«Наш Федор входит в мировую пятерку лучших роботов»
Внутри космических кораблей робот может заниматься техническим обслуживанием на случай отсутствия экипажа. Фото: пресс-служба Роскосмоса
В конце августа корабль «Союз МС-14» доставит на МКС робота Федора, или Skybot F-850. Это первый полет такого необычного космонавта на орбиту. Руководитель проекта Национального центра развития технологий и базовых элементов робототехники Фонда перспективных исследований Сергей Хурс рассказал "Комсомольской правде", что умеет Федор и как универсальные роботы помогут осваивать другие планеты.
— Как и зачем робот «Федор» появился на свет?
— Изначально он создавался в рамках проекта «Спасатель» в интересах МЧС, чтобы заменить людей в зонах и ситуациях, опасных для здоровья и жизни. Но оказалось, что в других отраслях интерес к нему еще выше. Например, «Роскосмос» видит в антропоморфных роботах универсальный инструмент, способный работать в самых различных средах. Тем более, что за счет новых алгоритмов он способен учиться и осваивать новые профессии так же, как человек.
— Что он умеет сейчас? Пару лет назад мы видели, как он ловко стрелял с двух рук, но вряд ли это пригодится на МКС.
— В 2016 году робот Фёдор прошёл комплексное испытание, включающее в себя преодоление полосы препятствий, перемещение и действия в условиях городской инфраструктуры, манипулирование ручными инструментами и вождение автомобиля. Интересно сравнение с программой конкурса Robotics Challenge проведённого под руководством DARPA в 2015 году. В части упражнений робот Фёдор действовал также успешно как лидеры соревнования, а примерно в половине упражнений он смог сделать на много больше. Например, там нужно было проехать 50 метров на автомобиле. Проехали все, но большинство роботов не смогли самостоятельно забраться внутрь машины и выбраться наружу. А «Федор» уверенно подошел к автомобилю, открыл дверцу, уселся за руль, закрыл дверцу, вставил ключ в замок зажигания, запустил мотор, снял с ручника и включил нужную передачу, а потом благополучно тронулся с места и преодолел всю необходимую дистанцию, припарковался и покинул автомобиль самостоятельно. Еще он пилил деревяшки, забивал гвозди, сверлил электродрелью, вкручивал шурупы, работал автогеном, кусачками, пинцетом, паяльником, огнетушителем и даже ставил укол манекену. Он способен мастерски круто разворачивать автомобиль перехватывая рулевое колесо как опытный водитель двумя своими железными руками. Все эти испытания соответствуют главному вектору разработки – робот должен делать все типовые операции, которые умеет делать человек своими руками. Мы дополнительно составили список из ещё 150 тестов, пройдя которые можно реально оценить на сколько роботу удаётся следовать за возможностями человека и даже их превзойти. Назову всего два теста, которые сопоставляют возможности тонкой моторики робота и человека – это заправка нити в швейную иглу и зажигание спички о тёрку коробка. Может сделать человек — значит должен смочь и робот.
— Все это он может делать самостоятельно, без оператора?
— Да, робот «Федор» способен действовать как с участием оператора, так и без него. Для этого предусмотрено несколько режимов управления – ручной, автономный и комбинированный. В режиме ручного управления оператор имеет возможность подавать команды с помощью клавиатуры, манипулятора, голоса или управляющего костюма, считывающего моторику тела. В автономном режиме оператор, подав необходимые команды, становится контролёром, а также может прервать выполнение задания или его изменить. Предусмотрено комбинирование режимов. Например, рутинные функции вроде поддержания равновесия и ходьбы могут выполняться автоматически, при этом оператор может в ручном режиме управлять манипуляторами, захватами и головой робота. Опадает необходимость оператору задавать каждое движение робота — это за него сделают адаптивные алгоритмы. Возможности автономной работы робота определяются несколькими основными составляющими: запасом энергии на борту; количеством стандартных движений и функций, которые он может выполнять самостоятельно; умением ориентироваться в новой обстановке, отвечая на вопросы «Где я?» и «Что меня окружает?»; распознавать людей, подвижные объекты, препятствия и предметы манипуляции. Сейчас активно идёт разработка технологий по каждой из составляющей успеха автономного управления.
— В чем именно заключается работа этих алгоритмов?
— Вспомним пример со стрельбой по мишени с двух рук. Если мы сместим мишень вправо или влево, то это не собьет Федора с толку. Он непрерывно сканирует пространство, и когда объект слежения смещается, он соответствующим образом корректирует свои действия. Это и есть адаптивность алгоритма управления. При жёстком алгоритме перемещение робота или мишени приведёт к промаху. Человек имеют конечную точность выполнения механических операций, но за счёт уточнения с помощью зрения, тактильных ощущений и т.п. он становится способным совершать очень точные действия. Аналогично и с роботом. Для каждого действия создаётся математическая модель, просчитываются усилия и крутящие моменты приводов, вычисляются траектории, определяются скорости и ускорения. Система управления получает полную модель всех движений. Датчики дают информацию о соответствии действий робота замыслу, при наличии расхождений в модель вносятся поправки и снова делается расчёт. Таким образом алгоритм реализует непрерывную цепочку коррекций, позволяющую учитывать, как собственные неточности, так и внешние изменения условий.
— Как бы вы оценили место нашего Федора среди зарубежных аналогов?
— Если смотреть на линейку разработок, которые уже представлены публике, то наш Федор входит в мировую пятерку лучших антропоморфных роботов. В чем-то он равен своим конкурентам, в том числе из Boston Dynamics. В чем-то — отстает. Но при этом есть вещи, которые умеет делать только он. В любом случае он находится среди лидеров.
— Насколько сложно управлять роботом, особенно в режиме аватара? Ведь делать это вскоре придется в невесомости.
— На одной из выставок, где мы показывали Федора, тот же вопрос задавала одна молодая журналистка. И оператор тут же снял с себя управляющий костюм и надел на журналистку. Она освоилась буквально за полминуты. Нужно было видеть радость и восхищение на ее лице, когда робот стал ее слушаться. Это интуитивно понятное управление: машина просто повторяет движения за вами.
— А сможет ли Федор, например, сделать сальто, как робот от Boston Dynamics?
— В этих двух разработках применялись совершенно разные технические решения. Boston Dynamics сделала приводы робота на гидравлике, у нее шире возможности, но и энергии она съедает больше. Робот от Boston Dynamics потребляет от 5 до 15 кВт, Федор — от 1 до 5 кВт. Электромеханика не позволяет ему сделать сальто, но зато он может легко сесть на шпагат — продольный и поперечный. Такую гибкость ему задали еще на этапе проекта для МЧС, чтобы он мог пробраться в труднодоступные места — например, под завалы.
— Какие качества и характеристики понадобятся ему на орбите? Чем он будет помогать космонавтам?
— Внутри космических кораблей или на МКС Федор может заниматься техническим обслуживанием на случай отсутствия экипажа. Конечно, корабли и станция нашпигованы датчиками, но робот — это не только датчики, но еще глаза и руки.
За бортом список возможных задач еще шире. Это ремонт, монтаж и демонтаж оборудования, которыми обычно занимаются космонавты. Но у человека в космосе много ограничений — прежде всего, запас сил и кислорода при выходе в открытый космос. А робот может находиться за бортом столько, сколько нужно.
— Выдержит ли он перегрузки по дороге на орбиту?
— Первый полет Федора в космос как раз и призван это проверить. Жидкостный ракетный двигатель является источником мощных акустических колебаний, а также вибраций конструкции ракеты-носителя и космического аппарата. Если работу реактивного двигателя по мощности можно сопоставить с «управляемым взрывом», то около 1 % от энергии расходуются на механическую тряску конструкции. Многие изделия в таких условиях просто рассыплются по винтикам. Кроме того, нужно посмотреть, как робот будет работать в условиях невесомости, где каждый грамм, каждый сантиметр в секунду имеет значение. Мы рассчитываем, что опыт взаимодействия космонавтов с нашим роботом в условиях космического полёта на МКС подскажет разработчикам, куда двигаться дальше.
— Как вы оцениваете перспективы использования антропоморфных роботов в космосе?
— Антропоморфный робот максимально похож на человека, может работать инструментом, на рабочем месте и в условиях, которые созданы для человека. Из всех разновидностей роботов он наиболее универсален и пригоден для решения широкого круга прикладных задач совместно с космонавтами, а также позволит их разгрузить от рутинных задач и заменят человека при выполнении рутинных задач и задач, связанных с риском для здоровья и жизни. Ведь Космос – очень агрессивная среда по отношению к человеку. Антропоморфные роботы очень сложны, им ещё предстоит пройти путь от «робота-обузы» до «робота-помощника», которому можно голосом дать команду — «принеси», «привинти», «отремонтируй», «разведай» — и быть уверенным в ее выполнении. У них большая перспектива практического применения.
Сейчас «Роскосмос» ставит амбициозные задачи на будущее вплоть до освоения Луны и Марса. Для полета на Луну готовится пилотируемый транспортный корабль «Федерация» и, по всей видимости, Федор полетит на нем в качестве второго пилота.
— А его можно использовать для освоения других планет?
— Поскольку антропоморфные роботы способны работать там, где человек может находиться только в скафандре, они могут помочь, например, развернуть базу на другой планете. Сейчас в отрасли есть разные мнения по поводу того, нужны ли для таких задач сложные универсальные машины. Сделать простого функционального робота, который только сверлит или только копает, намного дешевле. Но тогда под каждую функцию понадобится разрабатывать новую машину. А в случае с универсальным антропоморфным помощником сама платформа может оставаться прежней, а меняться только программное обеспечение.
— Антропоморфные роботы в России создаются по госзаказу. Есть ли у этой работы коммерческие перспективы?
— Фонд перспективных исследований, в рамках которого работает наш Национальный центр, получил право распоряжаться своими результатами интеллектуальной деятельности. Проще говоря, мы можем продавать лицензии на использование результатов проектов. Будем изучать рынок и спрос, в том числе для коммерческого использования. Спрос на робототехническую продукцию уже очевидно есть. Важно не отставать с предложением, иначе импорт будет занимать место наших разработок.
Необходимо активное вовлечение большого количества команд отечественных разработчиков и создание творческой среды, в которой котёл научно-технических идей будет непрерывно кипеть. Этой цели служат проводимые фондом конкурсы на создание лучшего программного обеспечения для робототехнических платформ и на лучшую техническую идею по различным робототехническим комплексам. Мы стараемся вкладывать ранее полученные результаты в те руки, в которых они дадут максимальный результат.
СЛУШАЙТЕ ТАКЖЕ
Со второй попытки. Робот Федор на «Союзе» все-таки пристыковался к МКС
Владимир Путин высоко оценил мастерство российских космонавтов, которые провели сложнейшую операцию по перестыковке корабля (подробнее)
Полёт робота Фёдора - это прорыв или наши космические достижения закончились с распадом СССР?
Мария Баченина выясняет у экспертов, для чего создавали Федора, на что он способен, чем будет помогать нашим космонавтам и как космос в целом и Марс в частности будет заселяться роботами (подробнее)