Дроны, которых еще не было Как рождаются беспилотники будущего

Первый взрослый, которого я ловлю на разговор, — ​аспирантка Дарья Тринитатова. Даша создает системы телеуправления для воздушных манипуляций, что на обычном русском означает дрона с роборукой. Такой дрон может доставлять небольшие грузы, использоваться на складах или для инспекции линий электропередач и помогать в спасательных операциях, например передать медикаменты людям под завалом, пролетев через узкую щель.

Подопытный 1. Руки

В идеале такой робот должен действовать автономно, самостоятельно воспринимать окружающую среду и понимать, что и как ему нужно делать. Пока же дрон и рука управляются отдельно живым оператором. Правой рукой оператор управляет

полетом дрона с помощью VR-контроллера, а на левой закреплен интерфейс, который отвечает за роборуку: несколько сенсоров на плечевом, локтевом суставах и кисти считывают их положения и передают данные на соответствующие суставы робота-манипулятора. Силу сжатия контролирует перчатка с датчиками изгиба и вибромоторами на пальцах, которые позволяют оператору получать тактильную обратную связь. Дарья говорит, что управлять системой просто, потому что все интуитивно понятно: «Хотим, чтобы дрон летел вперед, двигаем рукой вперед, вверх — ​вверх… Вообще, непередаваемые ощущения от того, что ты это сама сделала и это еще и отлично работает!»

В дополнение к этому Дарья и ее напарник разработали виртуальное окружение с цифровым двойником дрона. Это позволяет оператору полностью осознавать положение дрона и роборуки, что особенно важно, когда дрон летит низко над полом и роборука в открытом состоянии: ​есть риск, что она заденет пол и дрон опрокинется.

Пока что дрон летает с помощью системы захвата движения Vicon, которая определяет его положение и ориентацию в пространстве. Это эффективно при тестировании в помещениях, но при переходе к испытаниям на открытом воздухе такая система уже не подойдет. Придется установить на дрон лидар или камеры для восприятия пространства. Роборуку также хочется доработать: «Сейчас она поднимает объект весом до 400 грамм. Мы можем установить более мощные моторы, но это увеличит вес полезной нагрузки для дрона и придется пересматривать всю систему. С нетяжелыми воздушными манипуляциями дрон справляется достаточно хорошо».

В конце беседы я спрашиваю у Дарьи: что бы сказал ей дрон, если бы он мог говорить? Дарья смеется: «Не мучай меня больше. Дай мне умереть».

Дарья Тринитатова, аспирант Лаборатории интеллектуальной космической робототехники:

Телеуправление — ​одна из самых больших сложностей в проекте. Поскольку мы все делаем сами — ​проектируем, паяем, собираем, программируем, — периодически возникали непредвиденные проблемы. Например, сигнал с системы управления на роборуку иногда передавался с задержкой в секунду. То есть ты уже схватил в виртуальной реальности объект, а дрон еще ничего не сделал. Затем мы синхронизировали все устройства, оптимизировали код и уменьшили задержку до 0,5 секунды. В идеале, конечно, мы хотели бы ее еще уменьшить, но для этого нужно перейти от прототипа к продукту и использовать более стабильные протоколы

Подопытный 2. Ноги

С обеда приходят Жанибек Даруш и Михаил Мартынов, магистрант и аспирант, которые тут же наперебой начинают мне рассказывать про свой проект: робота, который может летать, ходить, брать объекты и приземляться почти на любую поверхность. Проект начали разрабатывать еще с 2017 года. Первоначально робот не умел ходить — мог только приземляться на неровную поверхность (на ступеньки, например) с помощью шарнирных ног. В какой-то момент ребята подумали: «Почему бы не заставить его ходить?»

Сначала, правда, робот скорее ковылял: один шаг занимал 30 секунд и робот передвигался всего на 5 см. «Его первые шаги — ​как у родившегося олененка: ноги у него трясутся и ты трясешься рядом с ним, чтобы успеть поймать, если что-то пойдет не так», — ​говорит Жанибек. Сейчас же ноги робота сделаны из карбона и за раз он шагает уже на 15 см и с большей частотой. Дальше к ребятам пришла идея рук, и теперь робот, как орел, может подлететь, схватить что-то и унести. Шутят, что следующая цель — ​чтобы робот мог на первой космической линию Кармана преодолевать.

«Кстати, самый рискованный момент тоже был связан с ходьбой, — ​вспоминает Жанибек. — ​Робот сделал неудачный шаг, и у него оторвалась нога с очень характерным хрустом. У нас даже видео осталось, но мы вам его не покажем: там слишком много русского языка. „Милейший, глядите, какая проблема-то у нас возникла. Это место нам усилить нужно-с“».

У ученых разный бэкграунд. Михаил скорее теоретик: отучился на мехмате в НГУ, потом поступил в магистратуру МГУ, где занимался тренажерами для пилотов и анализом поведения человека в виртуальной реальности. Хорошо ориентируется в теории, но в лабораторию пришел с нулевым уровнем прикладных знаний о робототехнике. Жанибек — ​практик, окончил международный университет информационных технологий в Алматы, во время учебы участвовал в соревнованиях по робототехнике RoboCon, набрался опыта, но теории ему не хватает до сих пор. Именно за счет разных специализаций получилось эффективно сработаться.

На вопрос, когда он гордился вторым своим домашним питомцем последний раз, Михаил отвечает, что буквально десять минут назад, когда демонстрировал робота в действии. «После запуска обнаружилось, что отошел один из проводов. Мы должны на месте найти причину, все исправить и успеть объяснить, что такое происходит довольно часто и это нормально. Ведь даже в природе нет аналогов такой четвероногой штуки. Самое близкое — ​паук или краб, но у них восемь или десять ног, а также насекомые — ​у них шесть ног. А у нас — ​четыре ноги. Вся документация робота только в наших головах, вплоть до платы, которую разработал аспирант Сколтеха Алексей Щербак. Больше никто в мире такого многофункционального робота не делает. Наша цель сейчас — ​как раз исследовать, где его можно использовать, найти самые удачные сценарии применения».

Весь разговор меня не покидает ощущение, что робот для Михаила и Жанибека правда живой. Задаю им тот же вопрос, что и Дарье: «Что бы вам сказал робот, если бы он умел говорить?» Ответ точно такой же, хотя ребята не слышали нашего с Дарьей диалога: «Оставьте меня в покое, дайте мне умереть!»

Михаил Мартынов, аспирант Лаборатории интеллектуальной космической робототехники:

В четыре руки над таким масштабным проектом работать тяжело. В любом международном вузе таким проектом занималась бы команды из десяти человек. Но, несмотря на большой объем работы, руки не опускаются. Робототехника — ​одна из немногих областей науки, где сочетаются огромное количество знаний и абсолютное творчество. Все мы сидели на скучных лекциях на мехмате, но именно в робототехнике ты начинаешь понимать, зачем это все было. У меня, например, был электрический скейтборд, которому пятнадцать лет, и я смог восстановить его, собрав заново часть электроники. Сейчас очень хочу сделать автоматическую кормушку для своей черепахи, чтобы наконец-то можно было уехать на конференцию, с телефона смотреть, как она там живет, и понимать, что мой домашний питомец в порядке

Из капель вырастает море

Курирует оба проекта и вообще заведует всем в лаборатории профессор Дмитрий Тетерюков. Мои собеседники до интервью называли его отцом беспилотных роботов в России. Его выпускники занимают ключевые позиции в Центре робототехники «Яндекса», Департаменте робототехники Aramco Innovations Rus, компании «Эвокарго».

В Россию Дмитрий приехал в 2014-м. До этого много лет жил в Японии, работал в Токийском университете, потом возглавлял лабораторию в Технологическом университете Тоехаси. В кабинете, наполовину заставленном ящиками с оборудованием, висит вышитый японский пейзаж, стол завален бумагами. Перед началом интервью Дмитрий перекладывает их в сторону, находит пакетик с чаем, вертит его в руках и кладет к бумагам. «Я приехал, когда услышал зов предков. Точнее — призыв Дмитрия Медведева, который предложил экспертам в разных областях вернуться и создать из России суперразвитую технологически страну. Я люблю Россию, люблю людей, которые здесь живут, и я хотел бы видеть нашу страну технологически процветающей».

На немой вопрос он признает, что пока для этого много препятствий, не хватает инициатив со стороны государства и компаний. Нужна государственная программа развития робототехники. «Вспомните Королева или атомный проект, — ​Дмитрий говорит чуть громче, кажется, сам не замечая этого, — ​во времена, когда упор делался на инновации, Россия процветала. Сегодня пора снова сделать упор на технологии. Россия не должна быть примером ошибок. Она должна быть примером успеха».

План в общих чертах довольно простой: «Надо создать непрерывную систему передачи компетенций в университетах. Нужно, чтобы работодатели вкладывались в лаборатории. В Японии более тысячи лабораторий робототехники, из них большинство при университетах. В России я могу назвать всего несколько хороших лабораторий робототехники, из них половина находится в Сколтехе. Плюс к этому, если частная компания берет на работу специалиста из лаборатории, пусть компенсирует стоимость его подготовки. На подготовку каждого специалиста Сколтех тратит несколько миллионов рублей. Сейчас моим аспирантам и магистрам напрямую звонят из компаний и зовут на работу, создавая на основе компетенций нашей лаборатории целые центры робототехники. При этом они не инвестируют ни рубля в ее развитие. И это им сходит с рук!»

Дмитрий приводит в пример Китай и Гонконгский университет науки и технологий (HKUST). Выпускник университета вместе с профессором основал компанию DJI, и сейчас она контролирует 80 % всего рынка дронов. DJI инвестировала в HKUST десятки миллионов долларов, создала и финансирует Лабораторию HKUST-DJI, а профессор Ли Цзэсян стал председателем совета директоров DJI. Когда я спрашиваю, возможно ли что-то подобное у нас, Дмитрий отвечает, что российские университеты одни из самых бедных в мире. Бюджета не хватает даже на ремонт оборудования: «3D-принтеры я ремонтирую своими руками по вечерам». Самое обидное, продолжает Дмитрий, что нет денег на поездки на конференции. «Ладно я как профессор участвую онлайн во всех конференциях, чтобы сэкономить бюджет — ​хотя, когда работал в Японии, я четыре-пять раз в год ездил на конференции в любую страну и все покрывал университет. У нас даже на поездки студентов и оплату регистрационного взноса нет бюджета. А ведь именно на конференциях они должны представлять свои разработки и получать обратную связь от профессионалов. О какой технологической конкуренции с ведущими странами мира мы можем говорить…»

В конце разговора я спрашиваю, как Дмитрий сохраняет веру в свое дело на протяжении стольких лет. То, что создает его лаборатория, при всем уважении к ее достижениям, — это капля в море. «Именно из капель и вырастает море, — ​улыбается Дмитрий. — ​Если каждый, как в Японии, будет делать свою работу качественно, вне зависимости от геополитической ситуации, то страна будет сама по себе развиваться в любом случае».

Дмитрий Тетерюков, профессор, руководитель Лаборатории интеллектуальной космической робототехники:

В 2014 году Си Цзиньпин заявил о намерении сделать робототехнику одним из приоритетных направлений; на это выделили бюджетные средства, определили лидеров среди профессоров университетов и ведущих компаний и ввели жесткую систему отчетности. Сегодня почти половина всех устанавливаемых промышленных роботов в мире — ежегодно около 243 тысяч — ​приходится на КНР. У России есть для технологического развития все условия, в том числе человеческий потенциал, который нужно раскрывать и ­развивать

Читайте также тест-драйв системы управления дронами с помощью жестов: