Робототехника: что это, где применяют роботов и кто их создает

История возникновения робототехники

Поначалу роботы были скорее инструментом для развлечения. Еще в античную эпоху, за тысячи лет до нашей эры, люди научились создавать заводные механизмы, например летающих на небольшую дистанцию птиц. Другим удавалось обуздать воду и ветер в роли привода, чтобы удивлять гостей подвижными статуями, которые могли менять позы на протяжении званого ужина.

Затем чудеса робототехники получили развитие уже в эпоху Возрождения. Так, например, Леонардо да Винчи изобрел робота, одетого в доспехи, который мог садиться и двигаться — это, без сомнения, ввело бы неопытного зрителя в заблуждение, но походило скорее на ярмарочные фокусы. На уровне циркового трюка индустрия держалась еще долго — в 1927 году в Нью-Йорке говорящего и подвижного андроида показал местный ученый, а в 1937 году на выставке в Париже первого робота смог продемонстрировать уже советский школьник.

Ситуация перешла в более практичное русло из-за индустриальной революции, когда станки и конвейерные ленты позволили увеличить масштабы производства в тысячи раз. Стало понятно, что при этом образуются монотонные задачи, в решении которых люди были неэффективны. Также требовалось работать с опасными субстанциями, включая токсичные и радиоактивные элементы.

Но успешно реализовать задумку удалось лишь к середине XX века — спустя сотню лет после массового внедрения станков и десятков лет с эпохи появления конвейеров. Производители автомобилей в США, уже ставшие пионерами конвейерного производства, приняли в штат роботизированные руки в 1954 году. Первая модель Unimation отличалась пугающим весом и габаритами, но могла круглосуточно и точно перемещать предметы по алгоритму, который можно было модифицировать под себя.

Что такое робототехника и роботы

За появление вопроса, что такое робототехника, ответственны два писателя — в 1921 году Карел Чапек придумал термин для театральной постановки, где по сюжету рабочих заменяют андроидами, которые впоследствии и сами противостоят эксплуатации. Так, механические работники получают имя «роботы». А затем, уже в 1940-х, слово принял на вооружение фантаст Айзек Азимов, добавив в лексикон еще и робототехнику. Азимов написал более семисот произведений, так что термины ушли в массы — их быстро приняли другие авторы, а вскоре и изобретатели.

В современном мире так обычно называют любой умный механизм: от манипулятора на конвейере до говорящего робота-официанта. Не обязательна даже автономная работа, ведь в эту категорию относят и манипуляторы, которые контролирует человек.

Также робототехника — это наука, охватывающая область искусственного интеллекта, даже там, где у программы нет физического воплощения. Достаточно уже того, что компьютер получил информацию, принял решение и выполнил какую-то задачу.

Популярные виды роботов и их функции

В одном только Китае за 2022 год продано 7 миллионов роботов, и спрос продолжает расти. Правда, как мы уже предупредили, робототехника — это определение размытое, поэтому для начала лучше остановиться на самых популярных категориях.

• Неизменным лидером рынка остаются манипуляторы — им нашлось место от сборочных цехов до космических шаттлов.
• Хитом можно считать направление роботов-собак, которые умеют доставлять грузы, обследовать опасные производства и даже играть с детьми.
• А в последние годы благодаря машинному зрению значительный спрос появился на роботизированные автомобили и роботов-курьеров.

Как первые роботы повлияли на науку и культуру

Неудивительно, что первая же пьеса о роботах была посвящена их восстанию против создателей, где новая и пугающая робототехника — это, простыми словами, переосмысленная промышленная революция. Так же плачевно описывается и мир Метрополиса в одноименном немом фильме 1927 года. Люди уже больше века боятся, что технологии заменят их на рабочих местах. А чтобы наверстать разницу, придется и самим удариться в киберпанк, поставив опасные импланты.

Но пока это лишь позволило удешевить производство еды, сделать товары доступнее, а мир безопаснее — роботам в первую очередь отдают работу, не подходящую для людей. Впрочем, с недавним витком развития ИИ общего назначения импланты кажутся вполне возможной версией будущего.

Развитие технологий

Пока стремление создать универсального робота остается скорее мечтой, чем реальностью, ровно как и импланты. Ограничивают инженеров как цифровые вычислительные мощности, так и физические конструкции. Например, даже Сэм Альтман из OpenAI не уверен, что ИИ общего назначения возможен, — речь идет о роботе, который бы свободно мыслил и принимал взвешенные решения в любой области.

А для создания человекоподобных андроидов не хватает также качества моторов, эффективности сенсоров и заряда аккумуляторов. Но прогресс не стоит на месте, а за последние пару лет удалось продвинуться дальше, чем за предыдущие сто.

Классификация робототехники

Робототехника — что это такое простыми словами? Нет четких границ, когда машину начинают называть роботом. Однако их точно можно разделить на стационарных и подвижных (а подвижные — на колесных и шагающих). По индустриям — промышленность, обслуживание, медицина, сельское хозяйство и, конечно, развлечения. Наконец, существуют модели общего назначения (дженералисты) и варианты для решения только одной задачи (специалисты).

Наиболее строгая специализация у промышленных роботов: они часто установлены группами, где каждый выполняет только одну конкретную задачу в цепи. Зато такие решения получаются точными и надежными, чтобы роботы оказывались эффективнее людей.

Применение роботов в различных сферах

Сфера обслуживания

Наиболее популярные роботы для обслуживания — официанты и консультанты. Причем одни компании пытаются создать наиболее человечные лица (и зачастую проваливают задачу, получая эффект зловещей долины), а другие оставляют роботам техническую или даже игрушечную натуру (и результат куда приятнее).

В этой области чаще всего встречаются дженералисты, или роботы общего назначения. Они не были созданы для обслуживания, но обучались выбранной задаче. А благодаря универсальным рукам могут легко адаптироваться.

Роботы в медицине

В случае медицины выделяются три наиболее перспективных категории — протезирование, манипуляторы для проведения точных операций (в том числе дистанционно), а также микроскопические роботы (дроны) для доставки лекарств, уничтожения патогенов или решения других задач, требующих внедрения в тело.

Самой популярной остается область умных протезов и экзоскелетов. Они могут считывать сигналы от человека, заменяя потерянные конечности или моторные функции. Пока удается воссоздать точность и силу захвата, правильную упругость стопы при ходьбе и беге, а порой и поднять на ноги человека после травм. В будущем ученые постараются найти способ восстановить чувствительность нервных окончаний.

Затем можно отметить хирургическую робототехнику, благодаря которой у врачей повышается комфорт работы, а для пациентов снижаются риски. Так, многие процедуры с манипулятором можно проводить без разреза, ограничившись небольшим отверстием, а наблюдать за процессом позволят умные камеры — поддерживается микроскоп, ультразвук и дистанционное управление. Подобные операции уже проводятся массово и позволяют сократить срок реабилитации.

Но с областью доставки лекарств микроскопическими дронами не все так просто — пока это лишь экспериментальные программы, которым только предстоит завоевать доверие публики и получить нужные лицензии. Зато они решат те случаи, которые ранее могли считаться неизлечимыми.

Автоматизация производств

Здесь больше нельзя ограничиваться только манипуляторами, как это было на заре робототехники. Современные производства работают по системе, напоминающей умный дом: отдельные узлы интегрированы в общую сеть.

Например, существуют умные конвейеры и грузовые дроны, способные без участия людей передвигать товары и компоненты между складами и станками. А в некоторых случаях даже упаковывать и погружать собранное в автомобили для доставки.

К сожалению, автоматизация заводских мощностей в России сравнительно низкая, но это также один из самых удачных векторов развития, если выбирать будущую профессию.

Роботы в космосе

Неудивительно, что при всех опасностях космоса участие людей в миссиях за пределами корабля стараются минимизировать. Поэтому любая станция, корабль или беспилотный зонд увешаны датчиками и манипуляторами.

Крупнейшим из них остается роботизированная рука Шаттлов, канадарм (или Shuttle Remote Manipulator System, SRMS) — дистанционный кран отработал более 20 лет без единого отказа. При этом модуль использовался для сборки МКС и в общей сложности передвинул более 200 тонн грузов.

Также роботами можно считать все современные луноходы и марсоходы — они не просто управляются с Земли, но и способны принимать самостоятельные решения и даже запускать коптеры для осмотра окружения.

Транспорт и логистика

Логистика, пожалуй, одна из наиболее удачных областей, уже доступных в России, — по городам снуют тысячи маленьких роботов-курьеров «Яндекса», а сразу несколько компаний тестируют беспилотные такси. В некоторых регионах «Яндекс» уже позволяет заказать автономное такси, где (так положено по закону) все равно будет водитель. Он следит за дорогой, чтобы избежать внештатных ситуаций.

И пусть до полноценной замены водителей еще далеко, маленькие колесные доставщики уже меняют мир. Благодаря их работе в крупных городах России удается оперативно получить посылки, даже несмотря на внушительный рост онлайн-покупок.

В некоторых уголках мира тестируются не только автомобили, но и летающие такси, способные отвозить людей в обход пробок. Однако они шумные и опасные.

Первые опыты ведутся и над грузовыми машинами с автопилотом. Но продвижение в этой области чуть задержалось — многие стартапы первой волны пытались совместить такие грузовики с электроприводом, на чем и погорели. Например, грузовики Tesla пока не нашли коммерческого успеха, который есть у легкового подразделения.

Теперь же фокус на превращении классических моделей на базе ДВС в умные грузовые единицы — водителя не планируется полностью заменить, а лишь облегчить и продлить возможный маршрут. В России уже в 2022 году в первых дорожных тестах участвовали десятки компаний, включая «Камаз» и «СберТех», «Почту России» и ритейлеров.

Роботизация в сельском хозяйстве

В земледелии, которое до сих пор считается не самой интеллектуальной отраслью, роботов стали применять десятки лет назад. В первую очередь используются сортировочные машины, которые умеют отделять еду по цвету и размеру, а с появлением умного зрения стало возможно даже изолировать некачественные плоды.

Сейчас повышается и доля роботов в посеве растений, уходе за ними и сборе урожая. Во многом благодаря развитию умного зрения и других нейросетей, которые способны находить оптимальный момент для снятия урожая с ветки или лучшую почву для помещения туда семян, а при поливе учитывать прогноз погоды и показатели датчиков или даже точечно применять лекарства и гербициды.

Такой прорыв в науке позволил запустить полностью автоматические фермы, адаптируемые для разных культур. Некоторые стартапы и вовсе смогли приспособить свои решения для стандартных грузовых контейнеров, которые легко ставить друг на друга для масштабного производства.

В последнее время автоматические системы стали использоваться и в животноводстве. Например, роботизированные пастухи, автоматические поилки, а также множество датчиков для повышения эффективности и поиска проблем.

Обучение в сфере робототехники

В последние годы диплом при поиске работы требуют далеко не все компании, даже если речь о робототехнике. Однако они потребуют знания и портфолио, с которыми образование может помочь.

Куда важнее понять, стоит ли нацеливаться на университет, ограничиться колледжем, а может и вовсе посетить курсы. Скорее всего, начать можно с курсов уже в школьные годы или в формате повышения квалификации для взрослых специалистов — там расскажут, чем занимается робототехника, и дадут базовый опыт. А в случае успеха стоит рассмотреть и полноценное профильное образование.

Бакалавриат и специалитет

Главным выбором для будущего бакалавра по созданию роботов можно считать программу 15.03.06 «Мехатроника и робототехника». В России она доступна примерно в 30 университетах от Москвы до Иркутска, включая Иннополис в Татарстане. Учеба стандартизирована и занимает четыре года, существуют бюджетные места и стажировки — обратите на них особое внимание при выборе, ведь важна не только робототехника, информация о которой доступна и на курсах, а настоящий опыт.

А вот специалисты учатся 5,5 лет и могут освоить только военные и авиационные области, например «Робототехника военного и специального назначения». Здесь более высокие требования, чем в гражданском секторе.

Колледж

Для колледжей доступны две совместимых специальности: 15.02.10 «Мехатроника и мобильная робототехника» и 15.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание роботизированного производства». Первая больше отвечает широкому кругу задач и заделу на будущее, а вторая фокусируется на проблемах настоящего времени — механизации предприятий. Потенциал для роста есть в обоих направлениях.

Специальные курсы

Неудивительно, что при нынешнем спросе навыки и знания в области робототехники также преподают на курсах. Но зачастую они будут засчитываться при поиске работы лишь тем, кто уже имеет образование в области электроники или компьютерной инженерии. Особенно для перехода к робототехнике ценятся специалисты по языку Python, на котором написаны многие публичные нейросети. Но подойдут и низкоуровневые языки семейства C и даже ассемблер.

При поиске курсов стоит различать научно-популярные лекции, где, скорее, дают обзор темы, и полноценные образовательные программы. На полезных курсах можно понять, что включает в себя робототехника, и получить опыт для выполнения конкретных задач. Это не диплом по специальности, но зато и процесс быстрее. Тем более, что компании в индустрии прогрессивные и не всегда ищут дипломированных кандидатов — куда важнее портфолио и умение показать себя.

Доступно и образование для школьников, например Введение в робототехнику от Stepik подойдет старшеклассникам, которые уже имеют общие знания по математике и информатике. Обучение проходит онлайн на бесплатной основе. Очно существуют кружки почти во всех крупных городах страны, где дети могут познакомиться с LEGO WeDo и Mindstorms, компьютерами Arduino и другими системами по выбору.

Заключение

Сегодня мы определились, что такое роботы и робототехника, чем занимается и куда она движется, а также что ограничивает индустрию. Желанной целью остается универсальный андроид. Он смог бы заменить людей в тяжелом и опасном труде. И неудивительно, что такое стремление делает работу по созданию и управлению андроидами одной из самых востребованных сейчас и в ближайшем будущем.

Однако пока наибольшего успеха добились специалисты, а не дженералисты. Роботизированные курьеры в городах, сварщики на заводах и сортировщики урожая на полях находят спрос уже сейчас, пока человекоподобные роботы на все случаи жизни остаются мечтой на будущее.