Исследование актуальности робототехнических технологий

Введение. Роботы — автоматические устройства, способные выполнять монотонную и сложную работу. Они появлялись в жизни человека, изменяясь со временем. За последнее десятилетие они преобразовались в механизмы, способные эффективно взаимодействовать с людьми, понимать их жесты и эмоции. Это стало возможным благодаря развитию робототехники. Стремительное развитие технологий интеллектуального управления и обработки информации на фоне научных открытий в области энергетики, машиностроения, микропроцессорной техники и телекоммуникационных систем обусловливает новый этап в производстве и применении робототехнических систем (РТС) [1–3].

Робототехника является отраслью, которая широко применяет современные информационные технологии в инженерных приложениях, способствуя привлечению технических средств к получению и использованию информации для создания систем управления сложными объектами. По мнению экспертов, робототехнические системы, которые используются в машино-, автомобиле- и судостроении, авиации, космонавтике, медицине, текстильной промышленности и др., способствуют повышению уровня автоматизации производства, что приводит к сокращению от 15 до 90 % расходов в зависимости от области применения¹.

История феномена робототехнических систем для неспециалистов связана с размышлениями писателей- фантастов, для специалистов — с разработками первых промышленных роботов-манипуляторов. На самом деле концепция автоматизированных механизмов, которые могут самостоятельно выполнять необходимые операции, появилась раньше и прошла длительный путь развития. История создания роботов связана с развитием механики. Во многих странах еще до нашей эры были сконструированы первые автоматические устройства. Принципы их создания и функционирования были сформулированы в Древней Греции, которую можно считать родиной робототехники. На завершающем этапе эпохи Древнего мира были открыты многие виды передач и двигателей, сформулированы основные законы классической механики. С началом эпохи Возрождения автоматические механизмы получили развитие, были разработаны пружинный и маятниковый заводные механизмы, позволившие умелым мастерам создавать невероятные устройства, которые были способны автоматически выполнять некоторые действия. Сначала эти устройства носили развлекательный и эстетический характер. Технология создания подобных устройств получила широкое распространение в Европе и мире, она развивалась и расширяла сферу применения. В дальнейшем стало очень важным развитие технологии электричества. Электрический ток стал источником питания, средством получения, передачи и обработки информации. Благодаря всем накопленным достижениям в 1920–1930-е годы были разработаны механизмы, которые отвечали требованиям робототехнических систем и демонстрировали научные достижения. После окончания Второй мировой войны началось применение робототехники в промышленности, непрерывно совершенствовались функциональность и системы управления роботами, внедренными в промышленное производство [1][4].

Традиционно в робототехнике выделяют промышленную (ПР) и сервисную робототехнику. Сегодня робототехника переживает новый виток развития. Появилась мобильная промышленная робототехника, кобототехника (robotique collaborative), позволяющая человеку и роботам совместно решать сложные задачи [5]. Наиболее активно развиваются два направления. Первое связано с дистанционным управлением робототехническими системами, которое могут осуществлять человек или компьютер. Второе сопряжено с применением механических манипуляторных систем типа «рука» или «нога» для оперирования объектами [1].

Развитие робототехники сегодня основывается на кооперационных связях независимых специалистов, научных организаций и компаний [1]. Ведущее место в развитии инновационных робототехнических технологий принадлежит государству: реализация национальных стратегий развития, грантовое финансирование, размещение оборонных заказов². Наибольшее количество инновационных робототехнических компаний находится в Канаде, Дании, Финляндии, Италии, Израиле, Нидерландах, Норвегии, России, Испании, Великобритании, Швеции и Швейцарии [1]. Проанализируем современное состояние производства и потребления робототехнических систем.

Основные производители ПР: Северная и Западная Европа, США, Юго-Восточная Азия. Выделяются следующие лидирующие компании-производители робототехнических устройств: японские FANUC, Yaskawa, Kawasaki, Nachi, Denso, Mitsubishi, Epson, Omron, шведско-швейцарская ABB. Появляются и новые компании. Например, робототехническая компания Universal Robotics заявила о себе в 2005 году как небольшой университетский стартап по созданию компактного робота².

В 2018 году 74 % глобального рынка ПР занимали Китай, Япония, Южная Корея, США и Германия. Япония находится на первом месте в мире по производству и экспорту ПР: на ее долю в 2018 году приходилось 52 % мировой торговли промышленными роботами. В 2018 году производство робототехники в США составило 40,3 тыс. ПР, что на 22 % больше, чем было в 2017 году. Германия является пятой в мире и первой в Европе страной по объему рынка ПР. За ней следуют Италия и Франция [6].

Азиатский регион считается крупнейшим производителем ПР. Отметим, что в Республике Корея с февраля 2018 года реализуется уже третья программа «Стратегия развития производства умных роботов». Ее задачи состоят в популяризации коллаборативных и сервисных роботов, повышении инновационного потенциала роботостроения, расширении робототехнического рынка, увеличении мер государственной поддержки, усилении общественной осведомленности в области робототехники³. В 2018 году производство ПР в Китае и Южной Корее сократилось, а в Японии выросло. В целом прирост в азиатском регионе составил 1 %.

Второй важный производитель — европейский регион, он демонстрирует постоянное повышение темпов роста ПР (с 2017 по 2018 год прирост составил 14 %).

В 2012 году Европейской комиссией был инициирован проект Robolaw, направленный на решение проблем терминологии, правовых и этических норм, связанных с роботами [5]. Результаты этой работы легли в основу резолюции Европейского парламента от 16.02.2017 № 2015/2103 (INL) «Нормы гражданского права о робототехнике», а также инициативы создания Европейского агентства по робототехнике и Искусственному интеллекту и введении статуса «электронных личностей» для роботов⁴.

Отметим, что в России также созданы правовые условия для разработки роботов в рамках «регуляторных песочниц». Робототехника входит в перечень технологий, применяемых в рамках экспериментальных правовых режимов в сфере цифровых инноваций благодаря постановлению правительства Российской Федерации от 28.10.2020 № 1750⁵.

В Северной и Южной Америке в последние годы наблюдается рекордный рост производства ПР (рис. 1) [6].

Китай — крупнейший потребитель промышленных роботов с долей в 36 % от общего числа произведенных ПР (154 тыс.) общей стоимостью 5,4 млрд долл., это больше, чем количество ПР, работающих в Европе и Америке. В Южной Корее количество вводимых в эксплуатацию ПР с 2013 года увеличивалось ежегодно на 12 %.

Главным потребителем ПР в мире с долей 30 % от общего объема поставок является автомобильная промышленность. Основными странами-потребителями таких роботов считаются Китай, Япония, Германия, США, Южная Корея [1].

К сожалению, Россия не относится к лидерам по объему применения промышленных роботов. Внедрение

робототехники осуществляется невысокими темпами, поэтому в последние годы не было наблюдаемого в период с 2005 по 2010 год высокого спроса на ПР, хотя интерес к технологиям с применением промышленных роботов все же не ослабевает, увеличивается количество компаний-интеграторов, которые являются технологическими проводниками между производителями и конечными заказчиками [7]. Правительство Российской Федерации в рамках «Стратегии развития отрасли информационных технологий в РФ на 2014–2020 годы и на перспективу до 2025 года» включило развитие робототехники в перечень приоритетных направлений технологического развития. По мнению экспертов, главная задача государства должна состоять в поддержке исследований и разработок, связанных с развитием робототехники, в формировании заказа и стимулировании спроса на создаваемую продукцию для различных отраслей, включая промышленность, военное производство, связь и энергетику [8].

В настоящее время в мире на электронную промышленность приходится около трети (32 %) поставок роботов [1]. Основными странами-потребителями ПР в электротехнической/электронной промышленности являются Китай, Южная Корея, Япония [6]. Производство пластмасс и химическая промышленность используют 5 % поставок ПР; производство продуктов питания и напитков — 3 % [6].

Важным показателем роботизации промышленности является количество ПР, приходящихся на 10 тыс. работников. В обрабатывающей промышленности он выглядит следующим образом: в Европе — 114 штук, в Северной и Южной Америке — 99; в Азии и Австралии — 91. С 2013 по 2018 год среднегодовой рост количества используемых роботов в Азии составлял 16 %, в Америке — 9 %, в Европе — 6 %. По этому показателю в течение многих лет первое место занимает Сингапур (831 ПР на 10 тыс. работников в 2018 году), второе место — Южная Корея (774 ПР), третье — Германия (338 ПР) [6]. Плотность роботизации в России в 20 раз ниже, чем в мире. В отличие от Запада, в нашей стране она не проходила безостановочно ввиду ряда социально-экономических потрясений⁶.

Коллаборативных роботов (коботов) относят к ПР, используемым для выполнения поставленных задач совместно с работниками. Они могут дополнять и улучшать деятельность человека, не создавая ему угроз. Их отличают безопасность, сравнительно низкая цена, небольшой срок окупаемости, гибкость, многозадачность, они легко перенастраиваются на выполнение различных сценариев и могут быть созданы преобразованием из промышленного робота⁷ . Наиболее широкое применение эти роботы находят в медицине, фармацевтике, автомобилестроении. Большое внимание коботам уделяют средства массовой информации. Рынок этих роботов невелик, в 2018 году было продано около 14 тыс. единиц, что составляет 3,24 % от 422 тыс. ПР, поставленных заказчикам [6].

В настоящее время можно выделить две группы сервисных роботов: профессиональные (для извлечения выгоды при оказании услуг) (ПСР) и персональные (для использования в повседневной жизни) [6]. Рынок персональных роботов все время увеличивается. По прогнозам, в 2022 году их может быть продано 61,1 млн единиц (на сумму 11,5 млрд долл.) [6].

Европейские и американские компании являются крупнейшими производителями ПСР. Американцы лидируют в сегменте логистических систем, европейцы — в области медицинской робототехники. Европейские и азиатские компании производят 45 % сельскохозяйственных роботов [6].

В 2018 году сумма продаж ПСР составила 9,2 млрд долл. 41 % проданных ПСР приходится на логистические системы, 39 % составляют ПСР для инспекционных и ремонтных работ [3]. В 2017 году было продано всего 6055 роботов для сельского хозяйства, 300 — для добычи полезных ископаемых, 1000 — для атомной промышленности, судо- и самолётостроения. Именно эти отрасли являются традиционно сильными в России. Эксперты рассчитывают на развитие робототехнических систем в этих отраслях⁸. В 2018 году было продано 106 тыс. систем контроля и технического обслуживания, 5,8 тыс. — доильных роботов, 5,1 тыс. — медицинских, которые являются самыми дорогими из сервисных роботов. Их средняя цена — 548 тыс. долл., включая аксессуары и услуги. Также постоянно растет спрос на вспомогательные роботы для пожилого населения в Европе и Азии [6].

Выросло производство энергетических человеческих экзоскелетов, способных поддерживать эргономичность труда и снижать нагрузку на работника, оно составило в 2018 году 7,3 тыс. штук [6].

Между промышленной и сервисной робототехникой постепенно стирается грань за счет развития промышленного использования сервисной робототехники, т. е. наблюдается «конвергенция технологий промышленной и сервисной робототехники» [1]. В ближайшее время разделение роботов на промышленные и сервисные потеряет смысл, так как один и тот же робот сможет решать задачи как в цеху, так и в сервисном окружении⁹.

Важными факторами распространения роботов являются высокий спрос на робототехническую продукцию, значительный рост инвестиций в создание роботов, увеличение количества патентов на робототехнические разработки, все более широкое внедрение систем искусственного интеллекта (ИИ) [1]. Эксперты указывают на тенденцию развития ИИ-роботов, имея в виду тот факт, что каждый управляемый робот обладает элементами ИИ¹⁰.

Повышение спроса на роботов сопровождается понижением их стоимости. Средняя цена одного промышленного робота упала с 45 500 в 2016 году до 44 000 долл. в 2017 году, выросла доля «недорогих» роботов.

В дальнейшем применение робототехнических систем будет расти, а развитие роботов будет осуществляться по следующим направлениям: совершенствование механизмов, приводов, алгоритмов, развитие самообучающихся систем управления с использованием слабого искусственного интеллекта, разработка интерфейсов «человек — компьютер», распознавание речи и др. [8–10]. Эксперты указывают на необходимость особое внимание при создании и внедрении промышленных роботов уделять вопросу кибербезопасности. При этом понимать кибербезопасность следует не только как безопасность совместной работы человека и робота, а более широко: безопасность производственного комплекса в целом, настройка политики безопасности удаленного управления роботом, коммерческая и производственная тайна, охрана интеллектуальной собственности¹¹.

По мнению экспертов, важнейшим рынком робототехники на предстоящее десятилетие останется обрабатывающая промышленность. Особый вклад в робототехнику внесут цифровизация производства и развитие автономных транспортных средств, способствующих мобильности. Также будут развиваться логистика и здравоохранение, в котором преимущества получат хирургические и медицинские телеприсутствующие роботы. Значительное развитие получит «умное» сельское хозяйство [6].

Материалы и методы исследования. С целью изучения отношения к робототехническим технологиям в социальных сетях была размещена анкета и проведен онлайн-опрос. Задача исследования состояла в применении статистических методов для обработки и обобщения полученных данных. Исследование не претендует на фундаментальность, но позволяет сформировать актуальное мнение об отношении к робототехническим системам в обществе и о современном состоянии робототехники.

Охарактеризуем группу респондентов. Количество опрошенных — 116 человек. В их состав вошли студенты бакалавриата и магистратуры технического вуза, инициировавшие опрос, знакомые и близкие им люди, преподаватели вуза. Большая часть респондентов — это люди, не связанные с робототехникой. Средний возраст участников — 24 года. Максимальный возраст — 67 лет, минимальный — 12 лет (рис. 2). Большинство ответивших на вопросы — представители мужского пола (70 %) (рис. 3). 58,7 % респондентов имеют или получают высшее образование (рис. 4). 73,3 % имеют специальность, связанную с инженерным делом, информационными технологиями и техническими науками (рис. 5).

Респонденты так обозначили свои увлечения: программирование (в том числе микроконтроллеров), техника, электроника, робототехника, компьютерные игры, декоративная сварка, сборка радиоприборов, выжигание по дереву, писательство, занятие английским языком, информационные технологии, спорт, чтение, искусство, рисование, занятия музыкой, выращивание цветов. Как можно заметить, диапазон увлечений очень широк. При этом основными увлечениями респондентов являются программирование, техника, электроника, робототехника, компьютерные игры и информационные технологии, что может быть обосновано специальностью большинства респондентов (рис. 6). Этот факт важно подчеркнуть для объективности полученных результатов.

96 % респондентов — это россияне. Остальные четыре процента опрошенных проживают не в России (рис. 7–9).

Результаты исследования. Рассмотрим основные результаты опроса. 65 % ответивших на вопросы анкеты дали высшую оценку перспективности робототехнических систем (рис. 10). Отметим, что подтвердилась гипотеза о том, что мнение о перспективности роботов не зависит от специальности респондентов. При этом верна гипотеза о том, что мнение о перспективности роботов не влияет на определение области наиболее широкого применения робототехники сегодня.

Подтвердилась также гипотеза о том, что мнение о наиболее перспективной области применения роботов не зависит от специальности респондентов. 48 % опрошенных наиболее перспективной считают строительную отрасль, 33 % — промышленность (рис. 11).

В опросе приняли участие жители других стран. Ввиду малого количества иностранных респондентов вопрос о влиянии страны проживания на определение наиболее перспективной области применения роботов не мог повлиять на результаты опроса.

Области наиболее широкого применения роботов сегодня, по мнению опрошенных, это промышленность (так считают 65 % респондентов), строительство (19 %), быт (9 %) (рис. 12).

Подтвердилась гипотеза о том, что желание создавать роботов и мнение о перспективности роботов зависимы. Желание создавать роботов изъявили 40 % респондентов, столько же считают возможным создавать роботов, и только 20 % опрошенных не хотят этим заниматься (рис. 13). Отметим, что желание создавать роботов зависит от гендерной принадлежности, от специальности и от возраста опрошенных. При этом желание создавать роботов респонденты намерены реализовать в рамках своей специальности.

27 % респондентов дали наивысшую оценку (в баллах) желанию заниматься роботами в качестве хобби (рис. 14). Такое же количество респондентов (28 %) дали наивысшую оценку (в баллах) желанию заниматься роботами в рамках специальности (рис. 15). Количество опрошенных, желающих заниматься роботами в рамках хобби и в рамках специальности, практически совпадают. Отметим, что желание заниматься роботами в рамках специальности зависит от специальности, от уровня знаний в области робототехники и от убеждения респондентов в перспективности роботов, но не зависит от образования.

29 % опрошенных поставили минимальную оценку (1 балл из 5) своему уровню знаний в области робототехники, и 5 % — максимальную (рис. 16). 16 % респондентов поставили минимальную оценку (1 балл из 10) знаниям того, как устроены и работают роботы, и 10 % — максимальную (рис. 17).

Отметим, что количество опрошенных всех специальностей уменьшается по мере повышения отмеченного ими уровня знаний в области робототехники (начиная с 3-го уровня). При этом количество респондентов с уровнем знаний 2 для всех специальностей оказывается больше, чем с уровнем 1 (минимальный уровень). Это можно объяснить наличием определенных знаний робототехники (не только элементарных) у всех опрошенных из-за интереса к этой области. Количество респондентов инженерных специальностей также уменьшается с повышением данной ими оценки уровня своих знаний. Такой факт свидетельствует о том, что для рассматриваемой выборки не наблюдается статистически определяемой зависимости между уровнем знаний в области робототехники и специальностью респондентов.

Не обнаружена зависимость между уровнем знаний в области робототехники и возрастом респондентов, а также местом их проживания. Эти выводы могут стать поводом для последующих исследований в области качества подготовки специалистов-робототехников, что в настоящее время является несомненно актуальным вопросом, учитывая мировые тренды.

Следующий вывод, который был сделан благодаря опросу, подтвердил уже существующую гипотезу: уровень знаний в области робототехники зависит от гендерной принадлежности. Действительно, больший интерес к этой теме проявляют лица мужского пола. Об этом свидетельствует и соотношение обучающихся по робототехнической специальности в вузах девушек и ребят.

Следующий вопрос касался влияния специальности на знание того, как устроены и работают роботы. Лишь 26 % респондентов не инженерных специальностей выставили себе оценки за наличие этих знаний ниже 5-го уровня (всего 10 уровней). Среди опрошенных с инженерными специальностями оказались респонденты с высоким уровнем знания того, как устроены и работают роботы. Можно надеяться, что это не только преподаватели, участвовавшие в опросе. Также важно подчеркнуть, что опрос выявил совсем не большое количество опрошенных инженерных специальностей с невысоким уровнем знаний роботов (до 4-го уровня), это меньше, чем можно было ожидать. И, наоборот, опрошенных с высоким уровнем знания роботов больше, чем предполагалось.

15 % опрошенных считают, что в связи с широким распространением робототехнических систем возможно восстание машин, 29 % сомневаются в такой возможности, и 56 % думают, что это невозможно (рис. 18). Мнение о возможности восстания машин не зависит ни от знаний устройства роботов, ни от возраста респондентов.

41 % опрошенных убеждены, что роботы могут вытеснить людей с рабочих мест, 40 % считают это возможным, и только 19 % не верят в это (рис. 19). Мнение о том, что роботы вытеснят человека с рабочих мест, не зависит от образования, специальности, страны проживания и от уровня знаний респондентов в области робототехники.

7 % опрошенных поставили минимальную оценку степени опасения, которое появляется у них от роботов, похожих на человека, 41 % — максимальную оценку (рис. 20). Многие настороженно относятся к роботам, похожим на человека. Гендерная характеристика респондентов влияет на опасения, связанные с роботами, похожими на человека. Наличие опасений, связанных с роботами, похожими на человека, не зависит от специальности респондента. Не подтвердилась гипотеза о том, что, если у респондентов вызывают опасения роботы, похожие на человека, то они верят в возможность восстания машин.

Большинство опрошенных не имеют роботов, кроме робота-пылесоса (имеют 18 % респондентов) и некоторой бытовой техники, которую отчасти можно отнести к робототехническим системам (рис. 21).

Обсуждение и заключения. Проведенный анализ робототехнических технологий, изучение мнений людей об использовании робототехнических систем позволили получить следующие результаты.

Несмотря на то, что развитие робототехники в нашей стране в настоящее время протекает невысокими темпами, интерес к робототехническим технологиям, тем не менее, с каждым годом растет. Применяются отдельные инновационные подходы к реализации проектов, появляются интересные разработки и происходит их внедрение в различные сферы жизни.

Результаты проведенного опроса подтверждают наличие у молодежи повышенного интереса к созданию робототехнических систем, 80 % опрошенных имеют желание заниматься роботами как в рамках хобби, так и в рамках своей специальности, если увидят перспективу такой деятельности. При этом 65 % респондентов дали высокую оценку перспективности развития робототехнических систем. Вследствие того, что среди опрошенных было не много специалистов-робототехников, статистически не выявлена зависимость уровня знаний респондентов от их специальности. Но подтверждена гипотеза о влиянии специальности на знание того, как устроены и работают роботы. Лишь 26 % респондентов неинженерных специальностей выставили себе невысокие оценки за эти знания. Среди опрошенных, имеющих инженерные специальности, отмечены респонденты с высоким уровнем знания того, как устроены и функционируют роботы. Также важно подчеркнуть, что среди опрошенных, имеющих инженерные специальности, оказалось меньше респондентов с невысоким уровнем знания роботов (до 4-го уровня знаний), чем можно было ожидать. И, наоборот, опрошенных с высоким уровнем таких знания больше, чем предполагалось.

Невысокий уровень знаний в области робототехнических технологий, который в целом отметили респонденты, с одной стороны, не является препятствием для дальнейшего развития этих технологий из-за высокой степени мотивации опрошенных изучать и создавать роботов, а также из-за наличия специалистов в этой области. С другой стороны, именно повышение уровня знаний может способствовать ликвидации настороженности в отношении роботов, похожих на человека, и опасений, связанных с мыслью о возможности вытеснения роботами человека с его рабочего места.

Для решения социальных проблем, связанных с распространением роботов, в России с этой целью создаются правовые условия в рамках «регуляторных песочниц», робототехника входит в перечень технологий, применяемых в рамках экспериментальных правовых режимов в сфере цифровых инноваций. Все это, наряду с усилиями вузов, которые готовят специалистов в области робототехнических систем, позволяет надеяться, что такие технологии будут еще активнее развиваться, а их внедрение в производство и повседневную жизнь будет идти более высокими темпами.