Социальные роботы: способны ли роботы на чувства, дружеское рукопожатие и смогут ли они когда-нибудь заменить человека?
О настоящем и будущем социальной робототехники рассказал профессор кафедры 704 «Информационно-управляющие комплексы летательных аппаратов» МАИ, кандидат технических наук Николай Ким.
Здравствуйте, Николай Владимирович. Давайте сначала определимся с тем, что мы понимаем под «роботом».
Понятие «робот» достаточно сложное и многообразное, потому что многие производители и пользователи называют «роботами» самые разнообразные системы. Поэтому предлагаю, в рамках обсуждаемой темы, считать, что роботом является автоматическая система, выполняющая задаваемые человеком действия. С этой точки зрения мы можем называть роботом и марсоход, и луноход, и даже робот-пылесос. Другое дело, что промышленными роботами чаще всего называют системы, снабжённые манипулятором, то есть устройством — аналогом руки человека.
Чем отличается социальный робот от робота вообще?
Основной класс используемых роботов — это роботы промышленные, которые обеспечивают повышение производительности труда в промышленности: транспортные роботы, роботы-манипуляторы и так далее.
Социальные роботы отличаются от промышленных тем, что помогают людям в повседневной жизни. Это и роботы, помогающие в уходе за больными, в частности, в их реабилитации, информационные роботы, роботы-официанты, беспилотные такси и так далее. Роботы, работающие непосредственно в контакте с человеком, относятся к коллаборативным роботам. Разработка подобных роботов — это отдельное, чрезвычайно сложное направление, потому что необходимо обеспечить полную безопасность человека.
Как вы считаете, смогут ли в будущем социальные роботы испытывать чувства?
Я думаю, в ближайшее время у социальных роботов появятся программируемые «имитаторы чувств», которые, например, позволят, в равнозначной ситуации выбора между разными людьми, уделять больше внимания больному или пожилому человеку. Но как их внедрить на том уровне, как это происходит в биологических организмах, пока сказать трудно.
Какие функции уже сейчас может успешно выполнять социальный робот?
Прежде всего это информирование. Информационные роботы, например, могут заменить людей, которые сейчас стоят на улицах с рекламными плакатами на груди. Роботы-официанты, которые переносят заказы к определённым столикам. Основная сложность в использовании этих роботов — организация навигации, определяющей их точное положение в помещениях. Интересным и перспективным направлением являются обучающие роботы, в т.ч. тренеры, как для детей, так и для взрослых. В ближайшее время будут распространены роботы-курьеры. В дальнейшем будут шире внедряться роботы-медсёстры и санитары, роботы, которые могут помогать пожилым людям и так далее. Этот класс роботов, я бы сказал так, уже близок к массовому внедрению. Многое будет определяться их стоимостью, удобством эксплуатации, простотой обслуживания.
А какие социальные роботы уже находятся в эксплуатации?
Во многих ресторанах Китая, Южной Кореи, Японии уже действуют роботы-официанты, которые разносят заказы, и я думаю, что в ближайшее время могут такие появиться и у нас.
Более того, те роботы, которые разработаны в России, в т.ч. робот, созданный нами в МАИ, тоже могут выполнять подобную работу. Достаточно небольшой модернизации, и они станут или роботами-официантами, или информационными роботами, которые могут колесить по торговым центрам, аэропортам и больницам и давать информацию, которая необходима людям.
Говорят, что одним из главных препятствий в развитии социальной робототехники является невозможность создать манипулятор с такой же чувствительностью как рука человека. Почему роботу нельзя сделать такую же руку, как человеку?
Социальный робот как универсальный помощник человека должен выполнять разнообразные действия, недоступные другим типам роботов. Для этого манипулятор и захватное устройство (аналог кисти и пальцев человека) должны иметь необходимое число степеней свободы и соответствующую чувствительность.
Рука человека имеет 27 степеней свободы, в т.ч. кисть — 2 и пальцы 20 степеней свободы. Для того, чтобы рука робота двигалась также, как рука человека, необходимо поставить по одному сервоприводу для перемещений по каждой из этих степеней свободы. При этом высокоточные операции производятся человеком с использованием мелкомоторных движений, контролируемых зрением.
Существующие приводы пока не могут обеспечить параметры манипуляторов, подобные параметрам руки человека. Заметим, что у известного робота ASIMO всего 26 степеней свободы.
Из-за сложности строения человеческой кисти у современных роботов и фаланг меньше, и при этом усилия они не могут создавать такие, какие создаёт человеческий палец, и количество степеней свободы, которыми кисть оснащена, у роботов меньше, иначе конструкция получается очень тяжёлая и громоздкая.
Вторая проблема: в руке даже специализированного робота недостаточно тактильных датчиков — рецепторов, органов чувств. У человека в руке (и не только) имеется огромное количество рецепторов различных типов, которые позволяют нам оценить и текстуру поверхности взятого предмета, и усилие захвата, и температуру, и другие важные свойства предмета. Такое оснащение руки робота сейчас практически труднореализуемо. Нужно разрабатывать специальные датчики, от каждого датчика должны идти информационные, энергетические каналы, и всё это должно обрабатываться в каком-то электронном «мозге». Это огромный объём информации, потому что в человеческой руке количество рецепторов наибольшее, расстояние между ними, например, на ладони, должно быть в единицы миллиметров. Пальцы робота ещё более плотно должны быть покрыты такими датчиками, иначе робот не сможет чувствовать и выполнять функции, которые выполняет рука человека. А кроме этих датчиков должны быть ещё и навигационные системы, которые позволяют оценивать положение каждого элемента манипулятора.
В итоге создать один такой манипулятор — это отдельная, очень сложная задача, которая сейчас пока практически не решена. И поэтому функции, которые выполняют роботы, очень ограничены.
По идее, социальный робот должен обеспечивать мелкомоторные движения, например, он должен уметь помыть посуду, взять отдельный лист бумаги, взять один из пакетиков чая, вскрыв упаковку, заварить чай и тому подобное. Эти функции очень тяжёлые для роботов, например, они не способны нажать с определённым усилием и провести своей рукой по руке человека, учитывая её рельеф и плотность. Сейчас это не просто техническая, а я бы сказал, научно-техническая задача.
То есть дружеского рукопожатия в ближайшее время от робота мы не получим?
Нет, рукопожатие как таковое можем получить, но это будет демонстрационное рукопожатие с заданным усилием, а не мелкомоторное адаптивное человеческое движение, которое необходимо социальному роботу. На промышленных же роботах стоят сейчас манипуляторы, которые просто могут взять и что-то держать с заданным усилием или, наоборот, выпустить. Оснащение захватных устройств дополнительными датчиками и механизмами адаптации часто технически и экономически нецелесообразно.
Как вы считаете, кто сейчас является лидером в мире по созданию социальных роботов?
Я думаю, это Южная Корея, Япония, Китай. При этом в мире в целом производят в основном промышленных роботов. Из социальных производят главным образом информационных роботов. Это относительно простые роботы, без рук, с экраном, с которого транслируется информация. Внедрение роботов других типов расширяется и зависит, в том числе, от экономической ситуации и уровня спроса на те или иные работы.
Насколько мне известно, в МАИ тоже велись разработки в области социальной робототехники?
Да, к нам обратились представители одного завода с проектом создания социального робота. И мы этот робот сделали, с нуля, практически за полтора года. Я думаю, это рекордный срок для разработки такого уровня.
Поскольку раньше мы никогда не занимались такого рода разработкой, нам по ходу дела пришлось разбираться в том, как устроена вычислительная система робота, навигационная система для работы в помещениях, как реализовать системы компьютерного зрения, распознавания и синтеза речи и пр.
Нам удалось это сделать благодаря большому опыту разработки самых разных систем. Это показывает, что образование, квалификация сотрудников и учёных МАИ позволяет нам выполнять любые подобные заказы.
Каковы перспективы развития робототехники в нашей стране?
Совершенно очевидно, что в современном мире во всех странах, в том числе в России, промышленное и социальное развитие невозможно представить без роботов. Дефицит кадров рано или поздно приведёт к тому, что во все сферы человеческой деятельности, прежде всего в промышленности, будет внедряться всё больше и больше роботов, которые позволят повысить производительность труда и улучшить нашу жизнь.
Для того, чтобы обеспечить рост роботов как по количеству, так и по качеству на мировом уровне, в России необходимо развивать образование в этой сфере. Сейчас у нас недостаточно специалистов в области разработки, создания, производства и обслуживания роботов. Для того, чтобы это направление обеспечить, нам понадобится огромная армия таких специалистов. И для этого нужно разрабатывать и определённые курсы, и оснащать лабораториями, оборудованием кафедры и вузы, которые возьмут на себя эту работу.
В противном случае мы будем отставать, и будем обречены покупать роботов иностранного производства, и можем оказаться в зависимости от стран — производителей роботов, что будет неизбежно сказываться на развитии нашей страны.
Опыт разработки социальных роботов в МАИ показал, что уровень специалистов и учёных МАИ позволяет решать почти любые проблемы в области робототехники: навигации роботов, технического зрения, управления манипуляторами и так далее. Подготовка специалистов в МАИ в области создания роботов — это и возможное, и перспективное, на мой взгляд, направление для нашего вуза.
Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России.
