«Иннополис» просит 133 миллиарда на роботов, чтобы Россия за шесть лет догнала Запад

, Текст: Игорь Королев

Российские разработчики в области роботехники и сенсорики существенно отстают от зарубежных, пришли к выводу авторы соответствующей дорожной карты для нацпрограммы «Цифровая экономика». Однако отставание можно сократить за счет научно-технического потенциала и инвестиций на сумму в 133 млрд руб.

Деньги на роботов для России

В распоряжении CNews оказался проекты дорожной карты «Компоненты роботехники и сенсорики». Документ подготовлен университетом «Иннополис» в рамках реализации мероприятий федерального проекта «Цифровые технологии» национальной программы «Цифровая экономика».

Документ охватывает направления разработки автоматизированных технических систем и методов управления ими, разработки сенсорных систем и методов обработки сенсорной информации, взаимодействия технических систем между собой и с человеком. Роботехника и сенсорика основываются на методах механики, электроники, мехатроники и других науках. Роботы предназначены для замены человека при выполнении рутинных, грязных, опасных работ, а также там, где требуется высокая точность и повторяемость.

По подсчетам авторов дорожной карты, всего на развитие в России компонентов роботехники и сенсорики в период до 2024 г. потребуется 132,6 млрд руб. В том число в рамках реализации мероприятий дорожной карты предполагается выделить 102,65 млрд руб., из которых федеральный бюджет обеспечит 29,93 млрд руб., внебюджетные источники — 73,8 млрд руб. Вне инструментов поддержки, предусмотренных дорожной картой, должно быть выделено еще 30 млрд руб.

Для развития субтехнологии «Сенсоры и цифровые компоненты робототехники для человеко-машинного взаимодействия» планируется выделить 50,7 млрд руб. В том числе 11,35 млрд руб. будут взяты из федерального бюджета, 29,35 млрд руб. — из внебюджетных источников, еще 10 млрд руб. — с помощью инструментов, не предусмотренных дорожной картой

Российские роботы отстали от зарубежных и нуждаются в 133 миллиардах

В рамках данной субтехнологии на поддержку отраслевых решений будет выделено 7,6 млрд руб., на поддержку разработки и внедрения промышленных решений — 4 млрд руб., на поддержку региональных проектов — 2,8 млрд руб., на поддержку компаний-лидеров — 3 млрд руб., на поддержку субсидирования процентной ставки по кредитам — 22 млрд руб.

Субтехнология «Технологии сенсорно-моторной координации и пространственного позиционирования» потребует инвестиций на сумму 36,6 млрд руб. Из них федеральный бюджет выделит 8,8 млрд руб., внебюджетные источники — 17,8 млрд руб., еще 10 млрд руб. будет получено вне инструментов поддержки.

В том числе в рамках данной субтехнологии на грантовую поддержку малых предприятий будет направлен 1 млрд руб., на поддержка отраслевых решений — 6,9 млрд руб., на поддержку разработки и внедрения промышленных рений — 3,5 млрд руб., на поддержку региональных проектов — 2,2 млрд руб., на поддержку компаний-лидеров — 1,5 млрд руб., на поддержку путем субсидирования процентной ставки по кредитам — 11 млрд руб.

Третья субтехнология — «Сенсоры и обработка сенсорной информации» — потребует вложений на сумму 45,4 млрд руб. Из этой суммы федеральный бюджет выделит 8,7 млрд руб., внебюджетные источники — 26,7 млрд руб., вне инструментов поддержки будет получено еще 10 млрд руб.

В том числе в рамках данной субтехнологии на поддержку отраслевых решений будет направлено 4,9 млрд руб., на поддержку разработки и внедрения промышленных решений — 3,5 млрд руб., на поддержку региональных проектов — 1,2 млрд руб., на поддержку компаний-лидеров — 3 млрд руб., на поддержку путем субсидирования процентной ставки по кредиту — 22 млрд руб.

По типам поддержки расходы распределятся следующим образом: на грантовую поддержку малых предприятий будет направлено 2,3 млрд руб., на поддержку программ деятельности лидирующих инновационных центров — 1,2 млрд руб., на поддержку отраслевых решений — 19 млрд руб., на поддержку разработки и внедрения промышленных решений — 11 млрд руб., на поддержку региональных проектов — 6,3 млрд руб., на поддержку компаний-лидеров — 7,5 млрд руб., поддержку субсидирования процентной ставки по кредиту — 55 млрд руб. По последнему направления расходы федерального бюджета составят 5 млрд руб., внебюджетных источников — 50 млрд руб. По остальным направлениям расходы между бюджетом и внебюджетными источниками будут делиться поровну.

Для чего России роботы

Внедрение обозначенных технологий, в числе прочего, обеспечит России рост благосостояния и социальной защищенности людей, создание рабочих мест для обеспечения инновационной инфраструктуры, уменьшение количества рабочих мест, сопряженных с опасными и вредными условиями труда, и развитие научного и кадрового потенциала страны, считают авторы документа.

Основой взаимодействия с людьми являются человеко-машинные интерфейсы, современные виды которых включают не только традиционное представление визуальной информации и привычные органы управления, но и перспективные интерфейсы на основе анализа электрической активности мозга и мышц, с обратными силомоментными связями. Современная сенсорика, в свою очередь, является комплексной цифровой технологией, включающей в себя не только методы измерения физических величии, но и методы обработки сенсорной информации.

Перспективы роботов и проблемы с их внедрением

Основные драйверами для развития мирового рынка роботехники и сенсорики являются постепенное снижение стоимости производства и комплектующих, что ведет к снижению порога входа в отрасль, снижение времени окупаемости роботов за счет оптимизации процессов проектирования роботехнических систем от компонентной базы до систем в целом, увеличение роста рынка сервисной робототехники с наибольшим распространением в потребительском сегменте, индустрии развлечений и медицине, стремительная роботизация азиатской экономики, увеличение конкуренции на рынке, повсеместное распространение интернета, облегчающее сбор, распространение и анализ информации, поступающей в облачные сервисы для роботов.

К основным рыночным тенденциям относятся расширение перечня областей применения роботов и сенсорных средств, увеличение числа стартап-компаний в сфере роботехники и сенсорики, естественная убыль населения в развитых странах, увеличение количества проектов, публикующих свой программный код в свободном доступе, снижение себестоимости сенсорных средств и систем обработки информации, повышение распространения экзоскелетов, активных средств для индивидуальной механотерапии и реабилитации, и восстановления утраченных локомоций.

Барьерами для внедрения в России технологий роботехники и сенсорики являются низкая скорость разработки и внедрения готовых решений по сравнению с зарубежными аналогами, излишняя фокусировка на производстве робототехники в области военно-промышленного комплекса, небольшой размер внутреннего рынка робототехники, высокая технологическая конкуренция с западными производителями, применение технологий для целей нарушения общественного порядка и безопасности, нерентабельность промышленных роботов в России, инертное мышление менеджеров, боязнь высококвалифицированных специалистов участвовать в предпринимательской деятельности, устаревшие программы вузов и нехватка квалифицированных специалистов.

Сенсоры и цифровые компоненты робототехники для человеко-машинного взаимодействия

Авторы документа, как уже отмечалось выше, выделяют три субтехнологии. Первая из них — сенсоры и цифровые компоненты роботехники для человеко-машинного взаимодействия. В нее входят технологии и интерфейсы асистивной робототехники, технологии сервисной и социальной роботехники для взаимодействия с людьми, технологии безопасного взаимодействия человека с робототехническими системами и технологии дистанционного взаимодействия человек-робот, включая средства визуальной и силовой обратной связи.

Уровень готовности технологий (УГТ) для данной субтехнологии в России и в мире находится на отметке «7» из максимально возможных девяти. Но в мире он достигается по широкому спектру направлений большим количеством компаний, в то время как в России этот уровень демонстрируют лишь отдельные компании, подчеркивают авторы дорожной карты.

Для обозначенной субтехнологии в документе указаны технические характеристики – технологические барьеры, преодоление которых значительно повлияет на уровень развития технологий. К их числу относятся человеко-машинные интерфейсы, обеспечивающие восстановление и передачу сил взаимодействия с точностью не ниже 95% и временным откликом не более 2 мс, экзоскелеты и экзопротезы, обеспечивающие 80% двигательных функций и сценариев реабилитации верхних и нижних конечностей, мелкой моторики и позвоночника, интерактивные интуитивные человеко-машинные интерфейсы управления роботехническими системами, обеспечивающие классификацию команд в не менее 80% сценариев управления с точностью не ниже 95% и суммарной задержкой на обработку не более 20 мс.

Также к технологическим барьерам относятся технические решения для ассистивных роботов и роботехнических систем в здравоохранении и образовании, обеспечивающие на аппаратном уровне максимальное усилие при незапланированном контакте робота с человеком не более 10% от грузоподъемности робота с временем срабатывания не более 0,01 с, экзоскелеты и ассистивные роботы, обеспечивающие увеличение на 100% силы мышц спины и брюшного пресса и на 75% силовой выносливости рук человека.

Технологии сенсорно-моторной координации и пространственного позиционирования

Второй субтехнологией являются технологии сенсорно-моторной координации и пространственного позиционирования. К ним относятся алгоритмы и технологии управления приводами с сенсорами обратной связи, алгоритмы и технологии сенсорно-моторной координации и планирования движений для захвата и перемещения физических объектов и контактного взаимодействия, расчет и определение положений и траекторий роботехнических компонентов и объектов физического мира, симуляторы и эмуляторы роботехнических и сенсорных средств на базе физических и теормеханических моделей для разработки и верификации систем управления, технологии разработки низкоуровневого ПО систем управления реального времени, в том числе систем диагностики и отказоустойчивых систем.

УГТ для данной субтехнологии в России находится на отметке «6», это значительно ниже мирового уровня — «9». Но, как указывают авторы дорожной карты, в России есть сильная научно-техническая база, на основе которой можно рассчитывать на получение прорывных решений в области Технологии сенсорно-моторной координации и пространственного позиционирования.

Технологическими барьерами для данной субтехнологии являются цифровые системы управления приводами с регулировкой по положению, усилию, жесткости, коэффициенту демпфирования, с частотой регулирования до 1 кГц и диапазонном изменения параметров в 1 млн раз, сокращение затрат энергии на перемещение роботов на 50% по сравнению с классическими решениями за счет технологий рекуперации и оптимизации работы энергетических подсистем роботов, технические решения, обеспечивающие захват, перемещение и контактное взаимодействии с ускорениями до 10 м/с2 со скоростями до 5 м/с для 95% сценариев, характерных для розничной торговли, здравоохранения, строительства и добычи ископаемых, а также других приложений сервисной роботехники, включая жесткие, деформируемые, хрупкие, плоские протяженные, сыпучие и меняющие форму объекты.

Также к технологическим барьерам относятся решения для роботехнических систем в области сельского и лесного хозяйства, систем мониторинга, строительства и добычи полезных ископаемых, в том числе в части динамического управления неполноприводными системами, системами с избыточным числом приводов и роботами с эластичными элементами. Обозначенные средства должны обеспечивать определение положения и следования по спланированным траекториям с погрешностью не хуже 1% и при перемещении в сложной динамической среде (доступно не более 10% рабочего пространства робота или с запасом свободного пространства не более 10% от габаритов эффектора робота).

Сенсоры и обработка сенсорной информации

Третья субтехнология — сенсоры и обработка сенсорной информации. К ней относятся алгоритмы и технологии комплексирования и синхронизации разнородных сенсорных данных, цифровые контактные и бесконтактные сенсоры и алгоритмы извлечения и обработки информации, включая возможность автономного принятия решений, специализированные облачные платформы сенсоров и робототехнических средств, включая промышленный интернет и средства работы с телеметрией и телеуправлением.

УГТ для данной субтехнологии в России оценивается как «6», что значительно ниже мирового уровня — «9». Однако оптимизма авторам дорожной карты придает тот факт, что развитие отечественной компонентной базы сенсоров и систем обработки информации является важной сквозной стратегической задачей, затрагивающей не только робототехнику, но и другие отрасли. Кроме того, имеющийся научно-технологический задел позволяет рассчитывать на получение результатов мирового уровня.

К ключевым технологическим характеристикам для данной субтехнологии относятся сетевая система реального времени для сбора, анализа интерпретации сенсорной информации, поддерживающая технологию Plug&Playдля свыше ста одновременных подключений сенсоров и робототехнических комплексов с временем интеграции в систему не менее 1 мин, технология устройств доверенной электроники преобразователей информации с чувствительных элементов в цифровой код, обеспечивающих точность определения параметров окружающей среды не ниже 99% и временным откликом не более 10 мс, технологические решения в области чувствительных элементов, обеспечивающие точность определения параметров окружающей среды не ниже 99% и временным откликом не более 10 мс, технологические решения в области компонентной базы и алгоритмов средств обработки информации от сенсоров, обеспечивающие точность определения параметров окружающей среды не ниже 99% и временным откликом не более 10 мс.

Какие технологии алгоритмы надо разработать в России

В рамках субтехнологии «Сенсоры и цифровые компоненты роботехники для человеко-машинного взаимодействия» запланированы разработка и внедрение алгоритмов и технологий дистанционного устойчивого управления с силомоментной обратной связью для высокочувствительных хаптикс-устройств, внедрение технологических решений для дистанционного управления роботами и создание опытных образцов хаптикс-устройств, разработка систем мультимодального человеко-машинного взаимодействия для экзоскелетов и протезов для людей с проблемами опорно-двигательных аппаратов, разработка алгоритмов оценивания внешних сил, моментов и геометрии контакта ускорений и монотонной сходимости для безопасного физического человеко-машинного взаимодействия; разработка цифровых компонентов интерактивных интуитивных человеко-машинных интерфейсов, разработка и верификация алгоритмов структурно-параметрического синтеза и оптимизации конструкции коллаборативных и ассистивных роботов, разработка технологий ассистивной роботехники, обеспечивающих реализацию физических усилий совместно с человеком.

По субтехнологии «Технологии сенсорно-моторной координации и пространственного позиционирования» запланированы разработка алгоритмов и технологий для моделирования, проектирования и управления на базе физических принципов для приводов с адаптивно настраиваемой жесткостью для задач soft robotics, моделирования проектирования и управления на базе физических принципов для энергоэффективных роботехнических систем, сенсорно-моторная координация и планирование движения для захвата и перемещения физических объектов и контактного взаимодействия, расчета и определения положений и траекторий робототехнических компонентов и объектов физического мира.

По субтехнологии «Сенсоры и обработка сенсорной информации» запланированы разработки сетевой системы сбора, анализа интерпретации сенсорной информации с поддержкой технологией Plag&Playдля сенсоров и роботехнических комплексов, мультисенсорных цифровых устройств, в том числе с использованием методов двухмерной и трехмерной интеграции компонентов, а также алгоритмов обработки разнородной информации, чувствительных элементов сенсоров физических величин различных типов (акустических, оптических, радиолокационных, температурных и других), компонентной базы цифровых сенсоров и алгоритмов средств обработки информации от сенсоров, 50 отечественных датчиков на уникальных чувствительных элементах или принципах работы.

Будущее российской роботехники

По прогнозам авторов дорожной карты, с 2019 по 2024 гг. число внедрений на глобальном рынке новых уникальных робототехнических и сенсорных систем российского происхождения с уровнем готовности технологий (УГТ) не ниже «7» (по девятибалльной шкале) в области сельского и лесного хозяйства увеличится с четырех до 20, в области здравоохранения — с четырех до 18, в области мониторинга и обслуживания распределенной инфраструктуры — с трех до 9, в области сервисной роботехники в системах массового обслуживания — с двух до 15, в сфере строительства — с ноля до 8, в сфере добычи полезных ископаемых — с трех до 10.

К 2024 г. в России появятся уникальные сенсоры и сенсорные системы. В том числе будет разработано пять уникальных чувствительных элементов сенсоров физических величин, 10 цифровых сенсоров и мультисенсорных систем, 25 датчиков производственного оборудования и процессов, пять бионических датчиков и 20 датчиков мониторинга готовой продукции.

Число зарегистрированных российских патентов на изобретения и полезные модели по направлению роботехники и сенсорики увеличится со 100 до 500, число зарегистрированных международных патентов — с семи до 50, а число научных публикаций в изданиях WoSи топ-20 GoogleSchloar — с 20 до 100.

Также планируется почти пятикратное увеличение ежегодного выпуска патентоспособных технических решений — со 100 в 2018 г. до 500 и более в 2024 г.

При этом предполагается значительное увеличение качества получаемых решений, что скажется на их конкурентоспособности на мировом рынке. Так, в 2018 г только 6% технических решений в области робототехники и сенсорики были доведены до получения международных патентов. В 2024 г. этот показатель планируется увеличить до 10%. Планируется также пятикратное увеличение количества высокорейтинговых научных публикаций, в том числе за счет финансирования таких научных фондов, как РФФИ (Российский фонд фундаментальных исследований), РНФ (Российский научный фонд) и др.

Источник: CNews