Как научиться делать роботов и внедрять их там, где никто не решался

Главный инженер по робототехнике компании «Криптонит» Олег Зобов рассказал о том, как он осваивал создание роботов, получил за это Президентскую премию и победил в престижном международном конкурсе. Олег поделился своим подходом к обучению, рекомендовал отечественные и зарубежные курсы, а также дал ряд экспертных советов. Сейчас он руководит проектом, который позволит одновременно использовать роботов разных типов, делать их «умнее» и внедрять в те отрасли производства, где до сих пор большую часть манипуляций выполняют люди.

— Привет, Олег! Расскажи для начала, как ты увлёкся роботами?

— Первый интерес возник лет в пять, когда я в начале нулевых годов был вместе с родителями в Швеции и попал на экскурсию по автомобильному заводу. Робототехника тогда была представлена на мировом уровне только промышленными и экспериментальными роботами. Самые первые роботы, которых я увидел в деле, были большие манипуляторы, выполнявшие сварку и сборку.

— Получается, ты ещё до школы был под сильным впечатлением от роботов и захотел ими заниматься?

— Да, мне очень понравилось наблюдать за ними, а ещё впечатлило то, что с их помощью завод был практически полностью автоматизирован. Я захотел в этом как-то поучаствовать, но естественно, на тот момент это была, скорее, мечта. Устойчивое желание заниматься роботами появилось лет в десять. Тогда я пошёл в кружок робототехники, а точнее — в центр научно-технического творчества молодёжи (НТТМ). Это такой осколок советского технического и образовательного наследия, который располагался в Московском Дворце молодёжи на Воробьёвых горах. Именно преподавателей там не было, но было много увлечённых роботами людей разного возраста. У НТТМ было хорошее финансирование, поэтому у него были станки с ЧПУ и вообще очень сильная материальная база.

— Он был чем-то вроде кружка моделирования, или больше похож на fab lab?

— Это был не кружок моделирования, а именно центр обучения робототехнике. В него ходили студенты Бауманки и других вузов. Вокруг этого центра сформировалось довольно большое сообщество. Отчасти это произошло за счёт его сильной материальной базы, но важную роль сыграл и подход нашего руководителя. Им была доцент мех-мата МГУ Мария Алексеевна Салмина, и она не устанавливала никаких границ при выборе того, чем ты занимаешься. Была полная свобода технического творчества. Что касается фаблабов, то они появились за рубежом позже, когда НТТМ уже давно существовали в России. Можно сказать, что НТТМ был очень качественным прообразом фаблабов.

— После НТТМ ты поддерживал связь с бывшим руководителем?

— Да, конечно. Мария Алексеевна до сих пор возглавляет некоммерческое партнёрство «Евробот». Это очень интересное российское движение, сплотившее многих увлечённых роботами людей. C 2006 года «Евробот» организовывает детские и студенческие соревнования по робототехнике. В то время это было в новинку, потому что тогда в России были только конкурсы по Lego-робототехнике, а у «Евробот» не было какой-то жёстко заданной базы — ни аппаратной, ни программной. Абсолютная свобода и возможность показать, на что ты способен как инженер, электронщик и программист.

– Какие трудности были в обучении?

— Старые подходы к образованию, ограниченность или отсутствие общения нашей научной школы с зарубежными — всё это заставляет российскую школу робототехники двигаться с опозданием на несколько лет.

— Что помогло их преодолеть?

— Я тогда чуть-чуть говорил и читал по-английски, а все специфические знания в Интернете аккумулировались на тематических форумах. Я нашёл российский робототехнический форум, а затем и несколько англоязычных. Они очень помогли в самообразовании. Сейчас всё намного проще. Уже есть современные российские вузы, которые пытаются принять зарубежные наработки и двигаться сообща. Например, это МГТУ и Сколтех.

— Как ты решил поступить в МГТУ?

— В робототехнике я всегда любил заниматься электроникой. Первый опыт в разработке электроники я получил ещё в школе: сам развёл и вытравил первую плату. К моменту поступления в вуз я уже знал электронику на достаточном уровне, чтобы довольно легко было заниматься ей в дальнейшем. Соответственно, я решил поступать в Бауманку и пошёл на кафедру «Проектирование и технология производства электронной аппаратуры» (ИУ4).

– Когда ты уже поступил в Бауманку, то продолжил заниматься на курсах робототехники?

—  Нет, для меня они уже были неактуальны. На момент поступления я победил за рубежом на интеловских соревнованиях. Их полное название — Intel International Science and Engineering Fair (Intel ISEF). Это такой международный смотр научных и инженерных работ учащихся. На меня вышел представитель российского холдинга USM и предложил мне поддержку — финансирование моих начинаний. Я начал разработку роботов, уже более масштабную,  с совершенно другим бюджетом и соответствующими возможностями.

— Какой проект ты представил на конкурсе?

— У меня была рука-манипулятор. Я его проектировал с прицелом на то, что было нужно на выставке. Потому что ISEF был похож на STEM-выставку, он больше был про образование. Нужна была специфическая подача. Например, акцент на то, что мой проект поможет детям изучать робототехнику. То есть, там был ещё и гуманитарный, образовательный аспект.

– Вспоминаю клип Найджела Стэнфорда Automata с манипуляторами Kuka. Насколько сильно твой манипулятор отличался от них?

— У меня был искусственный набор ограничений к конструкции манипулятора, потому что я печатал его на 3D-принтере. Для снижения себестоимости в нём был минимум металлических деталей. Нужно было использовать какие-то конструктивные решения, позволяющие сделать его из пластика. Робот Kuka отлит из металла, и с его конструкцией можно делать всё, что угодно. У него преимущество робота промышленного уровня. Я же сделал классический шестиосевой манипулятор с набором конструктивных изменений, позволяющих изготовить его дешевле.

— Расскажи о формате соревнования, в котором ты победил

— В то время ISEF был в расцвете и собирал 1500-2000 заявок со всего мира. Из них отбирали порядка ста участников. Жюри тогда состояло из вузовских преподавателей и преимущественно западных исследователей. Конкурсы делились на десять категорий, одной из которых была «роботы и математика». Чтобы туда попасть, нужно было сначала сделать какой-то проект и защитить его на национальном уровне. Уже потом с этим проектом разрешалось участвовать в ISEF.

— Какой российский конкурс этому способствовал?

— До ISEF я участвовал в Балтийском научно-инженерном конкурсе в Санкт-Петербурге. Я на нём пять лет подряд выступал с докладом, и в последнем году выиграл, после чего смог поехать представлять свой проект за рубежом.

— После ISEF у тебя сохранилась тяга к соревнованиям?

— Безусловно. Они держат в тонусе и помогают профессионально развиваться. Уже во время учёбы в Бауманке я получил Президентскую премию по робототехнике. Она похожа по своему принципу на все остальные государственные премии, так что тут особо нечего рассказывать. Нужно подать доклад, описать свои предыдущие достижения и дальше уже защищать свой проект перед комиссией. После победы в международном конкурсе это было уже не так сложно.

— Не жалеешь о том, что не остался за рубежом?

— Считаю, я не прогадал. Сознательно отказался от зарубежного высшего образования, хотя у меня и была такая возможность. Предлагали поступить в Caltech без экзаменов, но я решил поступать в Бауманку с экзаменами. Сейчас мне кажется, что это был абсолютно нормальный выбор, потому что в итоге я получил работу, на которой могу развиваться в любимой сфере и получать всестороннюю поддержку.

— Сейчас в «Криптоните» над чем работаешь?

— Моя команда работает над классическими задачами промышленной робототехники. Сейчас мы выступаем в роли интегратора. Разрабатываем ячейку шестиосевого робота-манипулятора для решения набора задач, свойственных промышленности. У нас планируется обслуживание станков, конвейеров, повышение адаптивности робота на основе данных, получаемых с камер… Будет набор нейросетевых моделей, позволяющих решать задачи захвата самых разных изделий и манипулирования ими.

— Это уникальные разработки?

— Для российского рынка — да. Сейчас, мы по факту повторяем путь исследовательских зарубежных коллективов, пытаемся предложить нашим клиентам, грубо говоря, улучшенных промышленных роботов. То есть, мы берём промышленную руку, которая сделана Kuka, Fanuc или другим крупным концерном, но при этом не обладает выдающейся адаптивностью, или каким-то особенным функционалом. Затем окружаем её нашей системой технического зрения и обеспечиваем нейросетевой платформой принятия решений. Всё это для того, чтобы наша система показала новые свойства и функции, стала достаточно адаптивной и могла внедряться в тех задачи промышленности, где роботы ещё не присутствуют. Наша задача — автоматизировать не автоматизированное. То, что в России никто не берётся делать.

— Кто тебе помогает внутри команды, внутри коллектива «Криптонита»?

— У нас многогранный коллектив. Есть высококлассные специалисты по машинному обучению и системному программированию. Со мной работает мой давний друг, с которым раньше мы вместе делали роботов для Eurobot на протяжении шести лет. Мы вместе учились решать в игровой форме серьёзные задачи робототехники. Сейчас продолжаем нашу совместную деятельность на более высоком уровне. Наверное, можно сказать, что я сейчас выступаю в роли инженера-конструктора. Решаю  задачи на стыке направлений. У нас не просто сильная экспертиза, но и очень слаженная команда.

— Где ваши роботизированные решения могут быть востребованы в первую очередь?

— В самых разных сферах производства, начиная от машиностроения и заканчивая пищевой промышленностью. Мы решили заниматься очень амбициозными задачами, продвигать современную робототехнику там, где роботов сейчас вообще нет. Естественно, мы будем просчитывать экономические эффекты и стараться выбирать в первую очередь те задачи промышленной автоматизации, в которых интеграция «умных» роботов даст максимальный результат.

— Насколько удачное сейчас время для роботизации предприятий?

— Время хоть и не самое удачное в целом, но достаточно хорошее конкретно для нас. В робототехнике осталось не так много отечественных компаний. Раньше в ней были ещё некоторые интеграторы, которые теперь ушли с рынка, как и все фирмы, находившиеся в тесном взаимодействии с зарубежными производителями. Сейчас рынок структурно изменился, а у нас как раз подобрались нужные компетенции.

— Что посоветуешь российским ребятам, увлечённым роботами?

— Поскольку робототехника очень комплексная дисциплина, то вам придётся во многом разбираться на должном уровне. Чтобы понимать все её аспекты, нужно быть и электронщиком, и программистом, и инженером-конструктором. Только тогда получится все части системы увязать между собой у себя в голове. В первую очередь, нужно создать подходящую ментальную модель, чтобы затем работать качественно. Старайтесь развиваться сразу в нескольких направлениях. Только тогда получится приобрести какой-то свой собственный и целостный взгляд на робототехнику, а  уже дальше понять, что конкретно тебе нужно.

— Какие образовательные ресурсы порекомендуешь?

—  Из отечественных ресурсов я бы посоветовал Школу анализа данных. В частности, там есть курс [https://academy.yandex.ru/dataschool/online] по обучению с подкреплением (reinforcement learning). Это то, что применяется в современной робототехнике для принятия решений. Если говорить про зарубежные вузы, то многие их материалы по-прежнему нам доступны.  Например, Стэнфорд записал и выложил в интернет курс Introduction to Robotics (CS223A), который, можно смотреть на Yotube [https://www.youtube.com/playlist?list=PL65CC0384A1798ADF].