Table of Contents

Лучшие прорывы в робототехнике обсудили на саммите по автоматизации 2024 года

На саммите по автоматизации 2024 года, который состоялся в Сан-Франциско в сентябре этого года, было созвано более 3000 инженеров, исследователей и лидеров отрасли для изучения наиболее значимых разработок в области робототехники и автоматизации. В этом году повестка дня была сосредоточена на технологиях, которые переходят от лабораторных прототипов к реальным развертываниям в промышленности, здравоохранении, логистике и сфере услуг. Саммит выявил четкую траекторию: роботы становятся более безопасными, более адаптивными и более совместными, в то время как искусственный интеллект позволяет совершенно новым категориям автономного поведения.

В дискуссиях доминировали несколько тем, в том числе созревание коллаборативных роботов , интеграция передового ИИ и машинного обучения в роботизированные системы управления и появление новых аппаратных парадигм, таких как мягкая робототехника и тёплая робототехника . Каждая из этих областей представляет собой значительный скачок за пределы возможностей, которые определили промышленную автоматизацию всего пять лет назад.

Эволюция совместных роботов

Сотрудничающие роботы, или коботы, были растущим сегментом рынка робототехники в течение последнего десятилетия, но саммит дал понять, что 2024 год знаменует собой поворотный момент в их возможностях и принятии. В отличие от традиционных промышленных роботов, которые работают в изолированных клетках, коботы предназначены для работы вместе с людьми, совместного использования рабочего пространства и часто задач. Последнее поколение коботов, продемонстрированных на саммите, может ощущать присутствие человека, регулировать свою скорость и силу в реальном времени и даже изучать новые задачи посредством демонстрации, а не программирования.

Улучшения в области безопасности и стандартов

Одним из ключевых препятствий для более широкого развертывания коботов была сложность сертификации безопасности. Международная организация по стандартизации (ISO) обновила свои стандарты ISO 10218 и ISO/TS 15066 для коллаборативных роботов, предоставив более четкие руководящие принципы для оценки рисков и требований к ограничению силы. Несколько экспонентов продемонстрировали коботов, которые соответствуют этим стандартам, предлагая грузоподъемность до 16 кг, что значительно больше, чем у более ранних моделей, которые были ограничены более легкими обязанностями. Это позволяет коботам обрабатывать такие задачи, как машинное обслуживание, сборка и упаковка, которые ранее были зарезервированы для более крупных роботов в клетке.

Рост рынка и усыновление

Согласно данным, представленным на саммите, мировой рынок коботов к 2028 году, как ожидается, достигнет 12,3 млрд долларов, растёт со сложным ежегодным темпом 32%. Большая часть этого роста обусловлена малыми и средними предприятиями, которые впервые внедряют коботов. Такие компании, как Universal Robots, Fanuc и ABB, представили новые модели с упрощенными программными интерфейсами и интегрированными системами зрения, которые сокращают время развертывания с недель до часов.

На живой демонстрации от автомобильного поставщика Tier 1 был показан кобот, оснащенный вакуумным захватом и 3D-камерой, питающей машину с ЧПУ. Робот мог переключаться между шестью различными типами деталей без какой-либо ручной реконфигурации, полагаясь на распознавание объектов на основе ИИ, чтобы находить и ориентировать детали, случайно помещенные в корзину. Этот уровень гибкости был неслыханным в промышленной робототехнике всего несколько лет назад.

Улучшенный ИИ и машинное обучение

Искусственный интеллект, возможно, был самой распространенной темой на саммите, и почти каждая презентация касалась того, как машинное обучение меняет роботизированные возможности. Основной посыл заключался в том, что роботы переходят от предварительно запрограммированных последователей последовательностей к адаптивным системам, которые могут обобщать задачи и среды.

Учимся на демонстрации

Одним из наиболее практических достижений является обучение на основе демонстрации , где оператор-человек физически направляет робота через задачу, а робот использует алгоритмы машинного обучения для обобщения последовательности движения в многоразовую программу. Этот подход резко снижает потребность в специализированных навыках программирования. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) представили систему, которая может выучить задачу вставки привязки через отверстие после всего трех демонстраций, достигая показателя успеха 98% в различных геометриях привязки.

Как сообщили исследователи из Университета Карнеги-Меллона, комбинация трансформаторов зрения и обучения с подкреплением позволяет роботам обобщать навыки в различных объектах и средах без переподготовки. Это имеет значительные последствия для складов и центров исполнения, где разнообразие продуктов велико, а определения задач часто меняются.

Сим-реальный трансфер

Другой важной темой было улучшение в sim-to-real transfer, где роботы обучаются симуляции, а затем развертываются в физическом мире с минимальной деградацией производительности. Такие компании, как NVIDIA и OpenAI, разработали платформы моделирования, которые моделируют физику, шум датчиков и даже износ с высокой точностью. Презентация от компании логистической робототехники показала, что система выбора места, полностью обученная симуляции более 10 миллионов эпизодов, достигла 95% успеха в первый день на живом складе, уровень надежности, который был бы невозможен пять лет назад.

Edge Computing и ИИ в реальном времени

Саммит также подчеркнул растущую важность передовых вычислений в робототехнике. Вместо того, чтобы полагаться на облачную обработку ИИ, современные роботы оснащены встроенными графическими процессорами и специализированными ускорителями ИИ, которые позволяют им запускать сложные нейронные сети в режиме реального времени. Это снижает задержку и устраняет зависимость от надежного сетевого подключения. Intel и NVIDIA продемонстрировали встроенные модули, способные одновременно выполнять обнаружение объектов, оценку позы и планирование пути с использованием менее 30 ватт мощности.

Робототехника в здравоохранении

Медицинская робототехника была быстрорастущим сектором, и саммит посвятил целый трек инновациям в хирургических роботах, системах реабилитации и вспомогательных устройствах.В ходе обсуждений подчеркивалось, что, хотя точность и надежность остаются первостепенными, следующее поколение медицинских роботов также должно быть интуитивно понятным, доступным и адаптируемым к индивидуальным потребностям пациентов.

Хирургическая робототехника: за пределами системы Да Винчи

В течение многих лет на рынке доминировала хирургическая система da Vinci от Intuitive Surgical, но саммит продемонстрировал новую волну конкурентов, которые бросают вызов ее позиции. Несколько стартапов представили легкие модульные хирургические роботы, которые могут быть настроены для различных процедур с одной тележкой и сменными инструментами. Компания из Южной Кореи продемонстрировала систему, специально разработанную для хирургии позвоночника, которая использует интраоперационную КТ-визуализацию для руководства роботизированной рукой с субмиллиметровой точностью, уменьшая необходимость в нескольких разрезах и послеоперационном восстановлении времени.

Особенно убедительное представление из Университета Джона Хопкинса описало робота с автономными мягкими тканями, который выполнял лапароскопическую шовную обработку на модели свиньи без вмешательства человека. Робот использовал стереоэндоскопию и силовое зондирование для корректировки напряжения шва в реальном времени. Пока он все еще находится на стадии исследования, эта демонстрация предполагает, что некоторые хирургические подзадачи могут стать полностью автономными в течение следующего десятилетия.

Вспомогательные и реабилитационные роботы

На саммите также было уделено значительное внимание роботам, которые помогают пожилым людям и инвалидам в поддержании независимости. Заметная демонстрация японского исследовательского консорциума показала мягкий экзоскелет , который обеспечивает помощь в сгибании бедра во время ходьбы. Устройство весит всего 2,8 кг и использует пневматические искусственные мышцы для генерации крутящего момента, что делает его удобным для длительного использования. Ранние клинические испытания сообщили о 30%-ном сокращении потребления метаболической энергии во время ходьбы, что может значительно улучшить мобильность для пожилых людей.

Помимо мобильности, социальные вспомогательные роботы развертываются в учреждениях по уходу за престарелыми, чтобы обеспечить общение, напоминания о лекарствах и когнитивную стимуляцию. Исследование, представленное Университетом Южной Калифорнии, показало, что жители, которые ежедневно взаимодействовали с социально выразительным роботом в течение шести недель, показали 15% улучшение показателей по шкале депрессии и одиночества по сравнению с контрольной группой. Хотя эти роботы не заменяют людей, они оказываются эффективными добавками в учреждениях с недостаточным персоналом.

Реабилитационная робототехника и нейропластичность

Захватывающая сессия охватывала пересечение робототехники и нейробиологии, особенно в реабилитационной робототехнике для пациентов с инсультом. Исследователи из ETH Zurich представили роботизированный экзоскелет рук, который использует сигналы электромиографии (EMG) для обнаружения предполагаемого движения пациента, а затем обеспечивает вспомогательную силу для завершения движения. Система используется в сочетании с средой виртуальной реальности, которая обеспечивает визуальную и тактильную обратную связь. В клиническом испытании с 40 пациентами с хроническим инсультом те, кто использовал систему в течение 12 недель, показали значительные улучшения в функции рук, с усилением, сохраняющимся при шестимесячном наблюдении.

Как сообщает IEEE Spectrum о ходе саммита, интеграция интерфейсов мозг-компьютер с роботизированной реабилитацией в настоящее время переходит из лаборатории в клинические испытания на ранней стадии, предлагая надежду для пациентов с тяжелыми двигательными нарушениями.

Новые технологии: мягкая робототехника и теплая робототехника

На саммите были представлены две аппаратные парадигмы: мягкая робототехника и роевая робототехника. Обе они выходят далеко за рамки концептуальной стадии, а коммерческие продукты и развертывание на местах теперь демонстрируют свою практическую ценность.

Мягкая робототехника: соответствие в действии

Мягкие роботы, построенные из гибких материалов, таких как силикон, эластомеры и ткани, находят ниши, где традиционные жесткие роботы борются. Их неотъемлемое соответствие делает их идеальными для обработки хрупких объектов, навигации в ограниченных пространствах и безопасного взаимодействия с людьми. Несколько компаний показали мягкие захваты, которые могут собирать один виноград без повреждений, а затем переориентироваться на захват электроинструмента. Эти захваты используют пневматическое приведение в действие или механизмы, управляемые сухожилиями, и они не требуют сложного зондирования силы для обеспечения мягкой обработки.

Одна из самых ярких демонстраций пришла из спин-оффа Чикагского университета, который разработал мягкий роботизированный манипулятор, вдохновленный хоботом слона. Рука использует три пневматические камеры, расположенные в кольце, что позволяет ей изгибаться, расширяться и скручиваться с шестью степенями свободы. Компания развернула эти манипуляторы на заводах по переработке пищевых продуктов для обработки сырых частей курицы, задача, которую ранее было трудно автоматизировать из-за изменения формы и скользкой поверхности продукта. Мягкая рука достигла 97% успеха в сборе и размещении куриных грудок по сравнению с 82% для жесткого захвата с компьютерным зрением.

Роботы Swarm Robotics: децентрализованная координация

Роботы Swarm, вдохновленные коллективным поведением насекомых и птиц, включают в себя большое количество простых, недорогих роботов, которые общаются и координируют для достижения сложных задач. Саммит показал несколько реальных приложений. Европейский консорциум представил шквал из 50 дронов , предназначенный для точного земледелия. Каждый дрон несет многоспектральную камеру и общается со своими соседями через сетчатую сеть. Рой может автономно исследовать поле площадью 100 гектаров за 20 минут, отображая влагу почвы, уровни питательных веществ и вредителей с разрешением, намного превышающим то, что может достичь один дрон. Рой самоорганизуется, чтобы эффективно покрыть область, и если один дрон терпит неудачу, другие динамически перераспределяют задачи.

В ответ на катастрофу команда из Калифорнийского университета в Беркли продемонстрировала тепло наземных роботов, которые могут войти в разрушенное здание для поиска выживших. Каждый робот размером с обувную коробку, оснащен тепловой камерой, микрофоном и химическим датчиком. Роботы поддерживают связь, образуя цепь реле, когда они проникают глубже в завалы. Рой может генерировать 3D-карту внутренней структуры и идентифицировать местоположения пойманных в ловушку людей, передавая данные спасательным командам снаружи. Система была протестирована в моделированном сценарии землетрясения и успешно обнаружила все пять манекен, помещенных в кучу обломков в течение 12 минут.

В своем выступлении исследователь из Института Висса в Гарварде подчеркнул потенциал микро-роев роботов, достаточно маленьких, чтобы ориентироваться в организме человека для целенаправленной доставки лекарств. В то время как все еще очень много на этапе исследования, команды продемонстрировали рои 10-микрометровых магнитных частиц, которые можно направлять через кровеносные сосуды с использованием внешних магнитных полей. Эти микророботы могут потенциально доставлять химиотерапевтические препараты непосредственно к опухолям, сводя к минимуму системные побочные эффекты.

Влияние на промышленность и общество

Инновации, представленные на саммите, имеют глубокие последствия для структуры промышленности, моделей занятости и социальных норм. Обсуждения были значительно более нюансированными, чем в предыдущие годы, при этом инженеры и бизнес-лидеры признали как преимущества, так и проблемы, которые приносит широко распространенная автоматизация.

Промышленная трансформация

В производстве комбинация совместных роботов, ИИ и периферийных вычислений позволяет некоторым динамикам, называемым , «выключать» микрофабрики, которые могут работать с минимальным человеческим наблюдением. , что может работать с минимальным человеческим контролем. В тематическом исследовании тайваньского производителя электроники показан завод с 200 роботами, который производит печатные платы 24 часа в сутки, семь дней в неделю, только пять человек на месте для обработки исключений и выполнения технического обслуживания. Производство увеличилось на 40%, а частота дефектов снизилась на 60%. Однако компания признала, что переход потребовал значительной переподготовки своей рабочей силы, и что спрос на механических и электрических инженеров увеличился даже при уменьшении потребности в ручных сборочных рабочих.

Рабочая сила и навыки

Саммит посвятил панельную сессию влиянию робототехники на занятость. Консенсус заключался в том, что автоматизация не приведет к массовой безработице в долгосрочной перспективе, но ускорит переход к более высококвалифицированным ролям. Глобальный институт McKinsey, представивший данные на саммите, проекты, которые к 2030 году автоматизация может вытеснить до 30 миллионов рабочих только в Соединенных Штатах, но также может создать 20 миллионов новых рабочих мест в таких областях, как робототехника, развитие ИИ, наука о данных и системная интеграция. Группа подчеркнула необходимость программ переподготовки и повышения квалификации , чтобы помочь рабочим перейти. В качестве модели была приведена инициатива Германии «Индустрия 4.0», где правительство, промышленность и профсоюзы сотрудничают для финансирования учебных программ, которые готовят работников к меняющемуся ландшафту работы.

Как подчеркнул Всемирный экономический форум в своем освещении саммита, наиболее успешными компаниями в эпоху автоматизации являются те, которые рассматривают роботов как инструменты для расширения человеческих возможностей, а не замены их. Один из докладчиков из немецкого автопроизводителя описал, как их завод перепроектировал сборочные линии, чтобы коботы выполняли эргономически сложные задачи, такие как накладная сборка, в то время как человеческие работники сосредоточены на проверке качества, решении проблем и настройке для конкретных клиентов.

Этические и нормативные проблемы

На саммите также были рассмотрены этические аспекты передовой робототехники. Несколько ораторов выразили обеспокоенность по поводу алгоритмического уклона в робототехнике, управляемой ИИ, особенно в таких приложениях, как автономные роботы наблюдения или социальные вспомогательные роботы, которые взаимодействуют с уязвимыми группами населения. Глобальная инициатива IEEE по этике автономных и интеллектуальных систем выпустила набор рекомендуемых практик на саммите, подчеркивая прозрачность, подотчетность и человеческий надзор во всех роботизированных системах.

Еще одной горячей темой стал закон Европейского союза AI Act, включающий конкретные положения для приложений робототехники высокого риска, таких как роботы для здравоохранения и автономные транспортные средства. Спикеры из Европейской комиссии описали, как регулирование требует оценки соответствия для роботов, используемых в критически важной инфраструктуре, правоохранительных органах и здравоохранении. В то время как некоторые компании выразили обеспокоенность по поводу бремени соблюдения, другие утверждали, что четкие правила увеличат доверие общественности и ускорят принятие.

Особо сложная дискуссия была сосредоточена на летальном автономном оружии. Несколько видных исследователей и этиков робототехники призвали к договору о запрете полностью автономного оружия, которое принимает решения о жизни или смерти без вмешательства человека. Организаторы саммита допустили формальные дебаты по этой теме, в которых участвовали как инженеры, так и эксперты по политике. Хотя консенсуса не было достигнуто, дискуссия подчеркнула, что сообщество робототехники не может игнорировать природу двойного использования многих технологий.

Вывод: будущее, построенное на сотрудничестве

На саммите по автоматизации в 2024 году стало ясно, что робототехника вступает в новую фазу. Технология больше не ограничивается сильно охраняемыми заводскими этажами; она перемещается в больницы, склады, фермы и даже дома. Прорывы в совместных роботах, ИИ, мягкой робототехнике и роевых системах - это не просто постепенные улучшения - они представляют собой фундаментальный сдвиг в том, что роботы могут делать и где их можно развернуть.

Однако на саммите также было подчеркнуто, что будущее робототехники — это не только технический вопрос. В равной степени это вопрос о том, как мы проектируем эти системы для работы с людьми, как мы обеспечиваем их безопасность и справедливость, и как мы готовим нашу рабочую силу и общество к изменениям, которые они принесут. Самым убедительным сообщением саммита было то, что следующим большим прорывом в робототехнике может быть не новый материал или алгоритм, а скорее сотрудничество между инженерами и сообществами, которым они служат.

Для более глубокого изучения данных, представленных на саммите, включая полный список технических документов и основных стенограмм, , официальное разбирательство теперь доступно в Интернете .