Современные роботы: и блины испечь, и человека заменить

Если в кино роботы часто угрожают человечеству, то в жизни они, наоборот, давно помогают людям во всех сферах жизни. Корреспондент «Мегабайта» посетил Центр робототехники ИТМО и узнал о новых разработках: роботах, которые контролируют свою силу, готовят блины и следят за состоянием воды.

В Центре робототехники ИТМО, который расположен в корпусе на Гривцова, нас встречает его руководитель — Владислав Громов, доцент факультета систем управления и робототехники. Он проведет для нас экскурсию, и мы своими глазами увидим макеты устройств и даже готовых роботов, созданных сотрудниками центра.

«В Центре мы проводим научные исследования, реализуем гранты и взаимодействуем с коммерческими партнерами. Представители бизнеса Санкт-Петербурга обращаются к нам со своими задачами, для решения которых зачастую требуются специалисты из различных областей науки, и Центр робототехники обеспечивает совместную работу сотрудников лабораторий университета» — Владислав Громов, доцент факультета систем управления и робототехники и руководитель Центра робототехники.

Чувствительные создания

В одной из лабораторий нас встречают механизмы, которые на первый взгляд напоминают просто изогнутые трубы из какой-то компьютерной игры. На самом же деле это — очувствленные роботы, один из недавних инновационных проектов Центра совместно с компанией Arrival Robotics.

Обычный промышленный робот не ощущает силу взаимодействия с окружающим миром, что может быть опасно для здоровья или даже жизни человека при столкновении с механизмом. Новые алгоритмы управления, разработанные Центром, позволяют устройству чувствовать воздействие среды и остановиться при встрече человеком.

Также такой робот может использоваться для коллаборативных операций, ведь современный тренд робототехники — взаимодействие машины и человека. Практика показала, что не всегда исключение людей из производства экономически выгодно. Иногда бывает слишком сложно или дорого запрограммировать робота так, чтобы он самостоятельно передвигался по фабрике и выполнял необходимые операции. В таких случаях следует вручную отправить его в нужную точку, где он автономно будет взаимодействовать с инструментами и окружающей средой. При таком раскладе человек остается на фабрике, но труд облегчается и сложные или опасные задачи выполняет механическое устройство. Например, эту технологию используют на заводах Ford. Установка амортизатора требует большой силы и точности, поэтому внутри автомобиля человек управляет роботом, который выполняет необходимые действия. А если на его пути появляется рука или даже палец рабочего, робот сразу останавливается, обеспечивая безопасность.

Третье предназначение таких роботов — соединение деталей, когда нужно точно чувствовать силу воздействия, потому что при недостаточном усилии детали не скрепляются, а при избыточном — ломаются. Эти технологии внедряются в производство, но процесс происходит медленно из-за требований безопасности, алгоритмы должны пройти большой цикл проверок.

Arrival Robotics — британская компания, которая занимается автоматизацией автомобильной промышленности, в 2017 году подписала с Университетом ИТМО рамочное соглашение по разработке технических решений. Это значит, что стороны разделяют интересы в области робототехники и совместно создают инновационные проекты.

Цепкие лапы

Перемещаясь дальше по лаборатории, мы видим железную руку, которая вызывает ассоциации с механическими щупальцами злодея из «Человека-паука». Но здесь нет ничего опасного, в нашей реальности это схват — главная часть манипулятора. Многозвенные пальцы устройства позволяют захватывать предметы для перемещения в пространстве. Благодаря сложной кинематике механизма в Центре разработали программное обеспечение, которое будет адаптивно взаимодействовать с различными объектами. Площадь рабочей области, захватываемые формы и грузоподъемность — главные характеристики схватов, которые определяют, где можно использовать устройство. Чем эти параметры больше, тем универсальнее механизм. Часто на производстве под каждую деталь есть свой инструмент, необходимый для работы с ней, но новые усложненные устройства и алгоритмы позволяют ускорить технологические процессы и исключают необходимость менять инструменты для разных элементов. Схваты применяются, например, при сборке узлов, когда каждую деталь нужно установить на отведенное ей место.

Разработка адаптивных решений — одна из основных задач современной робототехники.

В соседней лаборатории нам указывают на пластиковые макеты схватов, которые Центр разработал для компании Arrival Robotics. Это адаптивные устройства, которые позволяют захватывать широкий спектр деталей, а за счет кинематики и перераспределения нагрузки обладают высокой грузоподъемностью до 20 кг по сравнению с 0,5 кг у аналогов. Масштабные модели механизмов показали полную работоспособность, после чего заказчик получил документацию для будущего использования.

Помощник по кухне и анализатор воды

Перейдя в еще одну лабораторию, мы обращаем внимание на устройство, имеющее в арсенале тарелки и жарочную поверхность. Оказывается, это робот-блинопек, которого в Центре робототехники создали совместно с коллегами с факультета биотехнологий. Он оборудован полноценной мини-кухней. Пользователь может выбрать тип теста и начинку по своему желанию, а робот в автоматическом режиме приготовит блин: сначала замесит тесто, затем дозирует его на сковороду, а в конце добавит начинку и свернет изделие.

Очередной объект, мимо которого мы не проходим, представляет из себя макет корабля. Но вы спросите, какое же отношение это имеет к роботам? Центр робототехники ИТМО получил грант на проведение исследований по управлению надводными автономными роботами, и корабль — проект, реализуемый на средства этого гранта. Задача судна — перемещаться по поверхности воды и производить химический анализ состояния среды в автоматическом режиме, без участия человека.

Конечно же, то, о чем мы рассказали, это только малая часть проектов, над которыми трудятся в Центре робототехники. Так, есть разработки, основанные не на запросах партнеров, а на идеях инициативных студентов. Кроме того существует молодежная лаборатория робототехники, в которой школьники создают проекты для участия в робототехнических олимпиадах, где неоднократно выигрывают. Таким образом обучающиеся приобщаются к научной деятельности ИТМО, растут в профессиональном плане, а позже становятся студентами и развиваются в рамках своего факультета.