Ожившие машины
Текст: Татьяна Петухова | 2014-04-01 | 3791
III век до н.э. На маяке, сооружённом на острове Фарос, устанавливаются четыре позолоченные женские фигуры. Днём они горят в лучах солнца, а ночью ярко освещаются, поэтому всегда хорошо видны издалека. Через определённые промежутки времени статуи, поворачиваясь, отбивают склянки; в ночное же время они издают трубные звуки, предупреждая мореплавателей о близости берега. 12 век. Собравшиеся у озера зрители потрясены увиденным – плывущей по его глади лодкой с четырьмя музыкантами, играющими несложные, но приятные мелодии. Это особенные музыканты, сделанные из железа и дерева выдающимся механиком-изобретателем, математиком и астрономом Абу аль-Из ибн Исмаил ибн аль-Раззаз аль-Джазари (или просто аль-Джазари). Спустя три века, теперь уже благодаря Леонардо да Винчи, мир увидел еще одно чудо – механического рыцаря, способного двигать руками и ногами и даже открывать забрало своего шлема. Только через 400 с лишним лет после этого появилось слово, которым сегодня называют все подобные механизмы. В 1920 году в своей научно-фантастической пьесе «R.U.R.» чешский писатель Карел Чапек использует придуманное им слово «робот» (чеш. robot, от robota – подневольный труд или rob – раб). В 1941 году в научно-фантастическом рассказе «Лжец» Айзек Азимов вводит слово «робототехника», а в 1942 году в рассказе «Хоровод» впервые формулирует знаменитые «Три закона робототехники». Так зарождалась новая отрасль, которая сегодня может стать тем, чем в своё время были научная фантастика Жюля Верна, полеты братьев Райт, запуск искусственного спутника или достижения первых советских космонавтов. Робототехника может стать той новой точкой притяжения, благодаря которой молодежь с головой окунётся в технические науки.

Современных детей мало чем можно удивить, а тем более заинтересовать так, чтобы ребёнок по-настоящему увлёкся каким-нибудь занятием. Но по какой-то причине многие дети неравнодушны ко всякого рода роботизированным механизмам.

Робототехника, даже если не учитывать огромный пласт промышленных роботов, – крайне динамично развивающаяся сфера и одно из популярных хобби. Ещё бы! Ведь в роботах сосредоточены многие передовые инженерные решения и технологии, причём охватывающие огромное количество областей – механику, электронику, конструирование, программирование… и даже физиологию и психологию. По этой причине эксперты называют робототехнику образованием будущего. Дети, увлечённые роботами сегодня, завтра выбирают, как правило, инженерно-технические специальности. Получается, что маленькие человекообразные механизмы, служащие, на первый взгляд, для развлечения, могут выполнять важнейшую социальную функцию и стать мощным инструментом в профориентационной работе и подготовке молодых инженерных кадров.

Один из способов популяризации робототехники – проведение научных и технологических конкурсов. Знакомство с робототехникой мы начали как раз с посещения одного из них – фестиваля «Робофест» в Москве.

Впервые «Робофест» состоялся в 2009 году. Это фестиваль, который объединяет в себе наиболее известные дисциплины робототехнических соревнований, являясь частью общероссийской программы «Робототехника: инженерно-технические кадры России». В рамках этой программы в России создаются региональные тренировочные ресурсные центры по робототехнике для детей, подростков и молодежи в возрасте от 7 до 30 лет. Посредством ряда проходящих в течение года инженерно-технических соревнований формируется сборная России по робототехнике, которая принимает участие в международных робототехнических состязаниях: FIRST, WRO, ABU ROBOCON, ELROB.

Вначале Робофест имел статус российского соревнования и являлся отборочным для соревнований мирового уровня. Но затем в нём стали принимать участие и зарубежные команды (например, в этом году участвовали команды из США, Мексики, Сербии и Румынии), и он перестал быть отборочным.

Теперь о том, что касается международных соревнований. Самым первым в мире робототехническим конкурсом стал FIRST. В нём принимают участие старшеклассники 14-18 лет. ABU ROBOCON – соревнования по робототехнике среди студентов Азиатско-Тихоокеанского региона. Европейские испытания наземных роботов (ELROB) проводятся среди роботов, предназначенных для гражданских и военных целей.

Но самым крупным событием в области робототехники является Всемирная олимпиада роботов (англ. World Robot Olympiad, WRO). Впервые эти соревнования состоялись в 2004 году в Сингапуре, и сейчас в них ежегодно принимают участие более 1000 лучших ребят в области робототехники из 30 с лишним стран мира. Олимпиада проходит в трёх категориях: основная, творческая и футбол среди роботов. Для основной категории задача заключается в сборке и программировании робота, который должен выполнить определенное задание, как правило, пройти полосу препятствий быстрее других. Участники творческой категории готовят проект на заданную тему – а она каждый год разная. И, конечно, любимый всеми футбол роботов. Команда готовит двух автономно работающих роботов: нападающего и вратаря, а играют они в футбол, используя специальный мяч с инфракрасным излучением.

В России соревнования по робототехнике стали проводиться с 2000 года. Пройдя школьный, окружной, городской и всероссийский этапы, победители или призёры Всероссийского этапа соревнования приглашаются в Летний робототехнический лагерь, по результатам которого формируется Российская сборная для участия во Всемирной олимпиаде роботов. И хотя кажется, что тема робототехники достаточно далека от России, наши тоже становятся победителями международных соревнований. Впервые победителями WRO российские ребята стали в 2012 году (Куала-Лумпур), причём сразу в двух номинациях. В футболе роботов победила команда московской школы №2017, а в творческой категории победу одержала команда из Санкт-Петербурга (Физико-математический лицей №239) с роботом «Грета», которая играла в ладушки.

WRO обычно проводятся в высокотехнологичных центрах стран Азии, таких как Йокогама, Сингапур, Тайбэй и т.д. В 2013 году соревнования пройдут в Индонезии. 

 

На Робофесте мы провели небольшие интервью с руководителями одних из самых лучших российских робокоманд. Представляем эти материалы вашему вниманию.

 

В 2012 году на чемпионате мира в Малайзии ученики 2017-й московской школы, занимающиеся в объединении «Робототехника», стали чемпионами мира в международных состязаниях роботов по одной из самых популярных категорий – в футболе. Наш собеседник – Сергей Мустафин, руководитель «Робототехники».

 

– Сергей Владимирович, расскажите, в чём заключается работа со школьниками в вашем робототехническом центре?

 

Программа по робототехнике разбита на два модуля. В урочное время у мальчиков пятых и шестых классов уроки технологии заменены на уроки конструирования. Но основной объём обучения по направлению робототехника приходится на внеурочное время. На этих занятиях мы исследуем механику, учимся программировать и, конечно же, строим роботов. Занимаются ребята с пятого по одиннадцатый классы. Интерес, конечно, проявляется раньше 5 класса, но я не беру младших школьников – не всегда хватает материальной базы. Ребята делятся на группы: постарше и помладше, потому что у них разные задачи.

 

– Материальную базу развиваете самостоятельно?

 

Была основа. Постепенно, почти за 8 лет, мы набрали неплохую материальную базу – работаем мы с 2005 года. На многих соревнованиях выигрывали наборы, что-то докупали сами. Покупаем за границей – так получается дешевле. Стоимость очень важна для нас, так как чаще всего оборудование покупаем или на свои деньги, или в складчину со школой.

Сегодня во многих московских (и не только московских) школах открываются центры по обучению робототехнике, комплектуются необходимым оборудованием. Но это далеко не всё, что нужно. Как и в любом другом деле, проблема в кадрах. Если есть желание, энтузиазм, то дело двигается, если нет – то оборудование простаивает и пылится.

 

– А спонсоры у вас есть?

 

Округ периодически помогает, например, съездить на соревнования.

 

– Как формируется команда для участия в соревнованиях?

 

Ребята в команде могут делиться по-разному. Идеальный вариант, когда один человек отвечает за механическую часть, второй – за алгоритм, но так получается не всегда. Поэтому ребята сами распределяют роли. Например, в футболе роботов роли чётко распределены: один – вратарь, второй – нападающий.

 

– Вы, как я успела заметить, выступаете здесь ещё и в качестве судьи?

 

Да, к сожалению. К сожалению – потому, что я не успеваю следить за всеми ребятами, которых привёз на соревнования. Но футбол – очень специфическая категория, и квалифицированных судей мало.

 

– А почему Вы вообще стали заниматься робототехникой?

 

Я закончил педагогический вуз по специальности информатика. Мне показалось, что это очень перспективное направление – стимулировать ребят к изучению программирования. Ребятам интересно заниматься робототехникой – есть практическое применение, и они чувствуют свою причастность к сделанному.

 

– Как занятие робототехникой влияет на ребят?

 

Я не берусь утверждать, что ребята станут профессионально заниматься робототехникой в будущем, – такого, скорее всего, и не будет. Но навыки, которые они здесь получили – умение алгоритмически мыслить, программировать, конструировать и навык участия в соревнованиях – это хорошая жизненная школа. Сейчас уже видно, что наши выпускники выбирают технические вузы.

 

– Как можете оценить развитие робототехники в России?

 

Я не вижу, что в России робототехника как-то двигается вперед. Мы регулярно получаем какие-то известия о достижениях робототехники, но, к сожалению, все они не касаются России. Мы прекрасно знаем страны, которые активно занимаются робототехникой – это Япония, Германия – если говорить о промышленной, Америка – если говорить о военной робототехнике. А чем занимается российская робототехника – не очень-то и понятно. Я знаю несколько выпускников Бауманского университета, которые хотят заниматься робототехникой, но не находят работу и поэтому уезжают из России. 

 

В августе 2013 года на соревнованиях Robocon во Вьетнаме Россию будет представлять команда Ресурсного центра робототехники Донского Государственного Технического Университета – победителя российского отбора Roboconа. Наш собеседник – Алексей Гонноченко, руководитель Центра.

 

– Алексей Сергеевич, расскажите, что из себя представляет ваш Центр?

 

В нашем университете есть подразделение – Ресурсный центр робототехники, созданный в рамках Программы «Робототехника», который занимается подготовкой команд на соревнования, проведением собственных соревнований, поддержкой инженерной деятельности студентов и сотрудников. Центр существует уже 2 года, и я в нём работаю с момента основания.

 

– Что за это время удалось сделать?

 

Первый год был стартовый: мы ездили на соревнования, смотрели, перенимали опыт. Активно изучали ресурсы в Интернете – все зарубежные команды выкладывают материалы с описанием технологий, а у наших на всём стоит гриф секретности – вдруг украдут. Поэтому мы опираемся на опыт зарубежных команд.

В 2012 году на соревнованиях Robocon в Гонконге наша команда состояла из студентов четвёртых и пятых курсов, в то время как наши соперники были с первого и второго курсов. Потому что у нас к младшекурсникам обычно относятся так: они только из школы пришли, пусть первую сессию переживут, чему-нибудь научатся, а потом мы уже с ними будем работать. Я пытаюсь изменить это отношение. На Робофест-2013 приехали двое первокурсников, трое со второго курса, а остальные – с третьего и четвертого. Пятикурсников нет – есть только один магистрант, он руководит одной из команд.

Основной состав занимающихся в центре – это студенты кафедры «Робототехника и мехатроника». Они изначально ориентированы на эту тематику. Начинали работать с 5 курсом, потому что они могли что-то сделать. Потом подтянули третий курс – и сейчас они уже учат 1-2 курсы. Года через 2-3 планируем выйти на мировую тенденцию, когда в Robocon участвуют 1-2 курсы. И что важно – эти второкурсники будут знать, зачем на 3-4 курсе им учить спецпредметы. Потому что сейчас, например, студенты не понимают, где могут быть применимы страшные, на их взгляд, формулы и графики. Но когда они делают что-то на практике, то к ним приходит осознание, что нужно знать термех, сопромат, электронику и т.д. Само отношение к учёбе меняется.

 

– Какие специализации есть в Робоцентре, и как распределяются роли при разработке робота для соревнований?

 

У каждого своя роль. Зачастую происходит так, что ребята приходят в робоклуб и говорят: «Мы хотим быть электронщиками». Но через пару недель спрашивают: «А можно мы конструкторами пойдем?». В основном ребята делятся на конструкторов, электронщиков и программистов. Но они – команда, и у них есть задача – сделать робота. Робот – это объединение всех элементов: конструкции, механики, электроники, программы. У ребят есть проблема с тем, что они воспринимают себя как отдельные элементы: «Я свою работу сделал, а это – не мой «косяк». При таком подходе с места ничего не сдвинется. Я их заставляю налаживать связи, вникать в смежные области, ведь у них должно быть базовое представление обо всём, но при этом они должны иметь свою узкую специализацию.

 

– Сколько преподавателей у вас в штате?

 

Штат маленький – я и два инженера. Есть некая особенность педагогической ставки нашей образовательной системы. У преподавателя должна быть нагрузка, к нагрузке – рабочая программа, к рабочей программе – дисциплины, к дисциплинам – что-то ещё, в общем, кипа документов. Поэтому преподаватели у нас по бумагам – инженеры. Еще есть три внештатных конструктора, которые занимаются отдельными проектами и работают со студентами.

 

– Чем могут быть полезны навыки, полученные студентами в вашем Центре?

 

Во-первых, после робоклуба они обладают гораздо большими практическими навыками, чем обычный студент. Обычный студент слушает лекции, выполняет стандартные лабораторные, которые заключаются в переписывании и подставлении своих чисел, максимум из практики – покрутить что-нибудь на стенде. А в робоклубе они учатся решать инженерные задачи. Например, конструкторы знают, что прежде чем что-то рисовать, нужно подумать, во что это потом превратится. А то может оказаться так, что нарисовано красиво, а выпилить или отфрезеровать очень дорого или вообще невозможно. То же самое с электронщиками и программистами.

Ключевая проблема нашего выпускника – он не делает ничего до конца. Курсовая делается до момента, когда ее принимает преподаватель. Диплом делается до момента защиты. Но ни один из этих проектов не доводится до финиша, когда устройство работает. В робоклубе задача другая – довести разработку до конца. Первая ошибка – когда говорят: «У меня почти всё сделано». После этого момента проходит ещё два месяца. Последние 10% работы занимают 90% времени. Все студенты останавливаются как раз на этих 10%, когда, казалось бы, осталось совсем чуть-чуть. Наши ребята проходят весь путь полностью.

 

– Есть ли какие-то разработки, которые не просто получают известность на фестивалях, соревнованиях, но и имеют практическое применение, например, на производстве?

 

Да, мы получили заказ от местного завода – на изготовление простого транспортного робота. Конечно, они могут купить подобного за границей, тысяч за 120. Сейчас мы просчитываем, во сколько нам это выйдет. Это будет наш первый маленький шажок в сторону промышленной робототехники.

Также планируем заниматься разработкой различных узлов на продажу для команд по Робокону. Кстати, у нас в России таких команд всего три. А в той же Малайзии, которая в разы меньше России, в отборочный этап по стране выдвигается более шестидесяти команд.

 

– А какие есть препятствия на пути развития робототехники у российских команд?

 

Основная проблема, с которой сталкиваются все команды – то, что в России почти невозможно купить детали для роботов. Колёса мы заказывали в Америке, двигатели – в Канаде, аккумуляторы – в Малайзии, потому что там дешевле. Все это множится на проблемы с закупкой из-за границы. Вуз не может купить что-то за границей, он может только объявить конкурс на поставку, и какой-нибудь местный ИП это привозит. Опять-таки происходит накрутка в цене. И получается, что с китайцами мы не можем конкурировать. Они вкладывают двести тысяч долларов в своего робота при своих китайских ценах. Мы вкладываем двести тысяч рублей при наших ценах, которые в два-три раза выше.

Помимо цены огорчает и срок поставки из-за границы. В прошлом году большая часть деталей пришла через два-три месяца после того, как прошло соревнование.

Но присутствует и положительный момент. Наш завод НИРС в прошлом году помог нам изготовить детали. В этом году компания «Camozzi» (при ДГТУ действует учебный центр «Camozzi») выступила спонсором. Они подарили нам всю пневматику для роботов.

 

– Ваше мнение – что необходимо для развития российской робототехники?

 

Главное – должен возникнуть спрос. Например, если говорить о промышленности, то большинство заводов у нас до сих пор зациклено на ручном труде. Из тех заводов, на которых я был в Ростове, только на «Сельмаше» есть более-менее автоматизированные линии.

Что касается повседневной жизни, то и здесь на роботов нет спроса: они малодоступны по причине низкого по стране уровня заработка. Поэтому, например, линейка бытовых роботов у нас ограничивается пылесосами.

Российским производителям в некоторых сегментах рынка очень тяжело конкурировать с китайскими, которые любую идею переделают, перебьют ценой за счёт массовости изготовления. Всё, что мы можем изготовить, будет достаточно кустарным и мелкосерийным, и по себестоимости мы никогда не выйдем на уровень Китая.

 

– По Вашим оценкам, чему способствуют мероприятия, подобные Robocon?

 

Ребят, конечно, стимулирует возможность поехать в Москву или, если выигрывают, за границу. Но больше всего это стимулирует наше руководство выделять средства. Участие и победы повышают имидж вуза. Если бы не было этих соревнований, не было бы и «Робоклуба», потому что именно под эти соревнования была куплена большая часть комплектующих и оборудования.

 

Успехи российских команд на международных соревнованиях роботов поз­волили добиться ещё одной немаловажной победы: в 2014 году Всемирная олимпиада роботов WRO впервые пройдет в России. Посвящена она будет, кстати, теме космоса.

 

Фото: Iurii Kovalenko / 123rf.com, Натальи Наумовой, Татьяны Петуховой.