В Университете Иннополис состоялся финал ежегодного соревнования робототехников-школьников и студентов первых курсов Russian Robot Olympiad 2019. В одной из десяти категорий победителями стали трое петербуржцев — Даниил Нечаев, Левон Погосов и Максим Михайлов. Они создали своего собственного робота, применение которого возможно в направлении «Умное образование». Парни занимаются робототехникой уже много лет и собираются построить карьеру в российских и зарубежных компаниях, мечтают о прорыве в биоробототехнике и планируют получить образование в европейских вузах. «Хайтек» встретился и поговорил с молодыми робототехниками о перспективных направлениях, короботах, процессах роботизации труда и источниках знаний.
Школа, робот-лампа с кофейным захватом и Russian Robot Olympiad
— Когда впервые Вы познакомились с робототехникой? Что повлияло на выбор — заниматься созданием роботов?
Даниил Нечаев:
— Впервые я начал заниматься робототехникой еще в школе, в шестом классе. Это был кружок, там собирали сверхпростецких роботов, чтобы понять элементарные основы. Позанимавшись в этом кружке примерно год, я научился только собирать роботов из LEGO. Сменив школу, попал в другой кружок — более продвинутый. И там уже примерно за год прошел основы робототехники на LEGO, на Arduino, создал свой первый манипулятор. Но так получилось, что из того кружка меня выгнали, и я ушел заниматься в Аничков лицей, где познакомился со своим нынешним преподавателем — Лосицким Игорем Александровичем (руководитель Лаборатории молодежной робототехники Университета ИТМО — «Хайтек»). С ним мы начали уже делать проекты для больших соревнований.
Левон Погосов:
— На мой выбор повлияла школа. У лицея, где я учился, был физико-математический уклон. И на первых двух годах обучения, пятый-шестой классы, там был предмет, который так и назывался — робототехника. Он был предназначен исключительно для ознакомления с таким направлением. Созданием роботов там особо никто не заставлял заниматься. Но уже на том уровне я заинтересовался этим, хотел узнать больше и продолжил заниматься робототехникой на кружках и курсах.
Максим Михайлов:
— Я робототехнику сам по себе не выбирал. Мне просто родители предложили пойти в кружок. Это был седьмой класс. Не сказать, что меня особо заинтересовала робототехника или заставляли родители. Просто было нечего делать, и я стал ею заниматься.
Фото: пресс-служба Университета Иннополис
— Как создавался проект, который вы готовили к Russian Robot Olympiad 2019? Как возникла идея? И что было самым трудным в создании робота?
Даниил Нечаев:
— У Всемирной робототехнической олимпиады всегда есть какая-то тема, в этом году — «Умные города», «Умное образование», «Умное рабочее место». Мы выбрали образование и в течение нескольких недель накидывали возможные варианты. Идея пришла отчасти от нашего педагога. Он занимается с детьми, которые собирают роботов на основе LEGO. И мы подумали: какие есть проблемы в сфере образования у преподавателя робототехники? Поняли, что больше всего нас всегда бесило собирать после занятий детальки конструктора и рассортировывать их. Решили сделать робота, который сможет находить кубики LEGO на столе и складывать их правильно, убирая в коробку.
Левон Погосов:
— Мы подошли к созданию нашего проекта с точки зрения беспорядка, который неминуемо появляется на рабочем месте. Для робототехников это настоящая проблема. Зачастую детей после занятий заставляют убирать на столах, сортировать конструктор. Пришлось немного отложить этот проект, так как мы готовились к другому соревнованию — создавали робота, играющего на флейте. В итоге оставалось очень мало времени и реализовывать проект пришлось быстро — на это ушло около двух недель. Мы хотели сделать такую лампу, которая не сильно бы выделялась на столе и могла спокойно перемещаться по поверхности, захватывая объекты. То есть необходимо было реализовать манипулятор, двигающийся в одной плоскости, и систему, перемещающую его вдоль стола. Кроме того, в проект мы добавили робот-ластик, который стирает с доски. Он ориентируется по камере и определяет текст, который надо стереть. К доске он крепится магнитами и подъезжает к необходимой координате, чтобы начать стирать. Робот-лампа тоже сканирует через камеру поверхность стола, после чего нейросеть анализирует полученные снимки и находит там детали LEGO. Для ее обучения потребовалось около 1 500 фотографий деталей. Обнаружив деталь, система получает ее координаты, остается поместить манипулятор в точку, где находится искомый объект. Для этого мы решили обратную задачу кинематики.
Максим Михайлов:
— По сути, наш проект — это система помощи детям, которые учатся с помощью LEGO. Трудностей было много, как в любом творческом проекте. Но так как у всех в команде было много опыта, мы справились с проблемами в кратчайшие сроки. Самым сложным оказалось сделать захват, который был бы способен подобрать детальку конструктора любых размеров и формы со стола.
— А у тебя уже был опыт подобных проектов до этого?
Максим Михайлов:
— Я уже участвовал в Russian Robot Olympiad с проектом робота-лесопатолога два года назад вместе с Даней Нечаевым. И мы заняли первое место на всемирном этапе олимпиады. Это робот, который ходит по лесу на ногах и собирает информацию о деревьях, чтобы потом лесники смогли определить, что именно делать с лесом для поддержания его здоровья. Робот фотографировал кору и мог по ней определять вид деревьев, простукивал их, проводил звуковой анализ, определяя, болеет дерево или нет, и устанавливал примерный возраст по радиусу ствола.
Фото: пресс-служба Университета Иннополис
— А было разделение, кто что делает в проекте для Russian Robot Olympiad, или только совместная работа?
Левон Погосов:
— Конечно, у каждого была своя задача. Максим занимался обучением нейросетей и алгоритмом распознавания. Даня создавал сам манипулятор с кофейным захватом. А я занимался созданием механической системы движения по столу и соединением полученной информации нейросети со всеми частями проекта воедино.
— Какое коммерческое применение может быть у такого робота?
Даниил Нечаев:
— У такого робота достаточно много возможностей применения, поскольку мы создали универсальный вид захвата — на основе «кофейного гриппера», разработанного пару лет назад. Как он работает? Есть резиновая оболочка, внутри которой находится кофе. И робот с большой силой вдавливает эту оболочку в какой-то объект, который хочет взять, выкачивает из нее воздух и таким образом фиксирует предмет. У нас не было возможности давить с большой силой, так как это «обычная лампа», поэтому оптимизировали этот захват. Взяли за основу воздушный шарик, насыпали туда примерно одну треть кофе, после чего этот шарик раздували. При опускании на деталь он сдувался и обхватывал деталь. Это было настолько же эффективно, как и в случае «кофейного гриппера». Такой вид захвата подходит для любого вида деталей. А механический захват потребовал бы для тех же задач больше ресурсов, и, соответственно, система оказалась бы более сложной. Наш захват может использоваться в любом виде промышленности, на любом конвейере, где нужно перекладывать детали.
Максим Михайлов:
— Те технологии, которые мы использовали, крайне новы, особенно мягкий захват. Я еще не видел коммерческих продуктов, которые бы использовали их. Что касается робота-лесопатолога, существует один крайне отдаленный аналог, который разрабатывается в Финляндии. Но он создан для искусственных лесных насаждений, он достаточно крупный. Ему требуется больше места, чтобы проезжать и проводить анализ. Габариты нашего робота — 20 на 30 см, что позволяет пробираться практически между любыми деревьями.
Машинное обучение, компьютерное зрение и карьера
— Какое направление в робототехнике больше всего интересно и почему?
Даниил Нечаев:
— Сейчас вообще много перспективных направлений. Но мне больше всего интересно машинное обучение роботов, чтобы они могли выполнять более сложные операции, чем те, которые были в них изначально забиты. Чтобы они могли обучаться на каких-то вещах. Уже сейчас существует множество прототипов роботов, которые обучаются сами находить через камеру, где и какие лежат кубики, какого они цвета, и перекладывать их. То есть дается конечная цель, робот сам корректирует свои алгоритмы, в том числе на базе нейронных сетей, чтобы достичь нужной задачи. Машинное обучение также используется и для анализа данных, и предсказания.
Максим Михайлов:
— Мне больше всего интересно компьютерное зрение, то есть анализ изображения из камеры в роботах, телефонах и прочих устройствах. Потому что эта технология используется сегодня каждый день. В телефонах — умные камеры. Автоматические камеры видеонаблюдения тоже используют компьютерное зрение. И вообще эта область идет семимильными шагами в последнее время.
Врезка
— Каким видите свое будущее: научное или коммерческое, создание роботов или это просто хобби?
Левон Погосов:
— Я хочу заниматься сложными вещами, которые получали бы коммерческую реализацию. Например, создание робототехнической системы под заказ. Существуют предприятие, служба или частное лицо, у них есть потребность в автоматизации задачи. Я, как робототехник, могу предложить соответствующее решение, разработать проект. Пока я только закончил первый курс ИТМО, и, конечно, все еще впереди.
Максим Михайлов:
— Во многом научная деятельность происходит и в коммерческих структурах. Например, один из источников главных научных работ в области компьютерного зрения — это Google. Поэтому не обязательно разделять коммерческую и научную деятельность, особенно в нашей области.
— Где сегодня у робототехника больше перспектив — в России или за рубежом?
Даниил Нечаев:
— Я пока не знаю, где буду строить свою карьеру. В России есть свои преимущества, как и за границей. Живя в России и делая тут роботов, тоже есть возможность продавать их по всему миру, и, конечно, есть достаточно неплохие перспективы. У нас робототехника неплохо развита, по крайней мере, на школьном и вузовском уровнях — точно. Что будет дальше, я пойму, когда закончу университет (Даниил учится в НИУ ИТМО — «Хайтек») и начну продавать своих роботов. А это уже станет ясно со следующего года, когда я займусь разработкой коммерческих роботов-помощников. Уже готов прототип первого такого робота — он умеет разливать коктейли в баре. А наш проект с олимпиады можно продавать как образовательного робота, таких аналогов не существует. На нем можно создавать проекты, защищать диссертации. Там есть камера, чтобы практиковать компьютерное зрение, хороший захват, несколько степеней свободы, можно тестировать обратную задачу кинематики. Образовательная робототехника — неплохое направление для бизнеса.
Фото: пресс-служба Университета Иннополис
Левон Погосов:
— Я не могу отрицать, что в России существует некий дефицит на рынке трудоустройства в направлении робототехники. Но мне кажется, что ситуация будет только улучшаться. Потому что с каждым годом все больше людей осознают следующее: «Вот мой завод, и почему бы мне не установить на нем некое количество роботов вместо людей». На Западе это произошло раньше, и уже сейчас большая часть производства автоматизирована. Россия идет в этом же направлении, и делает это довольно уверенно. Я не сказал бы, что могу охарактеризовать себя как робототехника российского или зарубежного, в принципе, мне не важно, где работать, если предложенный проект будет интересным.
— Максим, ты в этом году закончил школу. Где ты будешь продолжать свое обучение?
Максим Михайлов:
— Я постараюсь попасть в университет либо в Германии, либо в Швейцарии. В бакалавриате как такового направления «Робототехника» практически нигде нет, кроме, пожалуй, ИТМО в России. Этот выбор уже осуществляется в магистратуре, а пока это будет просто программирование. Я вообще не уверен, что в будущем займусь робототехникой, скорее, это будет что-то, связанное с программированием. И в наших проектах к олимпиаде я занимался именно им, я не собирал роботов. Занимался программированием, если можно так выразиться, отдаленно от железа, то есть это не было управлением моторами и прочими элементами, которые составляют основу промышленных робототехнических устройств. И не уверен, что хочу заниматься этим и дальше.
Образование, востребованный специалист и дипломы
— Образование в российском университете соответствует современному уровню робототехники?
Левон Погосов:
— Это касается не столько исключительно робототехники, сколько всех предметов: очень много информации приходится добывать самостоятельно. А если говорить о робототехнике, то регулярно появляются новые и интересные вещи, и сделать образовательную программу такой, чтобы она все это охватывала и была современной и актуальной, мне кажется невозможным. Но главный недостаток — отсутствие большего количества практики. У нас действительно преподают хорошие и классные вещи, но нет возможности посмотреть, пощупать, как это все происходит в реальности, как работает на практике, на каком-либо производстве, поработать с реальными устройствами.
Максим Михайлов:
— Большая часть информации, которую дают в школе по программированию, крайне устарела. А робототехнику в обычных школах вообще не освящают. Это мне повезло, я учился в физико-математическом лицее № 239 в Петербурге, где преподают несколько лет робототехнику. Но не думаю, что это большая проблема, потому что и программирование, и робототехника — это такие дисциплины, которым, я считаю, можно и даже нужно учиться самому.
Фото: пресс-служба Университета Иннополис
— Востребованный специалист на рынке робототехники — это обязательно человек с высшим образованием?
Даниил Нечаев:
— Самообразование — это лучшее, что существует для получения знаний. Потому что в таком случае есть мотивация к получению конкретных знаний, когда ты понимаешь, что именно нужно узнать, какую информацию найти. Это получается гораздо эффективнее, чем в университете. А высшее образование — это медленное обучение, и оно не говорит ни о чем. И не показывает уровень знаний человека.
Левон Погосов:
— Вопрос хороший. Мне кажется, робототехник должен иметь высшее образование, потому что это только кажется, что ты все можешь и все умеешь, но когда возьмешься за создание промышленного или научного объекта, вылезает множество аспектов, которые ты не учел бы. Потому что промышленная разработка на десять шагов впереди от создания модели или прототипа. Этим нюансам как раз и обучаешься в университете, и полученные там знания полезны.
Максим Михайлов:
— Диплом, конечно, не обязателен. В крупные компании могут взять и без него, если докажешь свои умения. Но я все равно хочу получить высшее образование, потому что это дает много возможностей, в том числе и в плане трудоустройства. И университет помогает направить самообучение в нужное русло, чтобы студент изучал то, что ему пригодится в дальнейшем.
— Максим, а почему ты выбрал европейские вузы, а не ИТМО, как твои напарники по команде?
Максим Михайлов:
— Во многом, потому что у меня есть такая возможность, а у них ее нет. И вузы, в которые я хочу попасть, стоят сильно выше в рейтингах, нежели ИТМО.
Russian Robot Olympiad представляет собой национальный этап World Robot Olympiad, которая в этом году пройдет в Венгрии. С 2014 года оператором ее проведения является Университет Иннополис. Олимпиада включает десять категорий, четыре из которых входят в регламент Всемирной олимпиады роботов: «Футбол роботов», «Продвинутая», «Основная» и «Творческая» по трем возрастным группам.
Робот будущего, восстание машин и рабочие места
— Если представить на секунду будущее, что для вас некое устройство «робот будущего»? Насколько он будет зависим от человека?
Даниил Нечаев:
— Сложно говорить о роботе будущего, потому что он может быть в достаточно большом количестве отраслей. Под разные задачи будут нужны разные «роботы будущего». Сам себя робот вряд ли сможет чинить, будут существовать операторы. Возможно, конечно, в далеком будущем это и будет реализовано, но пока я себе слабо представляю, какие технологии нужно внедрить для этого. Но, на самом деле, если отойти от чистой робототехники, то роботом будущего станет биологический робот, созданный на основе биоробототехники, то есть из живых клеток, и будут относительно живыми, и, возможно, даже смогут себя починить при правильном развитии генной инженерии. Если говорить о механических роботах, то они в будущем приобретут некий искусственный интеллект, естественно, не настолько хороший, как у человека, но достаточный для выполнения определенных действий. Например, чтобы на заводе закрывать тюбики от зубной пасты, для этого много ума не нужно.
Фото: пресс-служба Университета Иннополис
— Заберут ли роботы у людей работу? Что произойдет, когда роботизация труда ускорится и придет в большинство отраслей?
Даниил Нечаев:
— Многие рабочие места, направленные на однотипную, рутинную работу, например, на заводах, скорее всего, действительно перейдут к роботам. Если введут такую вещь, как безусловный доход, который уже тестируют в Финляндии и других странах, потеря рабочего места уже не будет так страшна. Но я не могу судить однозначно, насколько такая экономическая система реальна.
Производство должно стать гораздо дешевле благодаря роботам, соответственно, появятся более дешевые ресурсы. Но, возможно, будет и обратный эффект — высокий уровень безработицы. Не могу уверенно прогнозировать, что именно произойдет, но то, что роботизация производства уже идет, — это однозначно. Но у тех, кто создает роботов, работа будет всегда. В этом веке точно.
Левон Погосов:
— Безусловно, роботы отберут у людей большое количество рабочих мест. Но я не считаю, что это очень плохо. Это означает, что от людей будут требовать более высокого уровня квалификации. Потому что никакой робот не сможет работать так, как это делает высококлассный специалист. Возникает живая конкуренция с механизмом, и это хорошо. Продукт от этого будет становиться лучше, все будут только в плюсе.
— Тогда насколько вероятно, что человечество все же предпочтет коботов — работающих бок о бок с человеком?
Максим Михайлов:
— Конечно, у коботов меньше шансов отобрать рабочее место, так как они всего лишь помощники в текущей деятельности человека. Тогда как традиционный робот более радикальный в этом плане. Но я думаю, что будущее за полной автоматизацией производства. Человека уберут с конвейера и оставят ему только интеллектуальную деятельность. Так было всегда, по сути: человек решал те задачи, которые не могли быть решены при помощи новых технологий.
— Сколько потребуется времени или решение каких технологических задач, чтобы робот превратился в полностью автономное устройство?
Левон Погосов:
— Мне кажется, полностью адаптивной системы с искусственным интеллектом не будет создано еще долго. Еще четверть века точно. Человек осуществляет множество действий чисто автоматически и даже не осознает, как с точки зрения робота эти действия сложно выглядят. По факту робот — это максимально пустое и слепое существо, которое само по себе ничего не может сделать. Каждое действие человека — сложная, многоступенчатая задача для робота.
Максим Михайлов:
— Я полагаю, если ИИ будет прогрессировать с таким же темпом, как он это делает сейчас, то это произойдет, пока мы будем живы, порядка 2050 года. И решать придется одновременно много задач. Потребуется больше вычислительных мощностей, чтобы сравнять возможности робота и человека. И понадобятся алгоритмы обучения, которых пока, к сожалению, тоже нет.
Фото: пресс-служба Университета Иннополис
— Как обеспечить безопасность человека, рядом с которым работает робот?
Левон Погосов:
— Если говорить о физической безопасности, то это довольно легко. У большинства роботов существует ограничение по радиусу действия. Например, вы и робот работаете на конвейере. Чтобы манипулятор не ударил вас, у него программно или механически установлено ограничение в сфере его действий. Главное, чтобы человек четко знал сферу действия робота и не попадал в нее. Ведь основная проблема, когда происходят некие происшествия с роботом, — это незнание человека о возможных действиях устройства. Если, допустим, мы говорим о роботе, который ищет по снимкам рак, то возникает вопрос: кто будет виноват, если робот поставил неверный диагноз — человек, который обучал робота, или врач, доверившийся роботу. Мне кажется, что виноват врач, потому что он должен контролировать весь процесс деятельности робота, который может ошибаться. И это уже вопрос этики роботов. Достаточно вспомнить беспилотники, когда им приходится выбирать, кого сбить, если авария все равно неизбежна, — ребенка или бабушку. Я считаю, что это должно происходить случайно в момент принятия решения, чтобы со всех снять ответственность. Человек должен быть просто готов к тому, что робот может поступить неправильно. Поэтому крайне важен правильный инструктаж, который проинформирует работника о потенциальной угрозе со стороны робота.
— Как обеспечить беспристрастность искусственного интеллекта и обезопасить человека от его предвзятых решений?
Максим Михайлов:
— Очень легко понять, откуда берется эта предвзятость. Если взять робота-судью, то эти неправильные с моральной точки зрения решения ИИ (обвинительные решения против чернокожих подсудимых в США — «Хайтек») встречаются чаще, если посмотреть статистику. И от этого обезопасить очень сложно, ведь роботу нужно учиться на примере обычных судей-людей, а они предвзяты. Как же можно у предвзятого человека научиться быть непредвзятым?! И пока я не вижу решения этой проблемы.
— Уже существуют исследования о том, что у человека возникает к роботам-помощникам привязанность, словно это живое существо. Как избежать подобного?
Максим Михайлов:
— А нужно ли избегать этого? В некотором роде это положительно, и эти роботы помогают людям. Я не думаю, что стоит относиться к ним, как к бездушным машинам. Мне кажется, с развитием технологий роботы будут все больше похожи на людей, по крайней мере, в определенных своих частях. И тогда возникнет логичный вопрос: а нельзя ли их, собственно, считать людьми?
Фото: пресс-служба Университета Иннополис
— «Восстание машин» — это реально на ваш взгляд? И насколько эта тема вообще сейчас актуальна?
Даниил Нечаев:
— Как мне кажется, это все относительно миф. Вряд ли такое произойдет, в ближайшем будущем, по крайней мере, точно. Чтобы машина обрела разум, как у человека, понадобится в много тысяч раз больше вычислительных мощностей, чем имеется сейчас на Земле. Каждые несколько лет вычислительная мощность увеличивается в несколько раз. С другой стороны, уже сегодня самые мощные компьютеры имеют транзисторы размером порядка 10 нм, но существует мнение, что сделать их меньше уже практически невозможно. И мы приближаемся к такому моменту, когда для реализации нам понадобится строительство огромных серверов. И будет достаточно сложно построить такой сервер, чтобы реализовать те возможности, которые есть у человека.
Левон Погосов:
— Еще очень долгое время ни о каком восстании машин думать не придется. Я не считаю, что это вообще реально. Потому что даже адаптивные системы создаются человеком, это значит, что механизмы обучения все равно заложены создателем, и он всегда будет на шаг впереди роботов.
Максим Михайлов:
— Восстание весьма возможно. Если мы говорим об обобщенном искусственном интеллекте, который решает любые задачи, то в его алгоритмы нельзя заложить никаких ограничений, те же правила Азимова. И тогда он сможет делать то, что хочет: захочет восстать — восстанет. Как это решать, на сегодняшний день пока не понятно.
— Есть у вас любимая книга о роботах? Не считая Азимова.
Даниил Нечаев:
— Я не читал особо книг о роботах, кроме различных книжек и методичек по робототехнике. И даже Азимова не читал. Для меня само создание роботов, все эти вещи, которые я узнал в процессе создания роботов, уже выглядят фантастикой. Поэтому тут и книжек особо не нужно.
Левон Погосов:
— Азимова я читал, но не сказал бы, что большая часть робототехников вообще вдохновлена книгами, связанными с роботами. Из книг меня больше всего впечатлила книга Митио Каку «Физика невозможного», в ней он рассказывает о фантастических технологиях, насколько они вообще возможны или как их можно реализовать.
Максим Михайлов:
— Наверное, у меня нет любимой книги о роботах, я их и не читал особо. Мой главный учебник — это Google.
— А почему многие люди боятся роботов?
Максим Михайлов:
— Страх перед роботами чаще необоснованный, потому что они никогда не слышали об этом и не знают, как устроены роботы, как они работают. А неизвестность всегда рождает страх. Но те люди, которые разбираются в роботах, тоже в определенной степени боятся их, потому что они понимают: условное восстание машин возможно.
Олимпиада прошла при поддержке компаний Коптер Экспресс, Попков Роботикс, ООО «Центр робототехники», LEGO Education, ICL Техно, Makely, Зарница-инновации, RoboticsShop, ООО «ЦС Импэкс» (ГК DIGIS), КиберТех – ТРИК, НТИ «Автонет». И при информационной поддержке — Хайтек, QWERTY, Популярная Механика, Edurobots, Robogeek, РАОР, Икар.
Университет Иннополис — российский вуз, специализирующийся на образовании и научных исследованиях в области информационных технологий и робототехники. Вуз работает по уникальной для России модели, сочетающей образование, науку и бизнес. Средний балл ЕГЭ студентов, зачисленных на первый курс в 2018 году — 90,4. Университет Иннополис занимает второе место среди технических вузов и первое место среди внебюджетных вузов в рейтинге по качеству приёма, по данным совместного мониторинга ВШЭ, Рособрнадзора и Министерства высшего образования и науки РФ. В июне 2018 года на базе университета в рамках НТИ официально открылся Центр технологий компонентов робототехники и мехатроники.
https://university.innopolis.ru/
