Социальные роботы: способны ли машины на чувства, дружеское рукопожатие и смогут ли заменить человека?
Социальные роботы — это машины, создаваемые для взаимодействия с людьми в общественных местах и домах. Это роботы-экскурсоводы, помощники в навигации и даже тренеры и сиделки. 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, что мы понимаем под роботом.
Понятие «робот» достаточно сложное и многообразное. Производители и пользователи называют роботами самые разные системы. Предлагаю в рамках обсуждаемой темы считать, что роботом является автоматическая система, выполняющая задаваемые человеком действия. К этому определению подходят и марсоход, и луноход, и даже робот-пылесос.
Чем отличается социальный робот от робота вообще?
Основной класс используемых роботов — промышленные, которые обеспечивают повышение производительности труда: транспортные роботы, манипуляторы и так далее.
Социальные роботы отличаются от промышленных тем, что помогают людям в повседневной жизни. Это и роботы, участвующие в уходе за больными и в их реабилитации, информационные роботы, официанты, беспилотные такси и так далее. Роботы, работающие непосредственно в контакте с человеком, относятся к классу коллаборативных. Разработка подобных машин — 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 позволят в ситуации выбора между разными людьми уделять больше внимания больному или пожилому человеку. Но как их внедрить на том же уровне, что и 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. Также есть роботы-официанты, которые переносят заказы к определённым столикам. Основная сложность в их использовании — организация навигации, определяющей их точное положение в помещениях. Интересное и перспективное направление — 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 механические медсёстры и санитары, роботы, которые могут помогать пожилым людям, и так далее. Этот класс уже близок к массовому внедрению. Многое будет определяться 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 такие могут появиться и у нас.
Те роботы, которые разработаны в России, в т.ч. созданный нами в МАИ, тоже могут выполнять подобную работу. Достаточно небольшой модернизации, и они станут или официантами, или информационными роботами, которые будут колесить по торговым центрам, аэропортам и больницам и давать информацию, необходимую 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?
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. Чтобы рука робота двигалась так же, необходимо поставить по одному сервоприводу для перемещений по каждой из этих степеней. При этом высокоточные операции производятся человеком с использованием мелкомоторных движений, контролируемых зрением.
Существующие приводы пока не могут обеспечить параметры манипуляторов, подобные параметрам руки человека, иначе конструкция получается очень тяжёлая и громоздкая. При этом замечу, что у известного робота ASIMO 26 степеней свободы.
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, и усилие захвата, и температуру, и другие важные свойства предмета. Такое оснащение руки робота сейчас труднореализуемо. Нужно разрабатывать специальные датчики, от каждого из них должны идти информационные, энергетические каналы, и всё это должно обрабатываться в каком-то электронном «мозге». Это огромный объём информации. При этом расстояние между рецепторами, например на ладони, составляет единицы миллиметров. Пальцы робота ещё более плотно должны быть покрыты такими датчиками, иначе он 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.
Социальный робот должен обеспечивать мелкомоторные движения, например он должен уметь помыть посуду, взять лист бумаги, один из пакетиков чая, вскрыв упаковку, 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 механизмы, без рук, с экраном, где транслируется информация. Внедрение роботов других типов расширяется и зависит, в том числе, от экономической ситуации и уровня спроса.
В МАИ тоже велись работы в области социальной робототехники?
Да, к нам обратились представители одного завода с проектом создания социального робота. И мы его сделали, с нуля, практически за полтора года. Я думаю, это рекордный срок для разработки такого уровня.
Поскольку раньше мы никогда не занимались такого рода разработками, 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 промышленность, будет внедряться всё больше и больше роботов, которые позволят повысить производительность труда и улучшить нашу жизнь.
Для того, чтобы обеспечить рост как по количеству, так и по качеству роботов на мировом уровне, в России необходимо развивать образование в этой сфере. Сейчас у нас недостаточно специалистов в области разработки, создания, производства и обслуживания роботов. Чтобы это направление обеспечить, нам понадобится огромная армия таких специалистов. И для этого нужно разрабатывать определённые курсы, оснащать лабораториями, оборудованием вузы, которые возьмут на себя эту работу.
В противном случае мы будем отставать, будем обречены покупать изделия иностранного производства и можем оказаться в зависимости от стран — производителей роботов, что будет неизбежно сказываться на развитии нашей страны.
Наш опыт разработки социальных роботов 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 области создания роботов — это и возможное, и перспективное, на мой взгляд, направление для нашего вуза.
