Основные направления развития робототехники в 2024 году

Автор: Полещук Сергей Иванович

Организация: ГБОУШшкола №482 Выборгского района Санкт-Петербурга

Населенный пункт: г. Санкт-Петербург

Введение

Современную жизнь невозможно представить без использования информационных технологий, которые все глубже внедряются во все сферы человеческой жизни и деятельности.

Поставленная правительством Российской Федерации задача инновационного развития экономики требует опережающего развития образовательной среды, в том числе развития детского технического творчества. Одной из наиболее инновационных областей в сфере детского технического творчества является образовательная робототехника, которая объединяет классические подходы к изучению основ техники и современные направления: информационное моделирование, программирование, информационно-коммуникационные технологии.

В настоящее время робототехника отражает все грани научно-технического творчества и является уникальной образовательной технологией, направленной на поиск, подготовку и поддержку нового поколения молодых исследователей с практическим опытом командной работы на стыке перспективных областей знаний, которая приобретает все большее значение в российских образовательных программах.

В данной статье рассмотрены основные направления и тенденции развития современной робототехники в 2024 году.

 

Актуальность темы

 

Люди склонны переоценивать эффект новейших технологий на ближайшее будущее и недооценивать их влияние на далекую перспективу, это значит, что государству и бизнесу нужна доступная программа развития инновационных отраслей в обозримом будущем.

Направление робототехники развивается стремительными темпами, каждый год в него вносятся новые инновации. 2024 год можно считать годом робототехники, значительных преобразований в областях разработки, внедрения, увеличения финансирования. Все признаки указывают на ускоренный рост робототехники как минимум в ближайшие 10 лет.

Четвертая промышленная революция (Индустрия 4.0) предполагает новый подход к производству, основанный на массовом внедрении информационных технологий в промышленность, масштабной автоматизации бизнес-процессов и распространении искусственного интеллекта. Инновационные направления робототехники меняют промышленность в ответ на исторические вызовы последних нескольких лет, данные тенденции формируют будущее робототехники. Робототехника как перспективное направление уже превратилась в неотъемлемую часть нынешней промышленной революции, ключевыми факторами которой стали роботизация производства и обширное внедрение аддитивных технологий.

Основные сферы применения роботов

Новые технологии и прорыв в области искусственного интеллекта обеспечили процветание роботизированных механизмов в разнообразных областях жизнедеятельности человека. Сейчас без роботов невозможно представить себе многие процессы, особенно в промышленности. Станки с ЧПУ, манипуляторы, автоматизированные производственные линии – не что иное как воплощение технологий робототехники [3].

Рассмотрим некоторые основные сферы применения роботов:

- Медицина

В настоящее время особенно активно развивается роботизированная хирургия. Медицинские роботы берут на себя многие функции, которые раньше выполнялись врачами-хирургами.

Благодаря кибернетическим технологиям современный человек может вернуть утраченную часть тела. Огромный прорыв в медицине произошел с тех пор как появились бионические протезы, которыми люди управляют при помощи собственной нервной системы.

Медицинские экзоскелеты представляют собой целые роботизированные костюмы, предназначенные для восполнения утраченных функций, увеличения силы мышц человека и расширения амплитуды движений за счет внешнего каркаса и приводящих частей. Экзоскелеты применяются не только в медицине, но и в строительстве, промышленности, военной сфере. В этих областях используют силовые и разгрузочные способности экзоскелетов.

Современные достижения робототехники могут заменить даже сетчатку глаза. Специальное устройство показывает картинку из пикселей, пациент видит черно-белые очертания окружающих предметов и учится распознавать их благодаря специальным упражнениям.

- Космос.

Космороботы активно используются человеком в освоении просторов Вселенной. Роботизированные механизмы собирают образцы почвы и исследуют новые пространства в условиях, которые опасны для жизни человека: при повышенной радиации, экстремальных температурах и т.д.

- Системы безопасности.

Роботизированные устройства со специальными датчиками позволяют оперативно обнаруживать пожароопасные ситуации и успешно предотвращать их. Помимо этого, существуют разведывательные и боевые модели роботов, роботы саперы и т.д.

- Производство.

В условиях высокой конкуренции на промышленном рынке предприятия стараются сделать свои производственные процессы максимально эффективными, помогают им в этом современные роботизированные технологии. Автоматизированные промышленные роботы применяются для сварки, укладки, покраски и прочих операций, требующих многократного повторения и высокой точности. Использование промышленных роботов значительно увеличивает производительность предприятий, в то время как человеческие ресурсы освобождаются для выполнений более важных задач.

- Быт.

Роботы гораздо ближе к людям, чем кажется. Многие из них достаточно давно и успешно используются в быту. Самые распространенные бытовые роботы – это пылесосы, газонокосилки, массажеры и т.д. Все большей популярностью в последнее время пользуются «умные дома», в которые внедрена автоматизированная сеть, контролирующая электричество, водоснабжение, безопасность и другие системы.

- Развлечения.

Применение роботов в различных направлениях деятельности привело к их внедрению в сферу досуга. Сегодня на прилавках магазинов немало радиоуправляемых и интерактивных детских игрушек, которые умеют петь, танцевать, рассказывать сказки, летать. Вершина современных разработок – роботы гуманоидного типа, реалистичные андроиды, умеющие поддерживать беседу, анализировать информацию и даже шутить.

- Сфера обслуживания.

Для обслуживания клиентов в современных организациях используются промороботы. Они общаются с людьми, распознают лица и речь, делают фото, самостоятельно передвигаются, избегая препятствий. Так называемые боты подключаются к любым внешним системам: базам данных, системам безопасности, сайтам и сервисам. Сегодня роботы заменяют или дополняют «живых» сотрудников – гидов, консьержей, консультантов, промоутеров - в аэропортах, отделениях сотовой связи и банках, торговых и бизнес-центрах, ресторанах, музеях, жилых комплексах.

 

Основные направления развития

 

Робототехника, как очень перспективное направление, превратилась в неотъемлемую часть нынешней промышленной революции, ключевыми факторами которой стали роботизация производства и обширное внедрение аддитивных технологий (Технологий послойного наращивания и синтеза объектов.). Хотя роботизированные системы нашли применение уже далеко за пределами непосредственно промышленности, сегодня достаточно сложно спрогнозировать, какая именно сфера изменит повседневную жизнь. Из основных направлений развития робототехники можно выделить: [5]

Бытовые роботы.

Уже мало кого удивляют автоматизированные уборщики или пылесосы, но ожидается скачкообразное развитие этой тенденции. Вскоре в большинстве домов появятся роботы, запрограммированные на исполнение повседневных задач и всевозможных хозяйственных работ – в течение 5–10 лет ожидается прирост домашней сервисной роботизированной техники на 400 %. Эксперты полагают, что машинам будет отдана работа, не влекущая за собой социально-опасных последствий (уборка, стирка), но в обозримом будущем люди не полностью уступят приготовление пищи и уход за детьми.

Групповая робототехника.

Достаточно проблематичная тенденция в качестве направления робототехники. Ученые работают над созданием робототехнических систем, состоящих из отдельных небольших машин, которые децентрализовано взаимодействуют друг с другом и окружающим миром - самоорганизующийся рой. Основное препятствие к реализации данной цели это создание аппаратного обеспечения, достаточно компактного и мощного для организации связи.

Медицинские роботы.

Одна из наиболее мотивированных сфер, поскольку от её развития напрямую зависит спасение человеческих жизней. Уже сегодня машины повсеместно используются при проведении хирургических операций и многих других процедур. Ежегодный прирост автоматизированных машин в медицине составляет 20 % и более.

Киборги.

Здесь робототехника как перспективное направление играет особенную роль, поскольку является единственной возможностью полноценно заменять конечности и отдельные органы людям, нуждающимся в протезах того или иного рода. Спрос на продукцию этого рода очень велик, а возможности сферы стали более обширными после возникновения 3D-биопринтинга.

Искусственный интеллект.

Появление интеллектуальных машин и программного обеспечения, способного самостоятельно существовать и действовать в окружающей среде. И хотя действительно самостоятельного ИИ пока не существует, вероятность его возникновения в ближайшие годы чрезвычайно высока.

 

Направления развития ближайшего будущего

 

Направления, которые в ближайшем будущем окажут наибольшее влияние на развитие робототехники в России и мире: [3, 4]

- Новые материалы.

Особое внимание эксперты уделяют двум перспективным материалам: нитрид галлия (GaN), который может успешно заменять кремний для производства транзисторов и графен, супертонкий и суперпрочный материал, из которого можно производить исполнительные приводы роботов, новые аккумуляторы и много чего еще.

- Новые источники энергии, технологии ее сбора и хранения.

Чтобы роботы по своим возможностям могли конкурировать с человеком, нужны прорывные технологии в их энергообеспечении. Например, это совершенствование нынешних литиевых аккумуляторов, создание новых элементов питания на основе водорода и прочее. Также нельзя забывать и об альтернативных, возобновляемых источниках энергии. Наконец, должна быть усовершенствована технология дистанционной подзарядки робота, например, от встроенных в пол или стены источников энергии.

- Взаимодействие групп роботов и людей.

Речь идет о системах управления беспилотным трафиком. Чтобы избежать несчастных случаев и аварий, транспортные роботы должны иметь канал взаимосвязи как с человеком, так и друг с другом.

- Навигация в экстремальных условиях.

Роботы должны понимать, что они делают и куда они двигаются не только в нормальных для человека условиях, но и там, куда люди просто так попасть не смогут: например, в горах или на морском дне. Кроме этого, нельзя исключать ситуации, когда робот останется вообще без связи (например, под землей или при поломке спутника). На этот случай важно разрабатывать полностью автономную систему навигации для беспилотных устройств. Подобные наработки уже сейчас есть как за рубежом, так и в России.

- Машинное обучение.

Развитие искусственного интеллекта необходимо для создания действительно полезных и «умных» роботов. Аналитики Сбербанка выделяют в этой области четыре основополагающих вектора развития: повышение эффективности использования нейросетей за счет усложнения их архитектуры или снижения энергопотребления; обучение алгоритмическим процедурам вместо жесткого программирования, что упростит, а значит, и ускорит процесс получения машиной навыков; массовое внедрение облачных сервисов для машинного обучения; совершенствование двигательных действий роботов благодаря технологиям искусственного интеллекта.

- Человеко-машинное взаимодействие.

Экономика роботов, как и всех других инновационных технологий, заключается в повышении производительности труда. Автоматизация - это не самоцель, а инструмент повышения экономической эффективности. Наилучший результат покажет не замена людей роботами, а их сотрудничество.

- Манипуляционная робототехника.

Специалисты Сбербанка полагают, что в ближайшие пять лет нас едва ли ждет прорыв в аппаратных технологиях для роботов («железо»), зато развитие программного обеспечения позволит увеличивать возможности и снижать издержки манипуляционной техники. В первую очередь речь идет о совершенствовании обратной связи сенсоров (Робот, захватывая объект, должен будет детально сообщать оператору его вес, размеры, силу сжатия и т.д.). Новые компьютерные технологии позволят программировать более сложные траектории движения манипуляторов.

- Сенсорика.

Одно из определений понятия робот, гласит, что это машина, которая умеет воспринимать окружающий мир с помощью сенсоров, обрабатывать полученные таким образом сигналы и соответствующим образом реагировать. Удешевление, упрощение и совершенствование возможностей сенсорики - одно из ключевых напрвлений развития робототехники в ближайшие годы.

- Робосимуляторы.

Чтобы обучать роботов, нужны большие объемы данных. Чтобы их получать, необязательно строить модель робота - иногда это может быть экономически невыгодно, иногда даже опасно для человека. Поэтому объемы создания компьютерных симуляторов робота с расширением автоматизации будут только увеличиваться.

- Новый привод.

Фундаментально принципы создания приводных механизмов едва ли изменятся, но и тут возможно внедрение инноваций, ведутся разработки новых двигателей и редукторов.

- Проектирование и производство.

Речь идет в первую очередь об инновациях в программном обеспечении. Библиотеки электронных компонентов, качественные цифровые дневники, инструменты виртуальной реальности способны упростить процесс проектирования изделия. На этапе же производства стимулировать прогресс робототехники станет появление новых материалов, их удешевление, а также развитие 3D-печати. Здесь также не обойтись без оптимизации программного обеспечения, которое позволит создавать новые машины проще и быстрее.

 

Основные тенденции робототехники в мире

- Рост инвестиций в робототехнические компании. Нехватка рабочей силы и нарушение цепочек поставок подпитывают спрос на робототехнику в промышленности. Инвесторы продолжают финансировать последние инновации в области робототехники в различных отраслях, включая медицину, производство, логистику, гостиничный бизнес и автомобилестроение, стремясь извлечь выгоду и направить развитие прорывных технологий робототехники. [2]

- «Умные фабрики» и робототехника. Использование нескольких комбинаций современных технологий робототехники для создания очень гибких, самоадаптирующихся производственных мощностей, известных как «умная фабрика» уже применяется в некоторых странах мира. Сборочные линии выиграют от промышленных роботов и автоматизированных решений, а умные фабрики станут нормой. Цифровые фабрики и интеллектуальные фабрики с роботами могут достичь новых уровней эффективности и гибкости за счет скоординированного соединения различных процессов, информационных потоков и заинтересованных сторон.

- Коллаборативные роботы (коботы - это автоматическое устройство, которое может работать совместно с человеком для создания или производства различных продуктов). Коботы и вспомогательные роботы занимают центральное место на рабочем месте. Многие компании мечтают о полной автоматизации, но реальность такова, что полная автоматизация может быть непомерно дорогой, и есть много задач, которые роботы не могут выполнять так же хорошо, как люди на данном этапе. Таким образом, инновационные компании ищут решения, которые используют лучшее из того, что могут предложить люди и роботы. Фактически, популярность коботов привела к упадку повествования о том, что «роботы воруют рабочие места». Реальность такова, что роботы помогают людям работать легче и безопаснее, в то время как роботы заполняют пустые роли.

- Увеличение внедрения RPA в робототехнику. (RPA - роботизированная автоматизация процессов). RPA улучшает контроль качества, снижает затраты и повышает эффективность, а также имеет множество других важных преимуществ.

- Работники-роботы (сотрудники-роботы). Подобно коботам, сотрудники-роботы - это тенденция, возникшая в ответ на пандемию. Сам вирус COVID-19 изначально вынуждал компании сокращать контакты сотрудников с клиентами из соображений безопасности. Однако во второй половине пандемии и далее нехватка кадров стала очень острой проблемой для многих предприятий. В результате роботы начинают занимать незаполненные рабочие места, даже в тех ролях, которые когда-то считались невозможными для автоматизации. Хорошим примером этого являются автономные роботы-доставщики, используемые для доставки еды и других небольших онлайн-заказов.

- Роботы как услуга (RaaS). Роботизированное оборудование не покупается напрямую, а берется в аренду. Услуги по аренде робототехники обычно включают в себя мониторинг, анализ и профилактическое обслуживание. Это дает множество преимуществ, в том числе снижение первоначальных инвестиций в робототехнику и возможность перепроектирования по мере необходимости. Одними из самых больших ограничений для небольших компаний по внедрению робототехники в свои производственные мощности были опыт сотрудников и высокие первоначальные инвестиции. Однако с ростом тенденции «все как услуга» (*aaS) эта проблема больше не существует. Теперь компании могут пользоваться RPA с помощью моделей «роботы как услуга» (RaaS).

- Интеграция ИИ в робототехнике. В 2024-2025 году ИИ останется одной из главных тенденций в робототехнике, поскольку его приложения продолжают развиваться очень быстрыми темпами. Предприятия могут интегрировать искусственный интеллект в роботизированные системы автоматизации для создания интеллектуальной автоматизации. Такие процессы, как обслуживание клиентов и управление запасами, также могут быть автоматизированы, что было бы невозможно при использовании только робототехники. Инновации в машинном обучении, компьютерном зрении и обработке естественного языка будут только способствовать росту популярности ИИ наряду с роботизированными системами и внутри них.

- Профилактическое обслуживание с помощью робототехники. Робототехника может сэкономить огромные суммы денег с течением времени, но она также сопряжена с затратами на техническое обслуживание, чтобы обеспечить сохранение максимальной производительности. В результате профилактическое обслуживание в робототехнике в этом году становится все более популярным. Прогностическое обслуживание использует такие технологии, как датчики Интернета вещей, для мониторинга производительности и физического состояния робота. Данные датчиков выявляют провалы производительности, указывающие на то, что пора завершить техническое обслуживание, прежде чем потребуется капитальный ремонт.

- Роботы станут более доступными и простыми в использовании. Несколько лет назад внедрение программируемых роботов означало вложение больших денег и времени, но все меняется. Новые поколения роботов, которые меньше по размеру и более доступны по цене, разрабатываются с целью упрощения внедрения, они являются хорошими доступными решениями для малых и средних предприятий.

- Роботы в общественном питании. Пищевая промышленность - это не то, что многие считают «индустрией роботов», ведь сложно представить робота, занимающего место известного шеф-повара на изысканной кухне или изобретающего новые рецепты для кулинарной книги. Однако на повседневные рабочие места в пищевой промышленности не хватает кандидатов, и предприятиям необходимо решение, которое может удовлетворить спрос на быстрое питание. Хорошим примером работающей пищевой робототехники является уже известный робот для приготовления пиццы Picnic (открылся для предварительных продаж в 2021 году,). Это один из растущего числа роботов, работающих как услуга, которые, вероятно, произведут революцию в индустрии продуктов питания и напитков в течение следующего десятилетия.

 

Заключение

В работе рассмотрены основные направления и тенденции развития современной робототехники, основные сферы применения роботов.

Можно сделать вывод, что за последние несколько лет произошел масштабный рост автоматизации в большем количестве отраслей промышленности, чем когда-либо прежде. Робототехника лежит в основе этого роста. Более широкое внедрение робототехники будет снижать цены и вызовет новые волны инноваций в отрасли.

Нужно подчеркнуть важность и необходимость в учебных заведениях активнее внедрять образовательную робототехнику. Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.

 

Литература

1. Конюх В.Л. Основы робототехники. Издательство: Ростов н/Д: Феникс, 2008. – 288 с. https://www.studmed.ru/konyuh-v-l-osnovy-robototehniki_3be39611657.html
2. Электронный ресурс: https://b-mag.ru/14-tendencij-robototehniki-2022-goda-koboty-rpa-investicii-v-robotov-sotrudniki-roboty-ii-i-dr/
3. Электронный ресурс: https://mirsmazok.ru/pokrytiya/sovremennye-napravleniya-i-tekhnologii-dlya-robototekhniki/
4. Электронный ресурс: https://trends.rbc.ru/trends/innovation/5d6feaba9a79479e9bfce47e
5. Электронный ресурс: https://zarnitza.ru/press-center/blog/osnovnye-napravleniya-robototekhniki-samoe-perspektivnoe-napravlenie-dlya-razvitiya/
6. Электронный ресурс: https://infourok.ru
7. Электронный ресурс: https://www.prorobot.ru/top/roboty

1. file0.docx (30,3 КБ)

Опубликовано: 16.12.2024