XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Робототехника – это прикладная отрасль, которая посвящена разработке автоматизированных систем и созданию роботов. Специальность роботостроения тесно связана с мехатроникой – дисциплиной, отвечающей за создание машин с программным управлением.

Робототехник одновременно является инженером, программистом и кибернетиком, должен иметь знания в области механики, теории проектирования и управления автоматическими системами. Поэтому, чтобы стать квалифицированным специалистом в этой области, нужно иметь колоссальные знания и практические навыки в разных областях

Роботы — часть стремительно надвигающегося будущего высоких технологий. В настоящее время на планете Земля в сфере робототехники революции происходят чуть ли не каждую неделю. Роботы спасают людей, работают в экстремальных условиях, заменяют живое общение, исследуют планеты Солнечной системы и многое другое. От слуг до наставников, роботы развиваются чрезвычайно быстрыми темпами. Работа в сфере робототехники на данный момент борется с самой важной задачей: как оснастить робота искусственным интеллектом. Говорят, именно с этой целью известный футуролог Рэй Курцвейл пришел работать в Google.

Инженеры-робототехники занимаются созданием роботов. Исходя из целей проекта, они продумывают электронную начинку, механику движения, программируют машину на определённые действия. Причём работа по созданию робота обычно ведётся целой командой разработчиков.

Однако недостаточно создать инновационную автоматизированную технику, нужно управлять её работой, проводить регулярный осмотр и ремонт. Этим, как правило, занимается обслуживающий персонал.

Кроме того, робототехника постоянно развивается. Начинает процветать кибернетика, которая подразумевает сочетание био- и нанотехнологий. Квалифицированные специалисты этой области регулярно занимаются исследованиями и совершают революционные открытия.

В РОБОТОТЕХНИКЕ МОЖНО ВЫДЕЛИТЬ 7 ВОСТРЕБОВАННЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ:

1. Инженер-электроник – разрабатывает робототехнику, ремонтирует оборудование и обеспечивает надёжность электронных элементов управления.

2. Сервисный инженер – занимается техническим обслуживанием и ремонтом робототехники, производит диагностику оборудования, а также проводит обучение и консультации операторов, которые будут управлять роботами. 

3. Электротехник – универсальный специалист по электронным приборам, который отвечает за корректное генерирование, преобразование и формирование электрических сигналов, а также обеспечивает проведение многих других процессов. Должен иметь обширные знания в области физики, математики и химии.

4. Программист робототехники – разрабатывает программное обеспечение для роботов, согласно их назначению. Также участвует в сервисном обслуживании, осуществляет запуск и отладку инновационных механизмов.

5. Специалист 3D-моделирования – совмещает в себе навыки визуализатора и модельера. В обязанности специалиста входит разработка трёхмерных моделей робототехники.

6. Разработчик приложений – занимается созданием функциональных приложений для дистанционного управления робототехникой.

7. Педагог специальности «Робототехника» – может заниматься обучением школьников, студентов профильных вузов, преподавать на продвинутых или подготовительных курсах, вести курсы повышения квалификации, участвовать в семинарах и лекциях

Идеи, которые долгое время казались научной фантастикой, могут воплотиться в ближайшем будущем – технологии производства роботов резко подешевели, что вызвало новый всплеск интереса к разумным машинам. Согласно исследованию Cisco, количество домашних роботов в городах удваивается каждые 9 месяцев. В 2020-х годах роботы станут привычной частью интерьера квартиры и городских пространств. Уже сейчас существуют модели роботов, способные присматривать за пенсионерами (подавать лекарства, связываться с лечащим врачом, отправлять смс в «Скорую помощь», если человек внезапно упал), помогать в приготовлении еды, убирать за домашними животными и даже подавать хозяину пиво из холодильника. Мебель и бытовая техника тоже претерпевают изменения – помимо популярного робота-пылесоса, появляются «умные» столы, мобильные гардеробы и роботизированные детские коляски. Так что весьма вероятно, что производство домашних роботов станет одной из самых бурно развивающихся отраслей экономики. В промышленности (в том числе и в машиностроении) активно внедряются робототехнические комплексы нового поколения, способные гибко настраиваться на нужные задачи и обучаться по ходу работы, так что постепенно машиностроительные заводы начинают действовать по принципу «роботы делают роботов». В развитых странах, а следом за ними и в России, появляются заводы, автоматизированные на 90% и более. Высокотехнологическое оборудование на машиностроительных заводах будет становиться все более модульным и распределенным, тем самым обеспечивая быстрый переход на освоение новой продуктовой линейки. Работники таких заводов будут оперативно собираться и пересобираться в высокоэффективные команды, включающие людей с необходимыми знаниями и навыками и способные быстро решать конкретные производственные задачи.
Очень важную роль роботы будут играть в медицине – разрабатываются хирургические машины, помогающие проводить сложные операции, а киберпротезы позволят людям с ограниченными возможностями жить полноценной и насыщенной
жизнью.

Существуют следующие профессии связанные с робототехникой:

1)ПРОЕКТИРОВЩИК ДОМАШНИХ РОБОТОВ-Cпециалист, занимающийся разработкой ипрограммированием домашних роботов (например, робот-сиделка, робот-уборщик, робот-прачка, робот-садовник, робот для выгуливания собак и др.), которые облегчают ведение домашнего хозяйства. Такие роботы интегрированы с другими элементами «умного дома», имеют свободу перемещения и могут выполнять сложную домашнюю работу.

2)ПРОЕКТИРОВЩИК МЕДИЦИНСКИХ РОБОТОВ-Специалист по проектированию биосовместимых робототехнических комплексов и киберустройств для медицины и биотехнологической отрасли (например, роботы-хирурги, диагностические роботы, киберпротезы и др.).

3)ПРОЕКТИРОВЩИК НЕЙРОИНТЕРФЕЙСОВ ПО УПРАВЛЕНИЮ РОБОТАМИ-Специалист, проектирующий системы управления промышленными и боевыми роботами через нейроинтерфейсы, позволяющие контролировать процесс как индивидуальным операторам, так и распределенным коллективам.

4)ПРОЕКТИРОВЩИК ДЕТСКОЙ РОБОТОТЕХНИКИ-Специалист, разрабатывающий детские игрушки, игры, гаджеты и различные механизированные товары широкого потребления на основе программируемых роботов с учетом психофизиологических особенностей детского возраста

5)ИНЖЕНЕР-КОМПОЗИТЧИК-Специалист, занимающийся подбором композитных материалов для производства деталей, механизмов, соединительных элементов робототехнических устройств с заданными характеристиками, в том числе с использованием 3D-печати.

6) ПРОЕКТИРОВЩИК- ЭРГОНОМИСТ-Cпециалист, проектирующий роботизированные системы с учетом эргономических требований пользователей, исходя из их физических и психических особенностей.

В современном сельском хозяйстве используется очень много вспомогательных машин и инструментов для улучшения производства. И вся эта техника нуждается не только в уходе, месте для содержания и топливе, но и зачастую в обладании специальными навыками для ее эксплуатации. И одна из фирм по производству роботов Small Robot Company совместно с экспертами из Бристольского Университета недавно решила, что неплохо было бы сделать универсальную машину для нужд сельского хозяйства и представила робота, который может заменить большую часть существующих сельхоз инструментов.

Вопреки названию компании-разработчика, опытный экземпляр получился совсем не маленьких размеров. Его высота составляет 3 метра, а вес — 250 килограммов. Причем это лишь своего рода «каркас» для сменных модулей, которые и могут выполнять самые разные функции. Сам же робот получил название Jack.

Что касается сменных модулей, то они нацелены на выполнение самых разных задач. Например, есть модуль для подстригания травы, для посева семян на оптимальную для данных условий глубину, для сбора максимального количества урожая, для вспахивания земли и много чего другого. Причем для своих нужд эксперты также разработали специальную версию искусственного интеллекта Wilma, которая отлично ориентируется в самых разных аспектах земледелия и, по словам разработчиков может при, скажем, сборе урожая «отличать пшеницу от не пшеницы»

На данный момент Small Robot Company ожидает одобрения своих патентов, а выйти на рынок планирует в 2021 году. Причем распространяться роботы будут как путем прямых продаж, так и в аренду.

Заводы по производству роботов есть во многих странах. О намерении запустить проект по созданию боевых механизмов в 2017 году заявляли даже представители российского фонда перспективных исследований. Как бы там ни было, лидером по производству робототехники по-прежнему остается Китай. Местные компании производят роботов не только для свой страны, но и для продажи организациям из других точек планеты. По данным Reuters, в Китае появится еще один робототехнический завод, в котором роботы будут трудиться бок о бок с людьми.

Новый завод будет построен швейцарской компанией ABB, производящей различную технику начиная от электрооборудования и заканчивая промышленными роботами. Местом его расположения станет участок неподалеку от кампуса робототехники компании в Шанхае, так как Китай является вторым по важности рынком ABB после США. На постройку сооружения уже выделено 150 миллионов долларов.

Площадь будущего завода составит около 7 000 квадратных метров. Оно будет оснащено специальным программным обеспечением, которое позволит промышленным роботам трудиться рядом с людьми. Для сборки мелких деталей будут задействованы роботы YuMi, один из которых в 2017 году выступил в роли дирижера в человеческом симфоническом оркестре.

Роботы будут производиться как для использования в Китае, так и для импорта в другие страны Азии. По данным ABB, в 2017 году каждый третий произведенный робот отправлялся в Китай. В общей сложности страна приобрела 138 000 единиц роботизированных механизмов. Высокий спрос связан с удорожанием рабочей силы — многие компании пытаются автоматизировать процессы.

Роботы выполняют часть людских задач уже сейчас. В мае 2018 года по улицам калифорнийского города Маунтин Вью начали разъезжать роботы-курьеры компании Starship Technologies. В июне в кофейнях Cafe X города Сан-Франциско появились роботы для приготовления кофе.

Два года назад компания Boston Dynamics представила новое поколение своего двуного человекоподобного робота Atlas. Обновленная версия получила способность ходить по неровным поверхностям, прыгать на одной ноге и даже самостоятельно подниматься в случае падения. Кроме того, робот научился ориентироваться в пространстве, идентифицировать различные объекты и взаимодействовать с ними. Недавно машина получила очередное обновление и теперь его возможности впечатляют еще сильнее.

Специалисты из Boston Dynamics обучили «Атласа» некоему подобию паркура. Теперь робот способен не только бегать, но еще и перепрыгивать на ходу препятствия и даже бегом вбираться на возвышенности. Бот обзавелся достаточной вычислительной мощностью для того, чтобы одновременно использовать свои руки, ноги и тело для балансировки своих движений, а также выполнения широких и высоких (40 сантиметров) шагов. Для ориентации и дальнейшего движения машина использует компьютерное зрения.

Если говорить с точки зрения перспектив, то подобные роботы однажды могут использоваться при различных ЧП, например, спасть людей из-под завалов и переносить их в более безопасное место. В то же время, кажется, что для машины в будущем смогут найти и другие сферы использования. Более года назад компанию Boston Dynamics у Alphabet купила японская компания Softbank и кажется, что у последней имеются планы, выходящие далеко за пределы выпуска очередного хит-видео для YouTube, как это было с предыдущими хозяевами.

Если говорить с точки зрения перспектив, то подобные роботы однажды могут использоваться при различных ЧП, например, спасть людей из-под завалов и переносить их в более безопасное место. В то же время, кажется, что для машины в будущем смогут найти и другие сферы использования. Более года назад компанию Boston Dynamics у Alphabet купила японская компания Softbank и кажется, что у последней имеются планы, выходящие далеко за пределы выпуска очередного хит-видео для YouTube, как это было с предыдущими хозяевами. Во-первых, металлические пластины способны помешать датчикам распознавать окружающее пространство. Вся конструкция робота покрыта электроникой, которая помогает ему видеть предметы и преграды, а затем аккуратно поднимать доски и ровно прикреплять их к стене. Во-вторых, внешний корпус сильно увеличивает вес конструкции, а без него HRP-5P весит не более 100 кг.

Также на видео заметно, что робот ни к чему не подключен, то есть работает от собственного аккумулятора. Отказаться от внешнего источника питания опять же помогло отсутствие металлического покрытия — легкий механизм потребляет меньше энергии.

Японский дроид может заняться отделкой помещений и мелким ремонтом, но в мире есть и роботы с более масштабными задачами. Например, в августе 2018 года инженеры из Сингапура создали прототип механизма для 3D-печати огромных зданий. Примечательно, что даже эти разработчики не отрицают возможность использования подобных 3D-принтеров на Марсе.

Разработка роботов – дело крайне непростое и требующее немалых ресурсозатрат. Но, вполне возможно, что совсем скоро создавать машин можно будет практически из всего, что угодно благодаря проекту OmniSkin – «робокожи», которая может превратить практически любой предмет в управляемый роботизированный механизм.

 

За разработкой OmniSkins стоит группа исследователей во главе с профессором Ребеккой Крамер–Боттиглио из Йельского университета. Каждый модуль «робокожи» является подвижным и состоит из гибкого полимера с интегрированными датчиками. Подвижность обеспечивается небольшими приводами из нагревающихся спиралей нитинола. Нитинол – это металл с памятью формы, который после нагревания и охлаждения возвращается в первоначальное состояние. Помимо этого в конструкции «робокожи» имеются пневматические карманы, наполняющиеся воздухом и сдувающиеся, за счет чего и достигается подвижность. Универсальность «робокожи» заключается в том, что он ее можно прикрепить на любые предметы, которые будут использоваться в качестве каркаса.

Создатели роботов либо перекладывают их управление на искусственный интеллект, либо управляют самостоятельно при помощи контроллеров. Исследователи из Итальянского технологического института и Боннского университета пошли по другому пути и научили робота Centauro повторять движения за человеком используя компьютерное зрение.

Роботизированный кентавр был представлен в конце июля 2018 года. Он оснащен четырьмя ногами с поворотными колесами, двумя руками и массивом камер для восприятия окружающей среды. Робот предназначен для выполнения спасательных операций где важна точность движений, поэтому ранее для передачи команд использовался экзоскелет. Такой способ манипулирования требовал от оператора предварительной физической подготовки, поэтому разработчики решили избавиться от тяжелой конструкции.

 

Вместо экзоскелета было решено использовать технологию распознавания и повторения движений. Для этого инженеры использовали 3D-камеру ASUS Xtion PRO и алгоритм OpenPose для распознавания положения туловища, рук и ног. Для приведения робота в движение, алгоритм изучает полученные от камеры кадры и создает движущуюся модель оператора. Ее ключевые точки становятся ориентирами для планировщика движений, который и заставляет механизмы робота двигаться.

Повинуясь указаниям оператора, Centauro смог переместить и поднять картонную коробку, а также повернуть рычаг. Алгоритм OpenPose также умеет передавать движения пальцев, поэтому при их наличии робот может работать и с более мелкими деталями.

Помимо взаимодействия с предметами, Centauro умеет передвигаться на четырех ногах и преодолевать препятствия. Конструкция поддерживает шесть степеней свободы, то есть кроме осуществления движений по сторонам и поднятия на высоту, робот способен двигаться под углом.

С самого появления гигантского погрузчика в научно-фантастической классике «Чужие», мысль о том, что силовые экзоскелеты могут позволить рабочим переносить сверхчеловеческие веса, не давала спокойно спать новаторам в сфере тяжелой промышленности. Последние разработки предполагают, что эта идея может наконец-то перейти в реальный мир.

Идея экзоскелетов, или носимых роботизированных костюмов, выглядит очень привлекательно. Поженить силу механической робототехники с навыками и способностями людей, устранив необходимость разработки сложного ИИ для управления роботами.

В реальности все оказалось не так просто. Люди работают принципиально не так, как машины, поэтому проектирование машин, которые будут следовать принципам наших движений и не ломать наши мягкие и скользкие тела, крайне сложная задача. И чтобы экзоскелеты упрощали жизнь людей, а не добавляли им поводов для беспокойства, они должны быть ненавязчивыми, легкими и адаптироваться к широкому диапазону размеров тела и форм.

Вот почему, несмотря на первые демонстрации еще в 1960-х годах, эти устройства до сих пор редкость на заводах и фабрика. Однако это может измениться. В начале этого месяца Ford объявил о том, что планирует начать продажу экзоскелетов от Ekso Bionics на 15 объектах по всему миру после успешных испытаний в США.

Эти устройства будут не такими впечатляющими, как силовой погрузчик Рипли. EksoVest — механический каркас без какого-либо питания, который просто поддерживает руки рабочих, если они подняты над головой на протяжении длительных периодов времени. Учитывая стоимость устройства в районе 5000 долларов, это отличное приспособление, потому что стоимость лечения поврежденного плеча работника может быть до 100 000 долларов. И это говорит о том, что мы переходим от высокотехнологичного любопытства к действительно полезному продукту.

Военные разрабатывают экзоскелеты очень давно, но несмотря на десятилетия работы, даже самые передовые вооруженные силы в мире еще не освоили их. Это тоже может измениться: испытания устройства для поддержки нижней части тела ONYX от Lockheed Martin начнутся в этом году. Это устройство крепится к ногам и обеспечивает поддержку солдатам, которые переносят до 40 килограммов груза.

Первые усилия по выводу экзоскелетов в массы были направлены на то, чтобы помочь людям с ограниченными способностями снова встать на нога. В 2014 году роботизированный костюм ReWalk с батарейным питанием стал первым, одобренным для медицинского применения FDA. Двигатели в изгибах коленей и локтей помогают людям с параличем конечностей двигаться с помощью костылей. С тех пор еще несколько подобных устройств прошли одобрение для медицинского использования, но при цене порядка 100 000 долларов, они не нашли широкого применения.

Новая волна устройств ориентирована на более узкое промышленное применение с упрощенными технологиями и пониженной стоимостью, чтобы было проще начать. EksoVest проходит испытания у BMW и Boeing. EksoZeroG, роботизированная третья конечность, которую можно использоватьд для поддержки тяжелых электроинструментов, также проходит испытания в разных местах в США.

Еще одна компания, усердно развивающаяся в этом направлении, это SuitX. Она производит три разных модели промышленных экзоскелетов для поддержки разных частей тела. LegX за 5000 долларов позволяет пользователям приседать или наклоняться в течение продолжительных периодов времени не уставая, а BackX за 4000 долларов помогает поднимать тяжелые нагрузки. ShoulderX за 4000 долларов поддерживает работу над головой, подобно EksoVest. Костюмы тестировались как Ford, так и Fiat. Chairless Chair от Noonee поддерживает нижний корпус, зафиксированный на месте, поэтому пользователи смогут сидеть «в воздухе» — он был протестирован Audi и BMW.

И это не просто дешевые пассивные технологии, которые готовы к прорыву. Подразделение Panasonic объявило о том, что будет поставлять экзоскелет Model Y для испытаний строительной компании в Гонконге.

В начале этого года Sarcos Robotics с экзоскелетом Guardian XO, способным поднимать 70 килограммов, который максимально близок к силовому погрузчику на сегодняшний день, объявила, что создает техническую консультативную группу, состоящую из руководителей BMW, Caterpillar, Delta и GE, среди прочих, для изучения промышленных применений технологии.

Среди паники вокруг перспективы замены людей машинами на множестве рабочих мест, весьма обнадеживает тот факт, что мы можем фактически объединяться с роботами, а не конкурировать с ними.

Литература

Компания Boston Dynamics обучила своего робота «паркуру» https://hi-news.ru/technology/video-kompaniya-boston-dynamics-obuchila-svoego-robota-parkuru.html

Двуногий робот-строитель HRP-5P самостоятельно крепит доску на стену https://hi-news.ru/robots/video-dvunogij-robot-stroitel-hrp-5p-samostoyatelno-krepit-dosku-na-stenu.html

Экзоскелеты набирают обороты. Готовы стать роботом? https://hi-news.ru/technology/ekzoskelety-nabirayut-oboroty-gotovy-stat-robotom.html

Код для цитирования: Скопировать