22 МАРТА 2012
“СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РОБОТОТЕХНИКИ, ВКЛЮЧАЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ”

Александр Иванович Галушкин, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель наук России

 

Владимир Евгеньевич Павловский, доктор физ.-мат. наук, сотрудник Института прикладной математики РАН, разработчик шагающих роботов

 

Александр Иванович Галушкин: 

Уважаемые коллеги!

Наш доклад будет состоять из двух частей. О состоянии и перспективах развития робототехники доложит мой коллега Владимир Евгеньевич Павловский, доктор физ.-мат. наук, сотрудник Института прикладной математики РАН, разработчик шагающих роботов. А я в конце скажу несколько слов о роли нейросетевых технологий в задачах построения систем управления современными и перспективными роботами. 

 

Владимир Евгеньевич Павловский:

Уважаемые коллеги, добрый день!

Я представляю здесь славный авторский коллектив Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук и Московский университет.

 

Вообще говоря, то название, которое заявлено, – «Состояние и перспективы развития робототехники», – это вопрос не 10–15 минут доклада, а, наверное, вопрос полугодового спецкурса на каком-то из современных факультетов. Поэтому мы так договорились с Александром Ивановичем Галушкиным: мы покажем только очень небольшие отрывки на эту тему.

 

Поначалу, позвольте, я скажу два слова в виде некоторого введения. Мы говорим о технологиях, и предыдущий доклад был именно такой. Мы говорим о технологиях, имея в виду GF2045, о нашем глобальном будущем. Поэтому, конечно, хотелось бы понимать, какие это будут технологии не только в области энергетики, медицины и так далее.

 

Мы часто приводим такой пример. Давайте посмотрим на прошлый век. Там состоялось несколько крупнейших технологических прорывов, которые поменяли лицо цивилизации. Позвольте, я вам их сейчас напомню.

 

Начало прошлого века, первые 10, может быть, 11–15 лет – появилось то, что мы называем современной техникой, в основном транспортной техникой: автомобили, самолеты. Да, они были не такие, как сейчас, но они появились тогда и поменяли лицо цивилизации. Планета стала ближе, она стала как бы меньше.

 

40-е годы прошлого века – это бомба. Она очень сильно поменяла состояние цивилизации. Потом мирная атомная энергия, энергетика, о чем мы говорим. 60–70-е годы прошлого века – это, безусловно, спутники, выход в космос. А 90-е годы – это, конечно, Интернет.

 

Каждое такое событие кардинальным образом меняло лицо цивилизации. По общему признанию современных специалистов от Японии до Америки (мы разделяем эту точку зрения) сейчас, в те годы, когда мы с вами живем, такой технологией, которая так же поменяет цивилизацию, будет робототехника.

 

Роботы уже вошли, входят в жизнь людей, и не только на заводах, не только на транспорте, есть масса проектов в сельском хозяйстве, но и дома. Робототехника очень резко пошла в социальную сферу. Роботы появляются в школах. Можно долго спорить и обсуждать, зачем это, но это происходит. И давайте обсуждать не «зачем», а «как» это оптимально использовать.

 

Говоря об этом, конечно, надо понять, какие это должны быть роботы. Вот японцы заявили свой проект, достаточно претенциозный, и о нем многие знают. Позвольте, я тоже напомню. Мы воспользуемся словами японцев.

 

У них есть проект «Гуманоидные роботы». Они говорят так: современные роботы, который войдут в наш мир, должны быть приспособлены к инфраструктуре человеческого общества: это ступеньки, это лестницы, это двери, это кнопки, это тот же транспорт, это органы управления, станки, механизмы. Я видел робота, который сидит на вилочном погрузчике и крутит рычаги вместо водителя. Короче говоря, роботы должны быть приспособлены к нашей общей среде.

 

Как сделать робота, который поднимется по лестнице, войдет в лифт, нажмет на кнопку и поедет на 17-й этаж? Наверное, они должны быть ходячие, шагающие. Наверное, они должны быть с руками, ногами, головами. Отсюда появляются андроидные, гуманоидные роботы, шагающие машины и так далее. Вот на эту тему, позвольте, небольшая информация...

 

В 70-е годы прошлого века в России (тогда СССР) начались работы по шагающим роботам. Появились первые шагающие машины. Вот этот проект, который показан на слайде, можно увидеть в Политехническом музее. Мой учитель, академик Дмитрий Евгеньевич Охоцимский, был одним из основоположников теории и практики шагающих машин в СССР и в России. Под его руководством в нашем институте был любопытный, интересный проект. Он шел достаточно долго – лет 10, до начала 90-х годов, естественно, прошлого века.

 

Были созданы шагающие роботы вот такого рода, шестиногие. Чуть позже я скажу, почему шесть. Было несколько вариантов. Они разные. А потом была создана вот такая машина для человека. И это был принципиально новый транспорт, который не зависел от профиля поверхности перемещения, как это видно. Проект развивался, проект шел достаточно хорошо, до 90-х годов. Потом мы эту машину потеряли. Правая фотография на слайде сделана в музее. Как вы думаете, где? Сейчас эта машина находится в музее АвтоВАЗа в Тольятти. Там есть некий раздел, посвященный экзотическим средствам перемещения. Вот такая машина считалась экзотической.

О проектировании шагающих машин можно говорить очень много. Здесь приведен простой пример, как от биологии мы шли к искусственным ногам. Вот сейчас к вопросу об общем проектировании, об архитектуре шагающей машины. Дайте скажу два слова.

 

Серьезный вопрос – сколько надо ног. На нашей земле основную биомассу (где-то я такое прочитал) составляют насекомые с шестью ногами. Учтите, пауки – не насекомые. У них восемь ног. Это другой отряд. А вот шесть ног – число достаточно оптимальное. Такая машина может двигаться так называемой статически устойчивой походкой. Четырехногие машины с этой точки зрения несколько менее удобны, но они проще в изготовлении и управлении. И, конечно, двуногие. О двуногих мы потом будем говорить. Многоногие машины – они в управлении сложнее, поэтому о них говорить сегодня не будем.

 

Современные шагающие машины в России. Очень интересная команда. Это наши друзья. Они работают в Волгограде, в Волгоградском государственном техническом университете. Там созданы серьезные проекты (вот они показаны) машин, которые ходят.

 

К слову сказать, была масса споров о том, что такое «шагающие машины», что такое «шагание»? Когда-то договорились, что это машина, которая оставляет на поверхности перемещения дискретный след. Это серьезно. Это серьезно в тундре. Это серьезно, если надо идти по плохо подготовленной среде. Но это хуже на гладком шоссе. Конечно, такие машины скорость 200 км/час не развивают пока никак. Но зато они ходят, вы видите – справа, на каком слабом грунте такая машина может передвигаться. Это реальный проект, который существует. К слову сказать, вес машины – 4,5 тонны.

 

Вот еще пример использования той же самой разработки. Слева вверху показано оригинальное решение, когда на это шагающее шасси, сколько-то раз тиражированное, поставили дождевальную установку «Кубань». Слева дождевальная установка. Дождевальная установка льет воду на поле. Поле, простите, раскисло. По нему ехать – это оставлять за собой болото. А вот эта машина нормально, хорошо там работает, функционирует. Сама себя хорошо чувствует и не портит среду, в которой работает.

 

Еще один проект, малые машины, из Волгограда. За недостатком времени просто не могу долго рассказывать. Они все ходят. Они все живые. Они есть в фильмах, они есть в роликах. О них можно говорить.

 

А вот это – современная разработка. Эта машина в прошлом году вышла из цеха, ее собрали. У нее такой оригинальный ортогональный привод. Каждая нога движется по двум ортогональным направлениям. И весь такой красный модуль еще может поворачиваться относительно синего корпуса. Все живое, все работает. Мы надеемся, что эту машину в этом году можно будет посмотреть в Москве на выставках.

 

Это уже несколько раз реновеллированный, переделанный робот ИПМ Келдыша. Это версия 2009 года. Современная маленькая машиночка, она вот такая, шагающая настольная машина, сделана для анализа тонких эффектов ходьбы, шестиногая ВПМ.

 

И вот это любопытный робот. Он повторяет некоторую кинематику, вы сейчас увидите, позже, очень известной американской машины Big Dog, который разработан ООО «РУ.Роботикс». Может быть, Александр Иванович что-нибудь о ней скажет.

 

Три проблемы на перспективу. Да, мы сильно думаем о существенном снижении энергозатрат на передвижение – здесь шагающая машина проигрывает обычному автомобилю пока. И скорость. Есть такие проекты: идет некая команда людей, а рядом с ней механический мул, который несет их груз. Такой проект. И с какой скоростью он должен идти? Если он идет 2 км/час – кому такой нужен? Естественно, скорость должна быть такой же или больше, чем скорость людей, идущих пешком. Сейчас называют цифру 6–10 км/час. Это не ходьба, это уже почти бег. Шагающие машины должны бегать, и некоторые передовые образцы это делают.

 

И совсем кратко, позвольте, что-то на тему ведущих зарубежных проектов. Хотя сейчас время такое, что проекты появляются быстрее, чем успеваешь поместить их в презентацию. Есть уже много новых, которые сюда не попали.

 

Это, наверное, самый известный проект. Это робот ASIMO корпорации Honda. 15 лет секретных исследований в лабораториях Honda. Когда они опубликовали эту работу, показали ее белому свету, в Америке, в MIT (Массачусетском технологическом институте), в лаборатории, которая называется «Лаборатория шагающего движения» (я знаю людей оттуда, они рассказывали) было специальное заседание лаборатории: что делать, закрывать исследования или продолжать? Американцы решили продолжать. Сейчас они создали фирму Boston Dynamics. Ее результаты мы тоже посмотрим. ASIMO – понятно, что восходит к Азимову. Хотя японцы придумали, что это аббревиатура, и за каждой буквой стоит некоторое слово.

 

Робот HRP. Это не совсем робот. Это несколько роботов. Это тот самый гуманоидный проект Японии. Несколько крупнейших корпораций Японии откликнулись на него, создав несколько разных роботов. Они могут многое. Но даже японский технический интеллект этих машин еще сильно далек от совершенства. Хотя механически они умеют очень много.

 

Это Sony QRIO. Это тоже известная машина. Он небольшой, вот такой. Но, тем не менее, бегает, танцует. Некоторые лучшие образцы способны сделать сальто на руках. Но это энергетика, это привод, это динамика. Это серьезно. Честно говоря, здесь удивляет то, что там написано «вьетнамская компания». Мир не стоит на месте. Везде идут такого рода работы. Сравнительные характеристики понятны. Вот вес, рост, размеры. QRIO весит всего 8 кг.

 

Антропоморфные роботы-манипуляторы. Вот этот Robonaut 2, который сейчас уже вроде бы находится на МКС. Это верхняя половина торса человека с руками. Ног там нет. Его там где-то хитро крепят на станции, и он выполняет некоторые работы своими серьезно развитыми руками.

 

Может быть, в этой аудитории я могу сказать, что это американская мечта – сделать что-то в гараже. Это восходит к Форду, это восходит к Стивену Джобсу. Эта компания просто называется Willow Garage. Она сделала очень хорошую машину с очень серьезной продуманной кинематикой рук робота. Этот робот (поверьте мне, я знаю результаты) способен листать бумажные страницы книги. Это очень сильные результаты для механики манипуляторов.

 

Festo. О Festo можно сказать отдельно. Festo очень сильно продвинулась в последние годы: сделала руки, сделала летающую птицу, сделала рыб. И вот примеры вы сейчас можете увидеть. Сделала хитрый бионический захват подобно хоботу. Работы эти сразу повторяются.

 

Вообще в нашем современном мире самое дорогое – это даже не техника. Все понимают, как сделать. Самое дорогое – это идеи: что сделать и как технологически. А потом уже это можно повторить.

 

Появилось слово «биомехатроника». Мехатроника – это почти аналог слова «робототехника», но пошире. А уже появилось «био». Уже идет речь о сочетании мехатронных эффектов и биологических. Это серьезных вопрос, заслуживающий на самом деле не двух минут, а отдельного серьезного обсуждения.

 

Big Dog [компании] Boston Dynamics слева. Это тот самый механический мул, который идет рядом с командой людей и несет некий груз. Это первая команда. Рядом похожий итальянский аппарат, название там написано. У Big Dog достаточно странная конструкция ног, но в этой фирме буквально три-четыре месяца назад (а сейчас появились видеоролики) создана новая машина. Это то самое, о чем я говорю, – они появляются быстрее, чем мы успеваем их сюда поместить.

Она называется Alfa Dog. У нее передние ноги повернуты уже правильно, так сказать. У этой машины встроенный компьютер, операционная система QNX, там хорошие серьезные (нрзб.). У него потрясающая система стабилизации. Он великолепно себя чувствует на льду, на неровных поверхностях, на камнях, что видно на снимке. Все это очень серьезные, перспективные, продвинутые работы.

 

Petman той же компании. Робот, который изначально создавался как некий подвижный манекен (но это робот в полной мере) для того, чтобы на нем проверять костюмы химической защиты, разрабатываемые для американской армии. Он должен был имитировать и проверять даже полную человеческую физиологию внутри такого плотного сложного костюма. Но сейчас он играет роль просто как двуногий шагающий аппарат.

 

Вот такие – ну, не такие, я немножко погорячился, – такие, которые пойдут на их основе, пойдут в человеческое общество. И у японцев уже такие примеры есть. Это вторая часть доклада. Я сейчас передам слово Александру Ивановичу Галушкину.

Буквально на днях прошел видеоролик по телевидению, где сидят шесть шесть человек. И ведущий спрашивает: «Угадайте. Среди них два андроида». И опять можно вспомнить Азимова, «Я, робот» и все прочее. Внешне уже не отличить. Вот это ждет цивилизацию в ближайшее время. Надо обсуждать вопросы этики, вопросы взаимодействия, вопросы применения. Все это будет крайне серьезно.

Спасибо.

 

Александр Иванович Галушкин:

Уважаемые коллеги!

Через год исполнится ровно 50 лет, как я попал, будучи еще студентом, на семинар академика Петра Кузьмича Анохина. И с этого момента я начал заниматься нейросетевыми технологиями. И не собираюсь бросать эту тематику. Тем более что в той тематике, которую мы с вами обсуждаем (системы управления роботами), нейросетевые технологии, по нашему твердому убеждению, будут играть главенствующую роль.

 

Я бы хотел, поскольку у меня осталось мало времени, остановиться только на основных, принципиальных моментах нейросетевых технологий, которые определяют пути развития, по сути, мозга, нервной системы будущих роботов. И в основном, конечно, буду говорить о российском, отечественном заделе в этой области.

 

Теория нейронных сетей – это, по сути, то направление, которое связано с разработкой алгоритмов решения задач робототехники. Это наша уже не первая, а, наверное, десятая монография в этой области, опубликованная в 2000 году. Она издана в Китае. Совместно с одним из моих учителей, Яковом Залмановичем Цыпкиным, мы собрали основные работы по теории нейронных сетей, опубликованные с 1945 по 2000 год. Хотел бы отметить, что работы по теории нейронных сетей не стареют, подобно работам классическим – по математической логике и так далее.

 

Этот раздел вычислительной математики, связанный с решением сложных математических задач в нейросетевом логическом базисе, по сути дела, родился в России и развивается сейчас достаточно активно. Мы имеем несколько таких публикаций в нашей многотомной серии «Нейрокомпьютеры и их применение», посвященных именно нейроматематике.

 

Нейроуправление – это раздел теории управления, связанный с тем, что классические методы теории управления (а я заканчивал кафедру Солодовникова по теории управления в МВТУ им. Баумана) непригодны для решения задач управления сложными многомерными, многосвязными системами, естественно, существенно нелинейными. И именно такие системы имеются в наличии в современных и будут иметься в перспективных роботах.

 

Это некоторые наши монографии, посвященные проблемам нейроуправления и его применения для решения разных задач: управление конкретными динамическими системами, системами активного виброгашения.

 

И вот такая схема, которая показывает, как нейросетевые методы начинают вытеснять классические методы в теории управления при переходе к системам с переменной структурой, переменными параметрами, существенно нелинейным системам и многомерным.

 

Всю мою сознательную научную жизнь я занимался не только теорией нейронных сетей, но и реализацией конкретных нейрокомпьютеров. Первый нейрокомпьютер мы делали аж в 60-е годы прошлого столетия. Мы видим современный мозг и нервную систему робота как такую распределенную вычислительную сеть нейрокомпьютеров, где есть центральный нейрокомпьютер, решающий основные, базовые задачи, о которых я сейчас скажу, и периферийные специализированные нейрокомпьютеры. Это наши старые разработки, монографии, посвященные описанию практически всех наших работ.

 

Именно теория нейронных сетей, нейроматематика, нейроуправление и нейрокомпьютеры – это основа для построения интегрированных систем управления современными и перспективными роботами. Об этом говорят и мировая литература, и опыт конкретных разработок зарубежных систем управления.

 

Однако хочу вам сказать, что наверняка системы нейроуправления роботами будут либо коммерческой, либо военной тайной всех разработок. И любой, кто делает систему, должен разрабатывать и уметь разрабатывать системы управления сам.

 

Это такая общая структура нейросетевой системы управления роботами, как мы ее видим. Система управления сенсорными системами, включая и нейросетевые системы, слияние информации с многих разнородных датчиков.

 

Это основные задачи, как мы видим, центрального нейрокомпьютера в любом роботе. Это специализированный нейрокомпьютер управления манипуляторами. И, конечно же, важная задача, которая сейчас стоит на повестке дня, – это разработка нейросетевых алгоритмов управления группировками роботов.

Я убежден в том, что нейросетевые технологии – это основа построения будущих систем управления роботами, т.е. мозга будущих роботов.

Спасибо.


Новости
07.06.2012
В Москве в рамках Конгресса Global Future 2045, который состоялся в феврале 2012 года, прошел круглый стол «Диалог конфессий».
21.02.2012
Конгресс “Глобальное будущее 2045” после трех дней пленарных заседаний завершился 20 февраля круглым столом, посвященным формированию…
20.02.2012
В дни проведения международного конгресса Global Future 2045 в Москве, Министерство обороны США и Агентство передовых оборонных…
20.02.2012
Александр Болонкин, астрофизик, старший научный сотрудник NASA, обратился к руководству и участникам международного конгресса «Глобальное…
19.02.2012
Манифест Барри Родрига на конгрессе GF2045: "Будущее – это измерение, к которому стремятся все формы жизни".