В «Школе 21» появились новые образовательные треки: программирование роботов (ROS), IoT и Электроника и, как следствие, — была организована лаборатория робототехники, в которой участники смогут применять знания на практике.
Но сегодня я хотел рассказать не о том, как и чему мы учим, а на что будет похож мир робототехники, к которому мы готовимся через несколько лет. Внутри — примеры того, что разрабатывается по всему миру уже сейчас и похоже на предсерийные образцы.
Первые роботы дома
Первым массовым роботом вполне может стать робот-дезинфектор, а на улице — робот-курьер.
То, что сейчас иногда вылезает у некоторых из вас из шкафа со словами: «Роботу надо убраться» и пугает кота, скорее всего, скоро будет почти везде. В Китае дезинфекторы уже есть во многих офисах, аэропортах и других местах. Курьеры тоже встречаются всё чаще. У нас в офисе Сбера есть собственный тестовый робот-курьер, который умеет передавать посылки людям. Он сам строит маршруты, сам обходит препятствия, сам ищет человека сначала на рабочем месте, потом повсюду в офисе, потом приходит к Джону Коннору домой или стучит в дверь гостиницы в отпуске. Это реализация стека навигации и планирования пути: технология готова к использованию внутри помещений.
Рынок дезинфекторов и курьеров благодаря COVID-19 за последние несколько месяцев вырос в разы. IFR в восторге. В такой ситуации, как пандемия, люди ограничены в своём перемещении, роботы могут их заменить или помочь. Именно лень и нежелание куда-то идти приведёт к массовому внедрению роботов в повседневную жизнь. Это вопрос, скорее всего, нескольких лет. Что насчёт собак Spot? Может показаться, что Boston Dynamics делает какие-то исследования и эксперименты далёкие от реальной жизни, но именно этим роботом компания пытается забрать массовый рынок. Не факт, что у него это получится успешно, но тем не менее именно с этого робота начнётся шествие роботов «на ножках». Думаю, через десять лет эта кинематика не будет удивлять вообще никого. Есть китайские компании, например Unitree, которые делают похожих роботов, но дешевле. Пока это питомцы, потом они получат практическое применение. Ghost robotics пытается сделать роботов для американских военных для разведки, мониторинга, охраны, заходов в здания. Сейчас это применяется на нефтяных вышках и будет применяться для различных экстренных служб. Это поможет не размениваться людьми там, где можно подставлять под опасность робота.
Какой спрос специалистов, какие требования к ним предъявляются?
Все технические компании в России, даже стартапы, испытывают дефицит кадров, не могут найти толковых хороших специалистов с необходимыми знаниями и опытом в современной робототехнике. Нужно уметь делать «умных» роботов и использовать современный стек технологий. Спрос на таких специалистов очень большой, ближайшие пять–десять лет за ними будет большая охота. Требования просты: ROS – robot operation system и знания в конструировании, электронике или разработке в целом.
Что уже есть в коммерческом приложении?
Где коммерческие истории? Вопрос вполне резонный. Давайте посмотрим на примеры тех, кто уже чего-то добился. Первые — Fetch Robotics, производитель логистических роботов. Есть ещё Locus Robotics — частная компания, специализирующаяся в области мобильных роботов, ну и сотни других компаний в абсолютно разных областях.
Дальше хотелось бы выделить космическую робототехнику, робота Robonaut, который применяется на МКС агентством NASA. Если взять ещё, например, марсоходы — это всё как раз проявление развития робототехники, они действительно автономные и выполняют задачи самостоятельно.
Интересен проект ANYmal университета ETH Zurich. Выпускники создали компанию, которая производит робота и софт, у них огромное количество научных статей по этому роботу. Часть ПО открыта: они предоставляют доступ после того, как вы купите их робота. Но надо сказать, что сам робот очень дорогой. С этим роботом есть живые демонстрации и тесты в различных средах. Это не просто робот, который может ходить, у него хороший стек технологий навигации, он может строить 3D-карту вокруг себя и находить себя на этой карте. По нему есть научные статьи, связанные с использованием искусственного интеллекта, например, reinforcement learning для управления походкой робота. И он работает полностью на ROS.
Конечно, есть Intel, но у неё больше разработки инструментов для роботов, они делают нейростики, камеры для роботов, фреймворки, эталонные примеры нейросетей для роботов, завёрнутые в готовые инференс реализации, обученные именно для целей робототехники. Они очень «драйвят» робототехнику. Компания Toyota сделала робота-манипулятора, который создан для экспериментов с уборкой внутри помещений, и этот робот тоже работает на ROS, часть его софта выложена на Open source. BMW вместе с Windows сделали проект с использованием ROS для роботов, но большим уровнем автономности беспилотных систем. Google спонсировала проект Cartographer Slam и обёртку под него на ROS. Есть ROS Industrial — консорциум компаний, которые занимаются робототехникой, чтобы вместе разрабатывать программы для роботов.
Зачем нужна Робототехника участникам «Школы 21»?
В «Школу 21» приходят участники разных возрастов. Это люди, которые выбирают себе профессию. Мир меняется быстро, и уже понятно, что роботов будет много. На горизонте 30 лет произойдёт примерно то же самое, что когда-то было с сотовыми телефонами и Интернетом. Внутри помещений будут роботы, на улице будут роботы и беспилотные автомобили, мы забудем про водителей, про таксистов. Беспилотные летательные аппараты перевернут логистику. Нас будут окружать роботы-компаньоны, они будут за нас работать и уровень автоматизации очень сильно шагнёт вперёд. Более того, разрабатывать роботов, скорее всего, будут сами роботы. Искусственный интеллект заместит много линейных профессий. Нам останется программировать этих роботов, учить их. Поэтому приходите учиться на будущего воспитателя юных роботов.
Как всё начиналось?
Вот что говорит руководитель Лаборатории электроники и робототехники «Школы 21» Павел Дияшкин.
Я изначально поступал в Московский авиационный институт. Продолжил учиться в Московском политехническом университете. Работал там же в качестве лаборанта. В лаборатории МПУ я в основном обучал поступающих абитуриентов и школьников старших классов твердотельному моделированию и основам электроники, платформе Arduino.
Осознал, что учу не то, что хотел бы учить, и были мысли каким-либо образом уйти в другую область. Так как я уже имел небольшой опыт работы с микроконтроллерами, то подумал, что было бы неплохо углубиться в эту тему, но мешало недостаточное знание языка С. И во время этого периода на глаза попала реклама о наборе в «Школу 21», и я решил попробовать. Особых надежд я не возлагал, однако за год обучения я хорошо освоился в языке, и вследствие у меня стало получаться разрабатывать свои электронные проекты.
Электроника как дисциплина слабо представлена на рынке дополнительного образования, в отношении к тому же software программированию, например. Я и группа ребят обратились к Светлане Инфимовской (нашему директору) с просьбой предоставить в «Школе 21» место, где можно было бы паять и собирать робота наподобие того, что был на недавно прошедшем хакатоне по ROS. И так совпало, что к этому моменту Светлана побывала в Ecole 42, где подобное место имеется. Так и появилась идея сделать такое место и у нас. Первоначально мы планировали сделать кружок по аналогии с парижской 42, однако в дальнейшем стало понятно, что у лаборатории есть потенциал стать частью основного образовательного процесса «Школы 21» и использовать существующую методологию.
Электротехнические столы, оборудованные осциллографами, паяльными станциями, лабораторными источниками питания и прочим оборудованием. Столярный верстак с набором инструментов и сверлильным станком. 3D-принтер под изготовление корпусных деталей. Если говорить о возможностях, то мы можем разрабатывать и изготавливать прототипы печатных плат, проводить их диагностику (отладку), изготавливать под них корпуса и собирать конечные устройства. Мы можем проводить факультативные занятия группой до шести человек, вести индивидуальные и учебные проекты. С комплектацией нашей лаборатории нам помогала Лаборатория робототехники Сбера.
Сейчас в планах три образовательные ветки: Робототехника на базе ROS, IoT и Электроника. Ветка ROS про программирование роботов на языке высокого уровня (Python, C/C++). IoT про разработку «умных» устройств, преимущественно на низком уровне (C, Assembler). А также Электроника, для разработки устройств с самого нуля (подбор компонентов, расчёт цепей, разводка и изготовление печатных плат). Про методологию — образовательная программа программирования на ROS легко ложится на методологию «Школы 21», с точки зрения электроники — это будет первый прецедент использования методологии «Школы 21» в изучении иной предметной области. Есть множество нюансов, например, цена ошибки в электронике (в отличие от программирования) достаточно высока, учебные задачи нужно разрабатывать таким образом, чтобы неопытный, только начавший учиться участник, испортил как можно меньше. Вся тонкость в том, что мы используем действующую методологию «Школы 21» (которая не предполагает учителей, занятий и т. п.) для обучения хард-скиллам. Мы отлаживаем образовательный процесс так, чтобы ребята были вынуждены сначала самостоятельно выучить теорию, а потом уже аккуратно приниматься за практику. И, конечно же, для лаборатории чрезвычайно актуальны вопросы техники безопасности.
Мы только ввели лабораторию в эксплуатацию и только приступили к разработке материалов, хотя следует заметить, что ситуация с вирусом и сложность самой предметной области не дают нам двигаться очень быстро. С разработкой образовательной ветки программирования на ROS нам помогает Лаборатория робототехники Сбера, ветку электротехники мы делаем силами внешних методологов. Процесс разработки собственного образовательного контента у нас уже отлажен: для тестирования учебных материалов у нас собирается группа участников, которые готовы решить поставленные задачи и дать развёрнутую обратную связь об их качестве, сложности, системности и т. д. Вот и сейчас группа из 32 участников решает первые задания электротехнической ветки.
В глобальном плане наша цель — популяризация электроники и снижение порога вхождения в эту область. У нас есть и более прагматичные цели: дать возможность нашим участникам заниматься тем, что им нравится, и помочь им найти работу в этой области.