«Из елочной игрушки и скотча»: Как белорусские ученые создают персонального робота

Ученые и инженеры параллельно ведут несколько проектов, инициированных ими самими.

В прошлом году при Институте проблем информатики Академии наук Беларуси появилась лаборатория робототехнических систем. Сайт dev.by побывал в лаборатории и узнал, чем занимается команда молодых исследователей.

«Иногда даже сторожа выгоняют». Над чем лаборатория работает допоздна

Под руководством заведующего лабораторией робототехнических систем, кандидата технических наук, доцента Григория Прокоповича трудится 8 человек: три исследователя, два инженера и трое техников. Занимаются они исследованиями и разработкой параллельных манипуляторов, нелинейной динамикой и моделированием хаотических систем, энергоэффективными способами передвижения роботов и пр.

Ученые и инженеры параллельно ведут несколько проектов, инициированных ими самими. «Никто глобальных задач, как в советское время, перед нами не ставит, — рассказывает Григорий. — Если даешь конкретную задачу со сроками, то за это нужно платить. А сейчас на это нет средств. Поэтому пока есть время, мы изучаем фундаментальные вещи и реализуем свои идеи в различных проектах. Работаем допоздна, иногда даже сторожа выгоняют».

В 2016 году ученый получил патент на новый способ перемещения центра масс внутри сферического робота, который применил в одном из своих проектов — роботе PocketBot. Предполагается, что этот робот может стать белорусским вариантом Alexa, персональным помощником, только куда более маневренным.

Первые прототипы сферического робота PocketBot команда молодых разработчиков показала еще в 2015 году в технопарке «Сколково». Там же ребята продемонстрировали и образовательный робототехнический конструктор RoboCake. Его предназначение — моделирование роботов и обучение студентов таким темам, как система технического зрения, автономная навигация, параллельные манипуляторы (например, Платформа Гью — Стюарта).

В последующие годы ребята улучшали свои разработки, активно искали партнеров и инвесторов. Недавно проект PocketBot выиграл грант в «Белорусском инновационном фонде», и ученые надеются, что теперь разработки удастся коммерциализировать значительно быстрее.

Недавно с издательством «Белорусская Энциклопедия имени Петруся Бровки» выпустили красочную энциклопедию «Роботы и люди». Она, как считают молодые ученые, может стать для детей и подростков первым учебником по робототехнике. Первая глава «Андроиды Древней Греции», например, погружает в историю робототехники, рассказывая, когда и где появились первые механизмы, отдаленно напоминающие современных роботов. Еще в книге рассказывается об эволюции роботов и их поколениях, есть рубрики о спортивных робосоревнованиях (минский чемпионат «Роборейс»), интересных конструкторах и белорусских компаниях из этой области — «Агат-Систем», Rozum Robotics и др.

Персональный робот: общительный и маневренный

Основной проект, на котором сейчас сфокусирован ученый — это сферический робот PocketBot. В нем пробуют совместить возможности смартфона, функцию тамагочи и механическую систему передвижения сферического объекта.

— Все понимают, что роботы — это классно. Но если с промышленными устройствами все понятно, то каким должен быть домашний робот? — вопрошает Григорий. — Для варки кофе есть кофеварка, а для мытья посуды — посудомойка. Персональные роботы хоть и набирают популярность, но, на наш взгляд, помимо функции диалога с человеком в них не хватает маневренности. Поэтому мы поставили перед собой задачу — сделать «карманного» робота для мониторинга жилых помещений, который беспрепятственно мог бы следовать за вами.

При первом прототипировании такого робота было много вопросов и неопределенностей. Например, как его включать-выключать, где взять сферический прозрачный корпус. Под заказ такой корпус стоит тысячи долларов, что несоизмеримо с финансовыми возможностями белорусских ученых.

Поэтому пришлось обходиться тем, что было под рукой: «Форма от новогодней игрушки, пластилин, как говорится, и скотч. Не швейцарское качество, но главное ведь — в начинке».

Внутри такого шара находится жизненно важный орган — электропривод с системой управления. Держится механизм в центре герметичного корпуса благодаря шести маленьким механизированным опорам:

— Здесь достаточно сложная геометрия и математическая модель. Вообще, это нетривиальная задача —придумать, как расположить параллельный манипулятор, в какую сторону должны быть повернуты шарниры, какие самые оптимальные соотношения звеньев.

Старый советский утюг вместо станка

Григорий демонстрирует на своем ПК видео, на котором первый прототип сферического робота катается по футбольному полю.

— Обычно у мобильных роботов есть предельный радиус поворота, — поясняет он. — Но благодаря нашей технологии передвижения он может ездить в любом направлении с нулевым радиусом поворота.

Чтобы идти в ногу с трендами, исследователи используют и такие «хайповые» технологии, как нейронные сети. «Робот, который просто ездит, никому не интересен. Сейчас люди ожидают от него того же, что и от смартфона. Поэтому мы активно изучаем эти направления», — говорит специалист.

В производстве сферического робота научным стартаперам обещало помочь опытно-конструкторское бюро и центр промышленного прототипирования EnCata. Но прежде, чем отправить продукт на производство, необходимо самостоятельно спроектировать электронные модели и сделать хороший прототип.

В лаборатории можно найти практически все, что для этого нужно. Например, вместо дорогого фрезерного станка для прототипирования печатных плат молодые инженеры довольно успешно используют лазерно-утюжную технологию, приспособив для этого железный советский утюг. Как говорит заведующий лабораторией, без опыта и кривыми руками качественную утюжку платы таким инструментом не сделаешь.

У работников лаборатории есть как советские, так и современные цифровые контрольно-измерительные приборы. Благодаря финансовой поддержке фонда Science Around Us удалось закупить современные 3D-принтер, осциллографы и лабораторные источники питания для тестирования энергоемких устройств.

— Это оборудование доступно не только ученым и инженерам лаборатории, но и студентам и практикантам, которые готовят здесь свои дипломы и курсовые, а также проходят производственную практику, — добавляет собеседник.

Нужны ли ученые ИТ-компаниям?

Институт всячески заинтересован, чтобы ученые приносили заказы из промышленного сектора, говорит Григорий.

Время показало, что на высокотехнологичных рынках конкуренцию выдерживают научные советские школы. Те же физики-лазерщики давно уже приспособились зарабатывать и даже стали одними из мировых лидеров. А вот отечественная робототехника, по его словам, только становится на ноги и об окупаемости разработок можно будет говорить не раньше чем через несколько лет.

Лаборатория робототехнических систем сотрудничает со стартапами, консультирует их и иногда берет небольшие заказы. Но потребность в фундаментальных научных исследованиях невысока. «Крупные компании и корпорации покупают себе специалистов из науки и открывают свои исследовательские лаборатории», — поясняет заведующий лабораторией.

По словам Григория, если ты занимаешься нейронными сетями или распознаванием, то без проблем можешь податься за менторством и финансированием за рубеж. А что делать, если ты хардверщик?

— У нас много менторов в ИТ, но не хватает таких же людей в хардвере. Многие, с кем мы общались, отвечали, что хотели бы нам помочь с тем же маркетингом, но у них нет нужной экспертизы. За исключением нескольких игроков — например, EnCata — вкладываться в хардвер желающих нет.

Продавать роботов, которые удается сделать в лаборатории, «задешево» в розницу было бы нерентабельно: «Народ хочет единичные экземпляры по цене смартфона, но ведь смартфоны такими дешевыми стали далеко не сразу».

Как бы там ни было, ученый надеется, что вскоре Беларусь в мире перестанет ассоциироваться «с драниками» — в том числе благодаря успехам белорусского hardware. «Есть швейцарский сыр и часы, ирландская порода собак и виски. А что про Беларусь знают? Более и менее World of Tank и Viber прозвучали. Хотелось бы, чтобы и хардвер не отставал. Потенциал у нашей нации есть, многие инженеры советской школы открыли свои предприятия, к примеру, Полимастер, NTLab. Из молодежи можно вспомнить Dronex, Rozum Robotics».

Григорий мечтает о том, чтобы персональные роботы из белорусской лаборатории могли попасть в каждый дом на планете.