У властей просят 133 миллиарда на роботов, чтобы Россия за шесть лет догнала Запад

Российские разработчики вобласти роботехники и сенсорики существенно отстают от зарубежных, пришли квыводу авторы соответствующей дорожной карты для нацпрограммы «Цифроваяэкономика». Однако отставание можно сократить за счет научно-техническогопотенциала и инвестиций на сумму в 133 млрд руб.

Деньгина роботов для России

В распоряжении CNews оказался полный текст проекта дорожнойкарты «Компоненты роботехники и сенсорики». Документ был подготовлен Центром технологий компонентов робототехники и мехатроники университета«Иннополис» в рамках реализации мероприятий федерального проекта «Цифровыетехнологии» национальной программы «Цифровая экономика».

Соавторамидокумента выступили специалисты «Сколтеха», МГУ, ИТМО, УдГУ, ИжГТУ, университета«Назарбаев», KoreaTech (Korea University of Technology and Education), МФТИ,МИЭТ, ВолгГТУ, ДВФУ, ЮУГУ, НПО «Андроидная техника», КУКА, «Фанука», «ВР-мастера»,АНО «Робоправо», НИИА, «Альфа-интеха», «Камаза», НАУРР, Российскогофедерального ядерного центра — ВНИИЭФ, «Газпромнефти», ИТСК, «Промобота».

Дорожная карта охватываетнаправления разработки автоматизированных технических систем и методовуправления ими, разработки сенсорных систем и методов обработки сенсорнойинформации, взаимодействия технических систем между собой и с человеком. Роботехникаи сенсорика основываются на методах механики, электроники, мехатроники и другихнауках. Роботы предназначены для замены человека при выполнении рутинных,грязных, опасных работ, а также там, где требуется высокая точность иповторяемость.

Поподсчетам авторов дорожной карты, всего на развитие в России компонентовроботехники и сенсорики в период до 2024 г. потребуется 132,6 млрд руб. В томчисло в рамках реализации мероприятий дорожной карты предполагается выделить102,65 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.

Дляразвития субтехнологии «Сенсоры и цифровые компоненты робототехники длячеловеко-машинного взаимодействия» планируется выделить 50,7 млрд руб. В томчисле 11,35 млрд руб. будут взяты из федерального бюджета, 29,35 млрд руб. — извнебюджетных источников, еще 10 млрд руб. — с помощью инструментов, непредусмотренных дорожной картой

Врамках данной субтехнологии на поддержку отраслевых решений будет выделено 7,6млрд руб., на поддержку разработки и внедрения промышленных решений — 4 млрдруб., на поддержку региональных проектов — 2,8 млрд руб., на поддержкукомпаний-лидеров — 3 млрд руб., на поддержку субсидирования процентной ставкипо кредитам — 22 млрд руб.

Субтехнология«Технологии сенсорно-моторной координации и пространственного позиционирования»потребует инвестиций на сумму 36,6 млрд руб. Из них федеральный бюджет выделит8,8 млрд руб., внебюджетные источники — 17,8 млрд руб., еще 10 млрд руб. будетполучено вне инструментов поддержки.

Втом числе в рамках данной субтехнологии на грантовую поддержку малыхпредприятий будет направлен 1 млрд руб., на поддержка отраслевых решений — 6,9млрд руб., на поддержку разработки и внедрения промышленных рений — 3,5 млрдруб., на поддержку региональных проектов — 2,2 млрд руб., на поддержкукомпаний-лидеров — 1,5 млрд руб., на поддержку путем субсидирования процентнойставки по кредитам — 11 млрд руб.

Третьясубтехнология — «Сенсоры и обработка сенсорной информации» — потребует вложенийна сумму 45,4 млрд руб. Из этой суммы федеральный бюджет выделит 8,7 млрд руб.,внебюджетные источники — 26,7 млрд руб., вне инструментов поддержки будетполучено еще 10 млрд руб.

Втом числе в рамках данной субтехнологии на поддержку отраслевых решений будетнаправлено 4,9 млрд руб., на поддержку разработки и внедрения промышленных решений— 3,5 млрд руб., на поддержку региональных проектов — 1,2 млрд руб., наподдержку компаний-лидеров — 3 млрд руб., на поддержку путем субсидированияпроцентной ставки по кредиту — 22 млрд руб.

Потипам поддержки расходы распределятся следующим образом: на грантовую поддержкумалых предприятий будет направлено 2,3 млрд руб., на поддержку программдеятельности лидирующих инновационных центров — 1,2 млрд руб., на поддержку отраслевыхрешений — 19 млрд руб., на поддержку разработки и внедрения промышленных решений— 11 млрд руб., на поддержку региональных проектов — 6,3 млрд руб., наподдержку компаний-лидеров — 7,5 млрд руб., поддержку субсидирования процентнойставки по кредиту — 55 млрд руб. По последнему направления расходы федеральногобюджета составят 5 млрд руб., внебюджетных источников — 50 млрд руб. Поостальным направлениям расходы между бюджетом и внебюджетными источниками будутделиться поровну.

Длячего России роботы

Внедрение обозначенныхтехнологий, в числе прочего, обеспечит России рост благосостояния исоциальной защищенности людей, создание рабочих мест для обеспеченияинновационной инфраструктуры, уменьшение количества рабочих мест, сопряженных сопасными и вредными условиями труда, и развитие научного и кадрового потенциаластраны, считают авторы документа.

Основой взаимодействия слюдьми являются человеко-машинные интерфейсы, современные виды которых включаютне только традиционное представление визуальной информации и привычные органыуправления, но и перспективные интерфейсы на основе анализа электрическойактивности мозга и мышц, с обратными силомоментными связями. Современнаясенсорика, в свою очередь, является комплексной цифровой технологией,включающей в себя не только методы измерения физических величии, но и методыобработки сенсорной информации.

Перспективыроботов и проблемы с их внедрением

Основныедрайверами для развития мирового рынка роботехники и сенсорики являются постепенноеснижение стоимости производства и комплектующих, что ведет к снижению порогавхода в отрасль, снижение времени окупаемости роботов за счет оптимизациипроцессов проектирования роботехнических систем от компонентной базы до системв целом, увеличение роста рынка сервисной робототехники с наибольшимраспространением в потребительском сегменте, индустрии развлечений и медицине,стремительная роботизация азиатской экономики, увеличение конкуренции на рынке,повсеместное распространение интернета, облегчающее сбор, распространение ианализ информации, поступающей в облачные сервисы для роботов.

Косновным рыночным тенденциям относятся расширение перечня областей примененияроботов и сенсорных средств, увеличение числа стартап-компаний в сферероботехники и сенсорики, естественная убыль населения в развитых странах,увеличение количества проектов, публикующих свой программный код в свободномдоступе, снижение себестоимости сенсорных средств и систем обработкиинформации, повышение распространения экзоскелетов, активных средств дляиндивидуальной механотерапии и реабилитации, и восстановления утраченныхлокомоций.

Барьерамидля внедрения в России технологий роботехники и сенсорики являются низкаяскорость разработки и внедрения готовых решений по сравнению с зарубежнымианалогами, излишняя фокусировка на производстве робототехники в областивоенно-промышленного комплекса, небольшой размер внутреннего рынкаробототехники, 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 предпринимательскойдеятельности, устаревшие программы вузов и нехватка квалифицированныхспециалистов.

Сенсорыи цифровые компоненты робототехники для человеко-машинного взаимодействия

Авторыдокумента, 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, технологиисервисной и социальной роботехники для взаимодействия с людьми, технологиибезопасного взаимодействия человека с робототехническими системами и технологии дистанционного взаимодействиячеловек-робот, включая средства визуальной и силовой обратной связи.

Уровеньготовности технологий (УГТ) для данной субтехнологии в России и в мире находитсяна отметке «7» из максимально возможных девяти. Но в мире он достигается поширокому спектру направлений большим количеством компаний, в то время как вРоссии этот уровень демонстрируют лишь отдельные компании, подчеркивают авторыдорожной карты.

Дляобозначенной субтехнологии в документе указаны технические характеристики –технологические барьеры, преодоление которых значительно повлияет на уровеньразвития технологий. К их числу относятся человеко-машинные интерфейсы,обеспечивающие восстановление и передачу сил взаимодействия с точностью не ниже95% и временным откликом не более 2 мс, экзоскелеты и экзопротезы,обеспечивающие 80% двигательных функций и сценариев реабилитации верхних инижних конечностей, мелкой моторики и позвоночника, интерактивные интуитивныечеловеко-машинные интерфейсы управления роботехническими системами,обеспечивающие классификацию команд в не менее 80% сценариев управления сточностью не ниже 95% и суммарной задержкой на обработку не более 20 мс.

Такжек технологическим барьерам относятся технические решения для ассистивныхроботов и роботехнических систем в здравоохранении и образовании, обеспечивающиена аппаратном уровне максимальное усилие при незапланированном контакте роботас человеком не более 10% от грузоподъемности робота с временем срабатывания неболее 0,01 с, экзоскелеты и ассистивные роботы, обеспечивающие увеличение на100% силы мышц спины и брюшного пресса и на 75% силовой выносливости рукчеловека.

Технологии сенсорно-моторной координации ипространственного позиционирования

Второйсубтехнологией являются технологии сенсорно-моторной координации и пространственногопозиционирования. К ним относятся алгоритмы и технологии управления приводами ссенсорами обратной связи, алгоритмы и технологии сенсорно-моторной координациии планирования движений для захвата и перемещения физических объектов иконтактного взаимодействия, расчет и определение положений и траекторийроботехнических компонентов и объектов физического мира, симуляторы и эмуляторыроботехнических и сенсорных средств на базе физических и теормеханическихмоделей для разработки и верификации систем управления, технологии разработкинизкоуровневого ПО систем управления реального времени, в том числе системдиагностики и отказоустойчивых систем.

УГТдля данной субтехнологии в России находится на отметке «6», это значительнониже мирового уровня — «9». Но, как указывают авторы дорожной карты, в Россииесть сильная научно-техническая база, на основе которой можно рассчитывать наполучение прорывных решений в области Технологии сенсорно-моторной координациии пространственного позиционирования.

Технологическимибарьерами для данной субтехнологии являются цифровые системы управленияприводами с регулировкой по положению, усилию, жесткости, коэффициентудемпфирования, с частотой регулирования до 1 кГц и диапазонном измененияпараметров в 1 млн раз, сокращение затрат энергии на перемещение роботов на 50%по сравнению с классическими решениями за счет технологий рекуперации иоптимизации работы энергетических подсистем роботов, технические решения,обеспечивающие захват, перемещение и контактное взаимодействии с ускорениями до10 м/с² со скоростями до 5 м/с для 95% сценариев, характерных длярозничной торговли, здравоохранения, строительства и добычи ископаемых, а такжедругих приложений сервисной роботехники, включая жесткие, деформируемые,хрупкие, плоские протяженные, сыпучие и меняющие форму объекты.

Такжек технологическим барьерам относятся решения для роботехнических систем вобласти сельского и лесного хозяйства, систем мониторинга, строительства идобычи полезных ископаемых, в том числе в части динамического управлениянеполноприводными системами, системами с избыточным числом приводов и роботамис эластичными элементами. Обозначенные средства должны обеспечивать определениеположения и следования по спланированным траекториям с погрешностью не хуже 1%и при перемещении в сложной динамической среде (доступно не более 10% рабочегопространства робота или с запасом свободного пространства не более 10% отгабаритов эффектора робота).

Сенсоры и обработка сенсорной информации

Третьясубтехнология — сенсоры и обработка сенсорной информации. К ней относятсяалгоритмы и технологии комплексирования и синхронизации разнородных сенсорныхданных, цифровые контактные и бесконтактные сенсоры и алгоритмы извлечения иобработки информации, включая возможность автономного принятия решений,специализированные облачные платформы сенсоров и робототехнических средств,включая промышленный интернет и средства работы с телеметрией ителеуправлением.

УГТдля данной субтехнологии в России оценивается как «6», что значительно нижемирового уровня — «9». Однако оптимизма авторам дорожной карты придает тотфакт, что развитие отечественной компонентной базы сенсоров и систем обработкиинформации является важной сквозной стратегической задачей, затрагивающей нетолько робототехнику, но и другие отрасли. Кроме того, имеющийсянаучно-технологический задел позволяет рассчитывать на получение результатовмирового уровня.

Кключевым технологическим характеристикам для данной субтехнологии относятсясетевая система реального времени для сбора, анализа интерпретации сенсорнойинформации, поддерживающая технологию Plug&Playдля свыше ста одновременных подключений сенсоров иробототехнических комплексов с временем интеграции в систему не менее 1 мин,технология устройств доверенной электроники преобразователей информации счувствительных элементов в цифровой код, обеспечивающих точность определенияпараметров окружающей среды не ниже 99% и временным откликом не более 10 мс,технологические решения в области чувствительных элементов, обеспечивающиеточность определения параметров окружающей среды не ниже 99% и временнымоткликом не более 10 мс, технологические решения в области компонентной базы иалгоритмов средств обработки информации от сенсоров, обеспечивающие точностьопределения параметров окружающей среды не ниже 99% и временным откликом неболее 10 мс.

Какие технологии алгоритмы надо разработать в России

Врамках субтехнологии «Сенсоры и цифровые компоненты роботехники длячеловеко-машинного взаимодействия» запланированы разработка и внедрениеалгоритмов и технологий дистанционного устойчивого управления с силомоментнойобратной связью для высокочувствительных хаптикс-устройств, внедрениетехнологических решений для дистанционного управления роботами и создание опытныхобразцов хаптикс-устройств, разработка систем мультимодальногочеловеко-машинного взаимодействия для экзоскелетов и протезов для людей спроблемами опорно-двигательных аппаратов, разработка алгоритмов оцениваниявнешних сил, моментов и геометрии контакта ускорений и монотонной сходимостидля безопасного физического человеко-машинного взаимодействия; разработкацифровых компонентов интерактивных интуитивных человеко-машинных интерфейсов,разработка и верификация алгоритмов структурно-параметрического синтеза иоптимизации конструкции коллаборативных и ассистивных роботов, разработкатехнологий ассистивной роботехники, обеспечивающих реализацию физических усилийсовместно с человеком.

Посубтехнологии «Технологии сенсорно-моторной координации и пространственного позиционирования»запланированы разработка алгоритмов и технологий для моделирования, проектирования и управления набазе физических принципов для приводов с адаптивно настраиваемой жесткостью длязадач soft robotics, моделирования проектирования и управления на базефизических принципов для энергоэффективных роботехнических систем,сенсорно-моторная координация и планирование движения для захвата и перемещенияфизических объектов и контактного взаимодействия, расчета и определенияположений и траекторий робототехнических компонентов и объектов физическогомира.

Посубтехнологии «Сенсоры и обработка сенсорной информации» запланированы разработкисетевой системы сбора, анализа интерпретации сенсорной информации с поддержкойтехнологией Plag&Playдлясенсоров и роботехнических комплексов, мультисенсорных цифровых устройств, втом числе с использованием методов двухмерной и трехмерной интеграциикомпонентов, 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 информацииот сенсоров, 50 отечественных датчиков на уникальных чувствительных элементахили принципах работы.

Будущее российской роботехники

Попрогнозам авторов дорожной карты, с 2019 по 2024 гг. число внедрений наглобальном рынке новых уникальных робототехнических и сенсорных системроссийского происхождения с уровнем готовности технологий (УГТ) не ниже «7» (подевятибалльной шкале) в области сельского и лесного хозяйства увеличится счетырех до 20, в области здравоохранения — с четырех до 18, в областимониторинга и обслуживания распределенной инфраструктуры — с трех до 9, вобласти сервисной роботехники в системах массового обслуживания — с двух до 15,в сфере строительства — с ноля до 8, в сфере добычи полезных ископаемых — стрех до 10.

К2024 г. в России появятся уникальные сенсоры и сенсорные системы. В том числебудет разработано пять уникальных чувствительных элементов сенсоров физическихвеличин, 10 цифровых сенсоров и мультисенсорных систем, 25 датчиков производственного оборудования ипроцессов, пять бионических датчиков и 20 датчиков мониторинга готовойпродукции.

Числозарегистрированных российских патентов на изобретения и полезные модели понаправлению роботехники и сенсорики увеличится со 100 до 500, числозарегистрированных международных патентов — с семи до 50, а число научныхпубликаций в изданиях WoSи топ-20 GoogleSchloar— с 20 до 100.

Такжепланируется почти пятикратное увеличение ежегодного выпуска патентоспособныхтехнических решений — со 100 в 2018 г. до 500 и более в 2024 г.

Приэтом предполагается значительное увеличение качества получаемых решений, чтоскажется на их конкурентоспособности на мировом рынке. Так, в 2018 г только 6%технических решений в области робототехники и сенсорики были доведены дополучения международных патентов. В 2024 г. этот показатель планируетсяувеличить до 10%. Планируется также пятикратное увеличение количествавысокорейтинговых научных публикаций, в том числе за счет финансирования такихнаучных фондов, как РФФИ (Российский фонд фундаментальных исследований), РНФ(Российский научный фонд) и др.