневник, управляет «умным домом», способен отвечать на вопросы, делать фото и видео.

• Робот-няня поможет родителям присмотреть за ребенком: камера покажет, что делает малыш, а микрофон поможет услышать, не плачет ли он. Через динамики с ребенком можно общаться, а система дистанционного управления поможет перемещать робота по дому. Робоняню можно попросить показать детям картинки и мультики (разумеется, те, которые укажет родитель).

Роботы — медицинские помощники

Вместо скальпеля, медсестры и донора

В медицине на первый план выходят такие качества роботов, как точность, способность работать без устали и отсутствие эмоций. Внедрение роботов в медицину должно решить сразу 2 задачи. Во-первых, человеку больше не придется заниматься рутинной работой, например, выдавать медкарты больных. Во-вторых, роботы помогут врачам совершать высокоточные операции, которые ранее были невозможны. Робот не огорчается, не допускает ошибок и всегда готов к работе.

• Робот-медсестра. Роботы могут ухаживать за пациентами, работать в регистратуре, следить за соблюдением назначенного лечения (например, в качестве части автоматизированной системы по выдаче назначенных препаратов из аптеки), забирать в процедурном кабинете и приносить пациентам нужные лекарства. Один из таких роботов, созданных для ухода за детьми и пожилыми пациентами, называется Robear — его представили в Японии еще в 2015 году.

• Робот-хирург. Робот-хирург сегодня — подспорье в сложных операциях, требующих тонкой и длительной работы. Так, разработан робот Da Vinci: набор камер и манипуляторов, который работает под руководством оператора-хирурга. Наладив дистанционное управление, инженеры добьются того, что врачу и пациенту будет необязательно встречаться лично даже для операции, так как хирург выполнит все манипуляции удаленно. Робот-хирург Versius помогает врачам проводить самый современный тип операций, когда вся манипуляция происходит через крошечный разрез. Такой метод причиняет пациенту меньше боли и оставляет меньше шрамов, но требует ювелирной точности и целого набора технологий.

• Принтер органов. Это некое подобие 3D-принтера, только в качестве материала для «печати» используют собственные клетки пациента. Таким способом уже создают и успешно пересаживают некоторые внутренние органы, кожу, части тела (уши и носы), кости и хрящи. Совсем скоро поиски донора органов уйдут в прошлое — уже известны случаи успешной печати сосудов, клапанов сердца, кожи , выращенных в лаборатории.

• Робот-диагност. Роботы уже активно помогают врачам принимать решения: врач вводит данные, система помогает поставить диагноз или выписать лекарство. Следующий шаг — суперкомпьютеры, оснащенные искусственным интеллектом. Так, робот-онколог IBM Watson использует данные 600 тысяч документов и научных работ, чтобы за несколько минут проанализировать все сведения о пациенте и предложить варианты диагноза. Важно, что такие роботы ни в коем случае не заменяют врача, они лишь помогают ему проанализировать информацию и предлагают варианты решения. Например, робот не интерпретирует рентгеновский снимок, а только показывает, что у людей со сходными снимками обнаружен некоторый диагноз, а дальше выводы делает врач.

• Экзоскелет. Устройство не научная фантастика, а способ восстановиться после травмы или операции. Экзоскелет ExoAtlet представляет собой жесткий каркас с двигателями и программой. Он помогает пациенту встать вертикально и двигаться так, как если бы он шел сам. Специальные датчики считывают движения тела и усиливают их моторами, так что человек идет как будто сам, но затрачивает гораздо меньше усилий.

Роботы-программы

Мы уже говорили о том, что роботы могут выглядеть как угодно. Пришло время выяснить, что они могут и вовсе никак не выглядеть. Главное — чтобы они выполняли свою функцию по заданному алгоритму, а результат их работы был ощутим вне виртуального мира.

Робот Вера

Александр Ураксин с коллегами разработали робота Веру, который берет на себя рутинные задачи рекрутеров. Послушайте рассказ Александра о том, как Вера помогает «Ростелекому» нанимать новых сотрудников. Какие задачи выполняет робот?

Автоматизация роботами

Один из частных случаев софтверных роботов, то есть роботов, не имеющих тела, — это автоматизация бизнес-процессов с помощью роботов или искусственного интеллекта. Такая технология называется «автоматизация процессов роботами» (от английского Robotic process automation — RPA). Суть заключается в том, что программа сначала отслеживает действия пользователя, а затем автоматизирует ихи начинает выполнять самостоятельно.

Один из примеров такой автоматизации — робот Вера, с ним вы уже знакомы.

Одна из китайских страховых компаний автоматизировала процесс обработки заявлений на страховые возмещения. До автоматизации это была ручная работа: сканирование заявлений, архивирование бумаг, занесение данных из заявлений в учетные системы для анализа соответствующими подразделениями. В итоге на каждое заявление в среднем уходило 11 минут, а таких заявлений за день поступало от 70 до 125. Когда процесс автоматизировали, оставалось только отсканировать документы. После этого система распознавания образов стала «сама» заносить данные в систему и в архив по всем правилам компании и законодательства. Весь процесс обработки заявлений стал занимать около полутора минут.

Компания-дистрибьютор ежемесячно получала сводку об отгруженной и проданной продукции от розничной сети и заносила в свои учетные системы. Сложность была в том, что информация поступала в разных форматах и системах (настолько, что у розничной сети и дистрибьютора не было возможности перейти на новую систему). Компания автоматизировала процесс сведения этих данных. В результате время на их обработку на всю сеть в регионе сократилось со 100 человеко-часов до 9 минут.

Консалтинговая компания NFP разработала робота, который сканирует документы контрагентов, распознает их и сортирует. Затем он формирует транзакции в нескольких учетных системах и размещает скан копии документов в нужных разделах сайта Госзакупок. Программный робот заменил сразу несколько десятков операторов, которые разбирали документы вручную. Выделенный оператор делает всю работу за 578,7 дня (и это без учета проверки). Выделенный оператор с помощью робота RPA сделает ту же работу за 19,3 дня (уже с проверкой).

Один из фармацевтических холдингов использовал RPA для анализа претензий клиентов. Система автоматически принимает, проверяет и обрабатывает претензии клиентов. С помощью сложного алгоритма робот одобряет или отклоняет заявку, а затем переходит к следующей. В компанию поступает около 5000 обращений в месяц, и для ручной обработки требовалось 45 операторов. Внедрение, настройка и тестирование робота заняли полтора месяца, зато после этого тот же объем заявок может обработать один оператор.

ПЕРЕЙТИ К ТРЕТЬЕМУ МОДУЛЮ