Как в КБР разрабатывают искусственный интеллект для сервисных роботов
- Залимхан Вячеславович, робототехника - одно из главных направлений работы КБНЦ. С чего вы начинали?
Залимхан Нагоев: Центр создан в 1993 году доктором технических наук, профессором Петром Мацовичем Ивановым, который сейчас является его научным руководителем. Иванов учился в институте кибернетики. Я пришел сюда аспирантом в 1996-м и сразу попал в только что открывшийся отдел искусственного интеллекта, который и стал моей основной специализацией. По этой теме в КБНЦ уже защищено несколько диссертаций.
Робот - это на 90 процентов искусственный интеллект, который распознает образы, принимает решения, ориентируется в пространстве, выполняет языковые задачи. У человека за все эти процессы отвечает мозг. В 2009 году в центр пришел изобретатель Юрий Хамуков, который занялся непосредственно роботами. Тогда мы начали создавать прототипы, используя наши разработки в области искусственного интеллекта.
- Какая модель стала первой?
Залимхан Нагоев: Саперный робот. Мы сделали действующую модель и показали ее МЧС России в 2011-м. Это небольшой робот, который может ездить по минным полям, обнаруживать и уничтожать взрывные устройства. Затем выполнили опытно-конструкторскую разработку мультиагентного робота, который состоит из нескольких аппаратов, передвигающихся у линии лесных или полевых пожаров и передающих информацию о ситуации в штаб. Они также находят утечки опасных веществ и очаги возгораний. Над этой моделью работали совместно с ВНИИ ГОЧС. Сдали робота-спасателя в 2013 году. Он прошел госиспытания как опытный образец, есть планы его доработать, чтобы он использовался МЧС.
- Вы ориентируетесь на запросы экономики? К вам могут обратиться заказчики?
Залимхан Нагоев: Мы в основном ориентируемся на две темы - сервисная бытовая и сельскохозяйственная робототехника. Сейчас все хотят массовых роботов, которых можно внедрять в разных отраслях экономики с тем, чтобы увеличивать производительность предприятий. Проблема в том, что пока наука их не может предложить. Почему? Потому что есть фундаментальная проблема, связанная с созданием искусственного интеллекта, способного решать те же задачи, что и человек.
.jpg)
С математической точки зрения мир вокруг нас характеризуется такими факторами, как неструктурированность, неопределенность, динамичность, частичная наблюдаемость, эпизодичность. В таком мире очень сложно выполнять точные действия. Человек с этим хорошо справляется, потому что его интеллект способен преодолевать возникающие препятствия.
У нас в работе несколько проектов в сфере сельского хозяйства. Речь идет о роботах для уборки огурцов в открытом грунте и теплицах, моделях, умеющих анализировать состояние посевов, бороться с вредителями, сорняками и болезнями. Однако они должны распознавать образы. Человек с этой задачей справляется великолепно, но его труд стоит дорого. ИИ пока на такое не способен. Сейчас мировые корпорации, крупные компании, институты пытаются создать интеллектуальные системы приемлемого качества. Кто первый этого добьется, получит огромное преимущество на рынке, ведь роботы с такими "мозгами" будут очень востребованы.
Поскольку КБНЦ является частью РАН, наша задача - не выполнение текущих заказов, а работа на 10-20-летнюю перспективу. Мы с самого начала нацеливались на массовый рынок, понимая, что, если будем концентрироваться на сиюминутных задачах, у нас нет шанса в борьбе с крупными корпорациями. Конкуренция сейчас идет в научных лабораториях, и наша стратегия себя оправдывает. Мы имеем собственный подход к искусственному интеллекту. Сейчас создаем робота-автомойщика для массового применения, согласно нашим расчетам, потребность мирового рынка в таких аппаратах - 50-60 миллионов единиц.
Также ученые КБНЦ занимаются роботом-ритейлером для супермаркетов, который сможет не только следить за наличием товаров на полках, но и расставлять их, он будет обладать сложным манипулятором. Торговым компаниям такой работник сэкономит порядка пяти процентов оборотных средств. Ведем переговоры с несколькими российскими сетями, руководство которых заверило нас, что, если мы доведем робота до ума и он будет функционален, они у нас его с радостью купят.
- Какие сложности возникли с его разработкой?
Залимхан Нагоев: Машину нужно довести до такого уровня, чтобы она могла сама поехать на склад, взять там товар и поставить его на полку в торговом зале. Но это непросто. Роботу нужен сложный манипулятор. Мы его сконструировали, получили на него порядка 10 патентов. У железной руки более 50 приводов, на каждый из них несколько раз в секунду посылаются импульсы. Таким потоком информации нужно управлять. С помощью традиционных систем сделать это невозможно. Более того, в мире пока вообще нет системы, способной обеспечить приемлемое качество управления данными роботами. Сейчас мы ее разрабатываем. Как только решим задачу, продолжим переговоры с ритейлерами и будем совместно формировать рынок.
Что касается работы на конкретных заказчиков, то, если их потребности совпадут с нашими намерениями, тогда, возможно, мы займемся предложенными проектами.
- Недавно центр выиграл конкурс Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере и начал реализовывать программу в сфере искусственного интеллекта. Что это за программа?
Залимхан Нагоев: Мы разрабатываем робота с портальной конструкцией для анализа состояния кукурузных полей. За один проезд он сможет обследовать восемь - десять рядов, при этом не повреждая растения. Его задача - проверять около 20-30 гектаров посевов в день и оценивать с помощью видеокамер и специальных датчиков ситуацию с заболеваемостью, наличием сорняков и вредителей. Информация будет поступать в специальное облако, где ее проанализирует искусственный интеллект. Учитывая, что на полях сотни тысяч растений, обычный агроном, конечно, не может проверить каждое, а робот на это способен. Наш аппарат еще и защитит посевы. На нем будет установлено оборудование для точечного опрыскивания, то есть если "железный агроном" увидит сорняк в зачаточном состоянии или вредителя, он его обработает.
Но главное - искусственный интеллект оперативно предоставит информацию о том, какая проблема возникла у конкретного растения. Плюс в том, что данные со всех полей станут стекаться в одну базу и система за счет машинного обучения сможет быстрее приобретать и осваивать новые знания, так что в перспективе качество ее работы окажется сопоставимым с качеством работы опытного агронома. Задача интересная и сложная. На ее решение и пойдут средства, которые мы выиграли в конкурсе.
- А кто вообще финансирует вашу работу?
Залимхан Нагоев: Базовое финансирование связано с государственным заданием по темам НИР, которые дает нам РАН, то есть нас финансирует министерство науки и высшего образования. Кроме того, минобрнауки в 2019 году выделило нам средства в рамках национального проекта на разработку автономных интеллектуальных роботов под управлением нейрокогнитивных систем, мы открыли новую лабораторию. За десять лет получили почти 20 грантов Российского фонда фундаментальных исследований. Также поступало финансирование от МЧС России и нескольких партнеров-частников, которые нам заказали разработку роботов.
Сейчас у нас есть 3D-принтеры, работающие с пластиком и металлом, станок лазерной резки по металлу, различные сканеры, фрезерный станок. Так что мы хорошо оснащены, практически все делаем сами. Хотя раньше приходилось немало бегать по заводам с просьбой изготовить какие-то детали. А так как КБНЦ - не профильный заказчик, то с нами работали по остаточному принципу.
- Перед тем как взяться за разработку прототипа, вы просчитываете его экономическую эффективность?
Залимхан Нагоев: Как раз для этого создан инжиниринговый центр. Конечно, у нас есть академическое финансирование, но мы понимаем, что если не начнем продавать роботов, то сильно отстанем от конкурентов. Это рынок - если замешкался, то потом не догонишь.
Поэтому взяли себе за правило - когда решаем, каким роботом заняться, проводим технико-экономический анализ и стараемся определить рыночную нишу, понять, кто его купит, повысит ли он производительность в выбранной сфере, повлияет ли на экономическую эффективность предприятия, просчитываем стоимость, рентабельность, окупаемость. Оцениваем главное - что получит конечный потребитель.
- Допустим, вы довели робота-ритейлера до ума. Но кто будет заниматься его массовым производством?
Залимхан Нагоев: Мы пока не подошли к этапу разработки промышленного образца. Но я уже сейчас понимаю, что его массовое производство можно упростить. Главная сложность связана с созданием программного обеспечения. Но его достаточно написать один раз.
Потребность в роботах-ритейлерах большая, по нашим усредненным оценкам, в течение десяти лет их можно продать порядка трех-четырех миллионов. И если они станут пользоваться спросом, то организовать производство не составит труда, в основном оно будет сборочным и, скорее всего, тоже роботизированным, то есть предприятию достаточно купить промышленных роботов и поставить их собирать более современные и умные машины. Почти на любом заводе можно перестроить технологический цикл для этого.
Тем временем
Одна из последних и самых перспективных разработок ученых Кабардино-Балкарского научного центра РАН - робот-парковщик. Идея заключается в том, что человек в специальном приложении сможет оставить заявку на конкретное парковочное место, а робот его зарезервирует. И когда автомобиль подъедет, "железный помощник" с помощью геолокации распознает транспортное средство и разблокирует место стоянки. Этот робот сейчас наиболее близок к продаже. Специалисты ведут переговоры с разными организациями, есть желающие его приобрести для пробной эксплуатации.