ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РОБОТОТЕХНИКИ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ

С. Л. Герасюто

Заведующий сектором распределенных программных технологий лаборатории робототехнических систем, бакалавр технических наук

Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси

contacts@robotics.by

Г. А. Прокопович

Заведующий лабораторией робототехнических систем, кандидат технических наук, доцент

Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси

rprakapovich@robotics.by

В. А. Сычев

Научный сотрудник лаборатории робототехнических систем

Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси

vsychyov@robotics.by

Аннотация

Рассматривается эволюция робототехнических устройств, от промышленных роботов с цикловым управлением до интеллектуальных, экстремальных и бытовых роботов. Предлагаются меры для развития перспективных областей робототехники в Беларуси.

Введение

До сих пор термин «робот» относился к области промышленности, и являлся синонимом слову «манипулятор», либо использовался в научной фантастике. Однако в последнее время он всё чаще встречается в повседневной жизни и упоминается на телевидении, в сети Интернет и, что особенно важно, в рекламе.

С самого начала под термином «робот» понималось универсальное автоматическое устройство, предназначенное для осуществления механических действий, подобных тем, которые человек производит в процессе труда. Поэтому не удивительно, что первые роботы потребовались именно для нужд тяжелой промышленности. Они оказались незаменимы в машино- и приборостроении при выполнении рутинной и монотонной работы, при работе с тяжёлыми грузами и вредными материалами. Роботы стали активно разрабатываться и использоваться с 60-х годов прошлого века, когда начало развиваться массовое производство товаров. Это и вызвало первый бум робототехники $[1]$.

Сегодня робототехника – это интенсивно развивающееся научное направление, вызванное к жизни необходимостью освоения новых сфер и областей деятельности человека, а также потребностью широкой автоматизации современного производства, направленной на резкое повышение его эффективности. Несмотря на то, что современная робототехника зародилась сравнительно недавно, в процессе её эволюционного развития принято выделять три поколения, которые различаются по назначению и степени сложности их системы управления.

1. Типы робототехнических устройств

Первое поколение – это роботы с цикловым управлением, предназначенные для выполнения определенной, жестко заданной последовательности небольшого числа операций, диктуемых соответствующим технологическим процессом. Управление такими роботами осуществляется по заранее заданной программе, а значит, при строго определенных и неизменяемых условиях эксплуатации. Простота формирования и изменения программы, т.е. возможность переобучения, сделала таких роботов достаточно универсальными и гибко перестраиваемыми в различных областях промышленности. Системы управления цикловых роботов являются сравнительно простыми и не требуют выполнения большого числа вычислений. Как правило, они реализуются с использованием только логических элементов либо маломощных микропроцессоров $[1]$.

Второе поколение – это адаптивные, либо очувствленные роботы, предназначенные для работы с неориентированными объектами произвольной формы, для осуществления сборочных и монтажных операций, сварки, сбора информации о внешней среде. Они отличаются, во-первых, существенно большим набором как внешних, так и внутренних сенсоров, а во-вторых, более сложной системой управления.

Системы управления роботов данного типа должны решать задачи распознавания образов для определения пространственной ориентации заготовок и деталей, а также формировать и реализовывать сложные пространственные траектории движения рабочего органа.

Таким образом, неотъемлемой частью роботов второго поколения является их алгоритмическое и программное обеспечение, предназначенное для обработки сенсорной информации и выработки управляющих воздействий [$1$, $2$].

Третье поколение – это так называемые интеллектуальные роботы, предназначенные не только и не столько для воспроизведения физических или двигательных функций человека, сколько для автоматизации его интеллектуальной деятельности, т.е. для решения сложных и творческих задач. Они принципиально отличаются от роботов первого и второго поколений многообразием функций и совершенством управляющей системы.

Системы управления роботов третьего поколения основаны на современных методах искусственного интеллекта, в числе которых экспертные системы, искусственные нейронные сети и нечёткая логика, что требует применения высокопроизводительных микропроцессорных систем $[2]$.

Однако приведённая классификация не означает, что роботы более позднего поколения вытеснили роботов предыдущих поколений. Выбор робота конкретного типа определяется технико-экономическими требованиями того или иного производства.

Таким образом, со временем понятие «робот» расширилось и под ним часто понимается любое автоматическое устройство, заменяющее человека и чем-то напоминающее его разумное поведение.

Роботы могут быть классифицированы по различным признакам. По типу исполнения роботы делятся на манипуляторы, подвижные платформы и высшую степень приближения к человеку гуманоидные или андроидные роботы.

2. Сферы применения роботов

Помимо уже упомянутого применения роботов в промышленности, где они используются для автоматизации сборочного производства, выполнения транспортно-погрузочных и сварочно-покрасочных задач, роботы в последнее время более активно стали внедряться в непромышленные области деятельности, включая повседневный быт человека. С конца 80-х годов, после аварии на Чернобыльской АЭС, начала развиваться экстремальная робототехника, когда пятнадцать роботов были специально разработаны и задействованы при ликвидации последствий аварии $[3]$. Сегодня под экстремальными роботами подразумеваются мобильные автоматические электро-механические устройства, которые способны заменить человека во вредных и опасных условиях труда: при строительных и монтажных работах, в пожарной службе, сапёрном деле, освоении космического пространства и других планет $[4]$.

Робототехника возникла на основе кибернетики и механики, однако, впоследствии, она сама породила новые направления развития этих наук. Сейчас робототехника тесно связана с такими областями как мехатроника, микроэлектроника, информатика, бионика, искусственный интеллект, распознавание образов, искусственные нейронные сети и др.

Основное назначение роботов будущего заключается не только в повышении уровня автоматизации производства, путём создания гибко перестраиваемых роботизированных производственных систем, но и в освоении космического пространства и сохранения экологии. Другими словами, робототехника сегодня – это инструмент глубокого познания.

Уже сейчас роботы начали осваивать социальную сферу и сферу обслуживания, к которой можно отнести уход за больными и пожилыми людьми, уборку мусора с улиц, обслуживание клиентов в ресторанах и кафе, а также информационные услуги робота-гида. Сюда можно отнести и спортивных роботов, соревнования которых можно увидеть не только по телевизору и в сети Интернет, но даже в университетах и школах. Но если сервисные роботы ещё находятся на стадии экспериментов, то домашние роботы и персональные роботы-игрушки можно приобрести уже сейчас.

На данный момент домашние роботы активно представлены роботами-пылесосами. Несмотря на кажущуюся простоту, данные роботы должны объезжать препятствия, ориентироваться в квартире и самостоятельно заряжать свои батареи.

Совершенно новым направлением являются персональные роботы, которые представляют собой мобильные платформы, оснащённые не только возможностью синтезировать и распознавать речь, находить предметы и людей с помощью видеокамер, хранить большие объёмы информации, но и оснащены функциями имитации характера. Такие роботы уже используются для досуга, а в дальнейшем найдут применение и в учёбе.

3. Перспективы развития робототехники

Как можно заметить, за последнее время роботы стали более сложными и приобрели совершенно новые функции, благодаря которым они находят применение в непромышленных областях. Это стало возможным благодаря развитию микроэлектроники и информатики, миниатюризации механизмов, развитию технологий искусственного интеллекта.

Не смотря на то, что большинство перспективных разработок роботов ведётся за рубежом, исследования в этом направлении проводятся и в нашей стране. На кафедре робототехнических систем факультета информационных и робототехники БНТУ уже более двух десятков лет проектируются системы автоматизации в приборостроении и радиоэлектроники, включая механику, электропривод и систему управления промышленных манипуляторов. На кафедре интеллектуальных информационных технологий БрГТУ ведутся разработки систем управления малогабаритными мобильными роботами.

В секторе робототехники лаборатории моделирования самоорганизующихся систем Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси ведется плодотворная работа по развитию технологий робототехники как фундаментального, так и прикладного характера. Основным направлением лаборатории является анализ сложных динамических систем в пространстве состояний, а также разработка интеллектуальных систем управления одиночными и коллективными роботами на основе искусственных нейронных сетей и генетических алгоритмов.

Однако, чтобы развивать перспективные направления в современной робототехнике, требуется активизировать усилия не только науки, образования и промышленности.

Так, в интересах образования в школах и центрах технического творчества должны быть внедрены робототехнические конструкторы, которые позволят учащимся изучать механику, программирование, электронику и микропроцессорную технику на примере конструирования реальных технических объектов.

Дальнейшее углубление знаний и навыков в области робототехники учащиеся должны получать в средне-специальных и высших учебных заведениях. Упор при этом должен быть сделан на те области робототехники, в которых до сих пор не существует общих методов и подходов, и, следовательно, открыты большие возможности для научно-исследовательской и опытно-конструкторской деятельности.

Развитие передовых областей робототехники должно осуществляться институтами Национальной академии наук и научно-исследовательскими отделами высших учебных заведений. Так как современные технологии робототехники решают широкий круг задач, достижения в этой области найдут применение в медицине, телекоммуникациях, транспорте и других областях.

Для достижения поставленных целей необходимо объединить работу академических и высших учебных заведений, школ и центров технического творчества.

Заключение

К настоящему времени всё ещё не создано универсальных методов и алгоритмов искусственного интеллекта, которые бы позволили создавать универсальные роботы, способные функционировать в недетерминированной человеческой среде. Таким образом, лидеры в данной области пока не определены, и у нашей страны, обладающей высоким научно-техническим и производственным потенциалом, остаётся возможность отстоять первенство в создании сложных высокотехнологических устройств, какими являются современные непромышленные роботы.

Список использованных источников: