Робототехника онлайн: шесть бесплатных курсов на русском языке. Программирование роботов

Робототехник одновременно является инженером, программистом и кибернетиком, должен иметь знания в области механики, теории проектирования и управления автоматическими системами. Поэтому, чтобы стать квалифицированным специалистом в этой области, нужно иметь колоссальные знания и практические навыки в разных областях.

Самые востребованные специальни будущего, связанных с робототехникой

Инженеры-робототехники занимаются созданием роботов. Исходя из целей проекта, они продумывают электронную начинку, механику движения, программируют машину на определённые действия. Причём работа по созданию робота обычно ведётся целой командой разработчиков.

Однако недостаточно создать инновационную автоматизированную технику, нужно управлять её работой, проводить регулярный осмотр и ремонт. Этим, как правило, занимается обслуживающий персонал.

Кроме того, робототехника постоянно развивается. Начинает процветать кибернетика, которая подразумевает сочетание био- и нанотехнологий. Квалифицированные специалисты этой области регулярно занимаются исследованиями и совершают революционные открытия .

В робототехнике можно выделить 7 востребованных специальностей:

1. Инженер-электроник – разрабатывает робототехнику, ремонтирует оборудование и обеспечивает надёжность электронных элементов управления.

2. Сервисный инженер – занимается техническим обслуживанием и ремонтом робототехники, производит диагностику оборудования, а также проводит обучение и консультации операторов, которые будут управлять роботами.

3. Электротехник – универсальный специалист по электронным приборам, который отвечает за корректное генерирование, преобразование и формирование электрических сигналов, а также обеспечивает проведение многих других процессов. Должен иметь обширные знания в области физики, математики и химии.

4. Программист робототехники – разрабатывает программное обеспечение для роботов, согласно их назначению. Также участвует в сервисном обслуживании, осуществляет запуск и отладку инновационных механизмов.

5. Специалист 3D-моделирования – совмещает в себе навыки визуализатора и модельера. В обязанности специалиста входит разработка трёхмерных моделей робототехники.

6. Разработчик приложений – занимается созданием функциональных приложений для дистанционного управления робототехникой.

7. Педагог специальности «Робототехника» – может заниматься обучением школьников, студентов профильных вузов, преподавать на продвинутых или подготовительных курсах, вести курсы повышения квалификации, участвовать в семинарах и лекциях.

Где обучают робототехнике в России?

Вузы, готовящие специалистов по робототехнике:

1. Московский технологический университет (МИРЭА, МГУПИ, МИТХТ) – www.mirea.ru

2. Московский государственный технологический университет «Станкин» – www.stankin.ru

3. Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана – www.bmstu.ru

4. Национальный исследовательский университет «МЭИ» – mpei.ru

5. Сколковский институт науки и технологий – sk.ru

5. Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II – www.miit.ru

6. Московский государственный университет пищевых производств – www.mgupp.ru

7. Московский государственный университет леса – www.mgul.ac.ru

Дистанционные курсы:

Первый российский вуз, запустивший онлайн-курсы обучения робототехнике. На данный момент студенты и ученики старших классов могут записаться на два потока: «Практическая робототехника» и «Основы робототехники».

2. Просветительский проект «Лекториум» – www.lektorium.tv

Проводит онлайн-курсы по основам робототехники для старшеклассников, студентов и специалистов.

3. Образовательная программа Intel – www.intel.ru

Клубы и кружки для подростков:

Университет Innopolis запустил в трёх регионах России программу обучения школьников.

2. Клуб «РОБОТРЕК» в Саратове – робототехника-саратов.рф

3. «Лига роботов» в Москве – obraz.pro

4. Учебный центр Edu Craft в Москве – www.edu-craft.ru

5. Клубы My Robot в Санкт-Петербурге – hunarobo.ru

6. Академия робототехники в Краснодаре – www.roboticsacademy.ru

7. Лаборатория робототехники Политехнического музея Москвы – www.roboticsacademy.ru

Полный список кружков и клубов во всех городах России можно найти на сайте: edurobots.ru .

Таким образом, люди любого возраста и специальности имеют возможность в кратчайшие сроки освоить навыки создания автоматизированных систем. Практически на всех курсах обучения выдают сертификат, подтверждающий факт приобретения слушателем теоретических и практических знаний по разработке робототехники.

Павел Баскир - о том, как запустить, масштабировать и монетизировать интереснейший образовательный проект

IT-инструменты, которые использует Павел Баскир

• FlowPlan
• 1С:Образовательное учреждение
• 1С:Бухгалтерия («облачная»)

Московский предприниматель Павел Баскир хотел, чтобы его 10-летнему сыну было интересно учиться чему-то новому. И запустил в Москве сеть кружков по образовательной робототехнике. Дети во время занятий на площадках «Лиги роботов» получают знания по математике, информатике, физике и другим дисциплинам, а потом конструируют и испытывают модели роботов. Проекту нет ещё и года, но за это время он уже дважды серьёзно расширялся..

38 лет, предприниматель, учредитель московской «Лиги роботов» . Учился в МАИ на факультете радиоэлектроники, в Российском экономическом университете им. Плеханова и Open University UK (МИМ ЛИНК), но оконченного высшего образования так и не имеет. С 1997 по 2015 год года владел и управлял компаниями, которые являлись партнерами-франчайзи фирмы «1С». Затем продал бизнес и открыл по франшизе кружки робототехники «Лига роботов» в Москве. Бизнес начинался с одного кружка, сейчас их 40.

Старт

Московская «Лига роботов» началась с конструктора Lego Mindstorm, который Павел Баскир подарил сыну на Новый год. Игрушка давала возможность в игровой форме познакомить сына с дисциплинами, которые необходимы для создания роботов – математике, физике, информатике.

Павел стал искать образовательную программу, которая бы использовала принципы роботехники. Этот поиск привел его вместе с сыном на конференцию «Skolkovo Robotics», где они познакомились с Николаем Паком из Новосибирска, основателем открытого инженерного движения «Лига роботов».

Проект зародился в 2011 году в Новосибирске и с тех пор успешно развивается и в других городах - Томске, Симферополе, Астане и др. Его участники знакомятся с роботехникой, участвуют в конкурсах и конференциях, занимаются проектной деятельностью.

Павла Баскира заинтересовал опыт «Лиги роботов»: привлекло наличие авторской методики обучения робототехнике для школьников всех возрастов. Это была не просто система теоретических знаний, а действующая схема, отработанная на тысячах учеников. Как предпринимателю Павлу понравилось, что у новосибирской команды есть франшиза и уже работающие по ней проекты в других городах. Он купил франшизу и открыл «Лигу роботов» в Москве. «Этот опыт «отчуждаем». Мы не привязаны к каким-то конкретным людям, мы берём материал и можем уже дальше по нему работать», - замечает Павел.

Методика

Каждое занятие «Лиги роботов» длится три часа и проходит по выходным дням один раз в неделю. Ребенок изучает теорию из тех разделов, которые необходимо знать для робототехники – математики, физики, программирования, инженерии, механики. Потом, основываясь на полученных знаниях, ребята собирают робота, программируют его и испытывают в действии.

«Наша методика полезна больше для общего образования. Робототехника для нас – это не цель, а средство изучения разных наук. Знания мы даем в прикладном виде»

Каждый курс рассчитан на три месяца (триместр) и состоит из 12 уроков. Последние два урока в триместре – проектные занятия. Ребёнок делает своего робота, используя конструктор Lego, и презентует родителям.

У каждого занятия есть сценарий. Преподаватель работает в рамках сценария, иногда адаптируя его под особенности группы или примеры из своего профессионального опыта. Работа десятков преподавателей контролируется и синхронизируется различными способами. Это системы дистанционного контроля, общение через соцсети, обратная связь от родителей и коллег. Раз в неделю преподаватели участвуют в общем собрании, где обсуждаются текущие вопросы, педагогические моменты, а также актуальные события из мира робототехники.

Рабочее «железо»

На занятиях используют роботов, которых собирают из конструкторов Lego WeDo и Lego Mindstorm. Именно этими конструкторами пользуется новосибирская «Лига роботов», по ним компания и наработала методическую базу. «Нам при выходе на рынок был важен не конструктор, а наработанная по нему методика, - объясняет Павел Баскир. Также для нас было важным, что именно этот конструктор используют для проведения большей части международных олимпиад по робототехнике».

Конструкторы Lego включают в себя датчики, двигатели и контроллер (мозг робота), а также набор механических деталей. Датчики самые разнообразные – света, касания, звуковые, инфракрасные. Роботы активно взаимодействуют с физическим миром: датчики отправляют информацию на контроллер, который по алгоритмам написанной учеником программы «принимает решения» о своих дальнейших действиях для выполнения поставленной задачи. После команды компьютера двигатель приводит в движение шестерёнки, колёса и другие детали.

Для этих конструкторов разработана специальная визуальная среда программирования. Дети не пишут код программы, а перетаскивают в программу и настраивают через параметры готовые программные блоки.

Набор Lego WeDo предназначен для детей дошкольного или младшего школьного возраста. В нём проще детали и они такие же, как в классических конструкторах Lego. Набор Lego Mindstorm рассчитан на ребят постарше: там другой принцип крепления деталей. Стоят наборы 10 и 30 тысяч рублей соответственно. На занятиях они выдаются детям бесплатно.

Преподаватели

Московская «Лига роботов» для поиска преподавателей, которым интересна робототехника и работа с детьми, создала отдельную структуру – Школу преподавателей Лиги роботов (ШПЛР). Всем кандидатам перед началом работы необходимо пройти в ней обучение.

Сначала создатели московской «Лиги роботов» попытались сделать обучение преподавателей платным. Тем самым они хотели проверить мотивацию претендентов и повысить «входной порог», чтобы отсечь случайных людей. Но вскоре от платы отказались. Она отпугивала тех людей, которые хотели прийти, но не понимали, что происходит в московской «Лиге роботов» и за что им надо платить.

Отбор будущих преподавателей проходит в шесть этапов: заполнение мотивационных тестов, личное собеседование перед началом обучения, наблюдение кураторов во время обучения, сдача экзаменов на знание теории, прохождение практики, выходное собеседование. Само обучение длится не менее 40 часов. Преподавателями, в основном, становятся студенты технических вузов. В ШПЛР им дают уроки педагогического мастерства, робототехническую теорию и практику под руководством опытного наставника. С ноября прошлого года по январь 2016 года школа подготовила более 200 человек. В московской «Лиге роботов» считают, что чем больше преподавателей, тем больше гарантии качества и взаимозаменяемости.

Масштабируемость

Павел Баскир на стадии запуска бизнеса понимал, что в Москве «Лигу роботов» надо развивать не на одной, а сразу на нескольких площадках. Для того чтобы «обкатать» сетевую модель управления, необходимо было на начальном этапе выйти не менее чем на 10 площадок. Они были открыты в сентябре 2015 года На них можно было опробовать управленческие решения и методику «Лиги роботов», выявить их слабые места и принять меры, которые позволили бы их улучшить.

Управление несколькими площадками одновременно помогает снизить как расходы на закупки оборудования, так и расходы на обучение персонала. По затратам обучение преподавателей на одну или на 10 площадок отличаются не сильно.

Изначально Павел ориентировал свой проект только на школы и школьников. Он исходил из того, что в школах есть компьютерные классы с оборудованием, которые по выходным пустуют. Их можно использовать для занятий на взаимовыгодных для «Лиги роботов» и школ условиях. Сейчас московская «Лига роботов» заключает с образовательным учреждением договор о сетевой реализации образовательных программ. Компания не платит за помещение для занятий, а школа получает обучение школьных педагогов, комплекты конструкторов, подготовку школьных команд к спортивным соревнованиям по робототехнике. Конструкторы через год после работы кружка в школе становятся собственностью образовательного учреждения. Полученные методики и оборудование школа может использовать для своего основного образовательного процесса.

Чтобы договориться со школами, Павел Баскир и коллеги в мае 2015 года попали на прием в департамент образования Москвы, где рассказали о проекте. Летом они свозили завучей школ в фонд «Сколково», где сделали презентацию достижений современной робототехники и своего проекта. После этого несколько директоров школ предложили сотрудничество.

Неожиданно с аналогичным предложением обратились и те учреждения, которые изначально не рассматривались «Лигой роботов» в качестве потенциальных площадок - библиотеки и центры молодёжного инновационного творчества. Теперь «Лигу роботов» зовут на свою территорию частные детские сады и школы.

Компания проводит также занятия на базе организаций, у которых есть собственные учебные компьютерные классы, простаивающие в выходные дни. За предоставление помещения «Лига роботов» бесплатно обучает детей сотрудников.

На каждой площадке функционирует один кружок робототехники. Пропускная способность кружка – до 100 детей за выходные, но загруженность у секций в разных частях Москвы неодинаковая. Есть районы, где заинтересованных ребят меньше, чем ожидали организаторы. В каждом кружке занимается 6 групп детей, группа обычно формируется из 16 человек.

Аудитория

Сначала московская «Лига роботов» планировала проводить занятия только с ребятами школьного возраста. Но после запуска проекта родители дошкольников тоже стали проявлять интерес. Если есть спрос, то и предложение появится: сейчас компания работает и с детьми от 5 лет.

Группы формируются по возрасту участников и по уровню их подготовленности. Если в «Лигу роботов» придут двое ребят одинакового возраста, но один из них уже занимался в кружке, а другой нет, их распределят в разные группы. И они будут учиться по разным программам. Всего таких программ 13, а общий объем учебного материала более 600 академических часов.

Иногда родители, уверенные в одарённости своего ребёнка, просят перевести его в группу более старшего возраста. Тогда сотрудникам приходится объяснять, что результат лучше, если ребёнок занимается по программе в соответствии со своим возрастом и параллельно со школьной программой. Но эти доводы не все воспринимают с первого объяснения.

Вложения

Инвестиции в проект составили около 4 миллионов рублей. Это были личные накопления Павла Баскира, полученные от продажи предыдущего бизнеса.

Приобретение франшизы обошлось в 500 тысяч рублей. Остальное потратили на аренду офиса, закупку наборов конструктора Lego, подготовку первых 40 преподавателей. Павел Баскир пробовал получить кредит, но безрезультатно. Банки кредитуют под залог имущества и отдают предпочтение тем компаниям, которые уже имеют какую-то историю.

«В принципе, мы не слишком нуждались в заемных средствах, для открытия бизнеса нам хватило своих. Зато мы проверили, можно ли получить кредит, когда речь пойдёт о масштабировании бизнеса»

Цены на свои занятия московская «Лига роботов» устанавливала интуитивно – 1000 рублей за один трехчасовой урок. У большинства конкурентов столько же стоит час занятий. Но невысокие цены способствовали большой пропускной способности. За счёт этого получилось выйти на массовый рынок. Сейчас в секциях «Лиги роботов» в Москве занимается несколько тысяч детей. Ежемесячная выручка составляет более 8 миллионов рублей.

Сложности и нюансы

Изначально Павел Баскир отводил себе в проекте роль учредителя и стратега. «Мечта каждого предпринимателя – он задумывает что-то интересное, и оно само собой воплощается. Конечно, так не бывает. У нас была сформирована управленческая команда во главе с генеральным директором. Но жизнь внесла свои коррективы: пришлось сильно погружаться в процессы и помогать команде. Ребята большие молодцы, берутся за масштабные задачи, которые в этой отрасли ещё никто не делал, получают очень интересный профессиональный опыт. А я в свою очередь им в этом помогаю», - говорит Павел.

Многому приходилось учиться в процессе работы, в том числе взаимодействию с госорганами. Павлу и его команде пришлось осваивать навыки лоббирования интересов – как своего предприятия, так и всей отрасли негосударственного дополнительного образования. Предприниматели изначально рассчитывали, что договориться получится быстрее и проще. Например, до сих пор не уточнена юридическая форма взаимодействия между «Лигой роботов» и департаментом образования Москвы, хотя этим вопросом основатели «Лиги» серьезно занимаются с первого дня работы проекта.

На рынке робототехники существует около сотни организаций, занимающихся образовательной деятельностью в этой сфере. Есть как небольшие сети из кружков робототехники, так и большое количество несетевых кружков, созданных энтузиастами при школах, дворцах творчества и на других площадках. «Мы понимаем, что на рынке есть несколько серьёзных игроков, готовящихся зайти со своими предложениями. Мы всех знаем и к конкуренции готовы», - говорит Павел Баскир.

Занятия в «Лиге роботов» сезонные: из-за каникул и экзаменов выпадают декабрь, январь, май, июнь, июль и август. Зарабатывать в «межсезонье» на занятиях с детьми не получается. В компании эти периоды используют для маркетинга и подготовки преподавателей.

Одним из мероприятий с целью популяризации образовательной робототехники в «межсезонье» стал «Робомарафон» Это серия бесплатных мастер-классов, которые проводятся в течение нескольких месяцев в году в технопарках, библиотеках и центрах молодёжного творчества. «Проектная мощность» последнего «Робомарафона» составляла 12000 обучающихся детей. Его устраивает московская «Лига роботов» совместно с привлечёнными партнёрами. «Робомарафон» - это возможность рассказать о своём проекте и получить новых участников платных занятий. Также «Лига роботов» участвует в научно-технических фестивалях, которые устраивают другие организаторы.

Планы

Московская «Лига роботов» хочет расширять образовательный контент и давать детям не только знания по робототехнике, но и по «дружественным» дисциплинам, например, 3D-моделированию и 3D-печати.

Для этого у создателей проекта теперь есть все возможности. В этом году московская «Лига роботов» получила грант от департамента науки, промышленной политики и предпринимательства Москвы и министерства экономического развития России на открытие собственного центра молодёжного инновационного творчества. Он будет оборудован 3D-принтерами, фрезерами и лазерами – всем оборудованием, необходимым для знакомства школьников с современными технологиями 3D-печати.

В «межсезонье» московская «Лига роботов» планирует проводить летние лагеря – городские или выездные. Также в планах проведение одноразовых мастер-классов для детей и взрослых. Опыт их проведения уже есть. Например, в фонде «Сколково» устраивали «Робоночь», которую посетили около 120 взрослых. Они участвовали в мастер-классах, связанных, по сути, с детскими конструкторами.

Компания работает над корпоративным предложением, которое направлено на проведение мероприятий для детей сотрудников разных организаций и фирм.

Одна из первостепенных задач – увеличить к осени 2016 года количество площадок до ста. Для этого летом будут набирать и готовить новых преподавателей, искать новые территории для проведения занятий.

Что общего у программиста, занимающегося андроидами, погруженного в психологию и бихевиористику, и инженера, который пишет алгоритмику индустриальных роботов и изучает мехатронику и высшую математику? Оба они занимаются робототехникой - самой востребованной отраслью в ближайшем будущем. Сейчас роботостроение в России - непаханое поле: потребность в разных роботах (промышленных, домашних, мобильных, боевых, антропоморфных) довольно высокая, а специализируются на их производстве всего несколько компаний. Что нужно знать о профессии робототехника и чему начинать учиться уже сегодня, Look At Me узнал у экспертов.

Эланд Инбар о недостатках американского
образования и о том, чем полезен конструктор Lego

«У создания роботов есть две важных составляющих: инженерные решения и железо, с одной стороны, и обработка данных и софт - с другой. Чтобы быть робототехником, нужно понимать и разбираться в обоих вопросах, там как они одинаково важны. Роботы - это те же самые компьютеры, только с моторами и сенсорами. Думайте о них как об информатике, воплощённой в жизнь. В любом случае, чтобы постигнуть эту науку, вам придётся начать с разработки программного обеспечения, а значит, придётся выучить языки программирования. Например, Python широко поддерживается многими платформами. ROS (Robot Operating System ) сейчас тоже набирает популярность, хотя их создателей Willow Garage больше не существует. Начинающим робототехникам я рекомендую приобрести конструкторы LEGO EV3 или Robotis Bioloid для тренировок, они помогут погрузиться в детали. Добейтесь уверенности при работе с этими конструкторами, разработайте основные алгоритмы (простейшую навигацию, захваты и т. д.). Это даст вам базу. Потом надо обязательно устроиться интерном в робототехническую компанию - там вас научат всему. Кстати, если вы решили учиться робототехнике в американском вузе, то помните, что там основное внимание уделяется машиностроению, а вам никак нельзя забывать про софт.

Сейчас очень много прикольных роботов, но никто их не покупает, потому что на самом деле они не решают важных проблем

Однажды вы почувствуете, что готовы к созданию собственного робота. Это и легче, и труднее всего. Поэтому я всегда советую начинать с необходимости. Возьмите за основу реальную проблему, и пусть ваше устройство решает её. Сейчас очень много прикольных роботов, но никто их не покупает, потому что на самом деле они не решают важных проблем. В тоже время сейчас проблем полно. Займитесь ими, и это приведёт вас к успеху».

Владимир Белый о том, почему роботов
стоит создавать в человеческом обличии

«Робототехника - очень широкое понятие, в него входит и разработка программного обеспечения и мобильного софта, и создание сложных инженерных решений, программирование искусственного интеллекта и дизайн. Это очень перспективное направление не только для инженеров и программистов, но и для дизайнеров, маркетологов и даже психологов. Мы живём в интересное время: на наших глазах зарождается абсолютно новый рынок, продукты которого изменят нашу жизнь. Подобное случилось, когда появились, например, персональные компьютеры.

Сегодня я и моя команда работаем над усовершенствованием наших роботов. Мы делаем это, чтобы облегчить жизнь людей, оставить им больше времени для общения с родными и любимыми. Роботы должны заменить нас в рутинной и опасной работе, как уже произошло во многих видах производства. Сейчас нельзя представить нашу жизнь без промышленных роботов, которые занимаются сборкой, сваркой, сортировкой разных продуктов - они оптимизируют предприятия, позволяют сократить расходы и риски.

Помимо промышленных роботов, есть так называемые биоморфные роботы - прообразы животных и насекомых, которые благодаря своим размерам и прочим особенностям могут выполнять особые задачи. Однако антропоморфные роботы, то есть похожие на людей, это наиболее удобный вариант воплощения искусственного интеллекта. Дело в том, что весь окружающий нас быт создан с расчётом на человека: на его рост, особенности анатомии. Поэтому гораздо более выгодно создать машину, способную передвигаться и работать в тех же условиях, что и мы, чем приспосабливать, скажем, робота на гусеничной платформе или на колёсной базе, к человеческому быту. Кроме того, сработал психологический фактор: люди всегда стремились создать себе подобного.

Нужно сразу создавать параллельный мир, где роботы сосуществуют с людьми
и становятся их помощниками

Сегодня антропоморфная робототехника пока ещё находится в зарождающейся стадии: областей для применения таких роботов много, а нерешённых проблем - ещё больше. Наша компания старается развивать эту отрасль. Мы специально создали экосистему, в которой разработчикам ПО даётся возможность делать приложения для наших роботов, то есть фактически организовали рабочие места для программистов. Кроме того, это хорошо и для потребителя. Покупая нашего робота Alphabot или арендуя его, он получает некую машину, которую можно «приспособить» под конкретные нужды. Здесь можно провести аналогию с App Store. Мы покупаем IPAD, загружаем нужные программы и получаем персонифицированное устройство.

Однако на данном этапе люди ещё не могут свыкнуться с мыслью, что вскоре роботы войдут в нашу жизнь так же плотно, как, например, планшеты. Важно понимать, что мы не призываем разрушить старый мир, а на его руинах что-то создавать. Нет! Нужно сразу создавать параллельный мир, где роботы сосуществуют с людьми и становятся их помощниками. Призываем всех людей присоединиться к такой идеологии и вместе развивать будущее человечества.

В восстание машин, которого многие опасаются, я не верю. Но всегда нужно помнить, что за любой машиной стоит человек. А вот в людях нельзя быть уверенным до конца».

Сергей Мельников о том, как самостоятельно изучить робототехнику и собрать своё первое устройство

Сергей Мельников

Разработчик автоматизированных систем, программист, преподаватель робототехники, администратор servodroid.ru

«Я стал заниматься роботами ещё в школе, когда меня зачислили в кружок «Радиолюбитель». Там я научился паять, разбираться в схемотехнике и делать простые инженерные конструкции. Когда же я научился читать любые радиоэлектронные схемы, дело дошло до простого робота с парой светодатчиков и реле, по которым он видел, и мог передвигаться. Самое интересное - наблюдать, как «железяка» без человеческой помощи сама, своими силами, что-то делает. После того как я собрал своё первое громоздкое устройство с кучей проводов, залитое клеем и обмотанное скотчем, я влюбился в робототехнику.

В Санкт-Петербурге я учился на программиста, но при этом продолжал заниматься роботами. Я самостоятельно погружался в специальность и считаю, что это лучший путь, и каждый может ему следовать.

Я специализируюсь не только на BEAM-робототехнике, но и на сложных вычислительных системах, комплексах и, конечно же, программном обеспечении. Например, я сотрудничаю с МЧС и занимаюсь роботами для спасательных и разведывательных работ. Но в основном моя любимая часть - это BEAM («биология, электроника, эстетика, механика») . С этого всё начинается: с простейших роботов из доступных компонентов без сложного программирования. Собирая BEAM-робота, мы стараемся подходить к выполнению задачи с разных ракурсов, даже не имея большого числа электронных компонентов и логических цепочек. Собирая такого робота, мы в конце концов можем ткнуть пальцем в любую его часть и рассказать о ней всё от А до Я. Рассказать, как идёт сигнал от фотодатчика, как он обрабатывается микросхемой, и что получается в конце. Мы всегда можем по цепочке выявить причину, из-за которой не работает робот. Это лучшая база для новичков.

Я уверен, что робототехника очень перспективная сфера деятельности. Она позволяет человеку применить практически любые свои знания. Создать робота - это как нарисовать картину, имея в руках не кисть, а паяльник. Каждый раз ты удивляешься тому, что можешь собрать такую чудную конструкцию, а самое важное - найти ей применение».

Работающий на стыке кибернетики, психологии и бихевиоризма (науки о поведении), и инженер, составляющий алгоритмы для промышленных роботизированных комплексов, среди основных инструментов которого - высшая математика и мехатроника, работают в самой перспективной отрасли ближайших лет - робототехнике. Роботы, несмотря на сравнительную новизну термина, издавна знакомы человечеству. Вот лишь несколько фактов из истории развития умных механизмов.

Железные люди Анри Дро

Еще в мифах Древней Греции упоминались механические рабы, созданные Гефестом для выполнения тяжелых и однообразных работ. А первым изобретателем и разработчиком человекоподобного робота стал легендарный Леонардо да Винчи. До наших дней сохранились подробнейшие чертежи итальянского гения, описывающие механического рыцаря, способного имитировать человеческие движения руками, ногами, головой.

Созданию первых автоматических механизмов с программным управлением положили начало в конце XVΙΙΙ века европейские часовые мастера. Наиболее преуспели на этом поприще швейцарские специалисты отец и сын Пьер-Жак и Анри Дро. Ими создана целая серия ("пишущий мальчик", "рисовальщик", "музыкантша") в основе управления которыми лежали часовые механизмы. Именно в честь Анри Дро в дальнейшем все программируемые человекоподобные автоматы стали называть "андроидами".

У истоков программирования

Основы программирования промышленных роботов были заложены на заре XIX века во Франции. Здесь же и были разработаны первые программы для автоматических текстильных станков (прядильных и ткацких). Стремительно растущая армия Наполеона остро нуждалась в обмундировании и, следовательно, тканях. Изобретатель из Лиона Жозеф Жаккар предложил способ быстрой перенастройки ткацкого станка для производства различных видов продукции. Нередко эта процедура требовала огромного количества времени, колоссальных усилий и внимания целого коллектива. Суть нововведения сводилась к использованию картонных карточек с перфорированными отверстиями. Иглы, попадая в просеченные места, необходимым образом смещали нити. Смена карт быстро проводилась оператором станка: новая перфокарта - новая программа - новый тип ткани или узора. Французская разработка стала прообразом современных автоматизированных комплексов, роботов с возможностью программирования.

Идею, предложенную Жаккаром, с восторгом использовали в своих автоматических устройствах многие изобретатели:

• Начальник статистического управления С. Н. Корсаков (Россия, 1832 г.) - в механизме для сравнивания и анализа идей.
• Математик Чарльз Бэббидж (Англия, 1834 г.) - в аналитической машине для решения широкого круга математических задач.
• Инженер (США, 1890 г.) - в устройстве для хранения и обработки статистических данных (табуляторе). Для заметки: в 1911 году компания. Холлерита получила название IBM (International Business Machines).

Перфокарты были основными носителями информации вплоть до 60-х годов прошлого века.

Своим названием интеллектуальные машины обязаны чешскому драматургу В пьесе "R.U.R.", увидевшей свет в 1920 году, писатель назвал роботом искусственного человека, созданного для тяжелых и опасных участков производства (robota (чешск.) - каторга). А что отличает робота от механизмов и автоматических устройств? В отличие от последних, робот не только выполняет определенные действия, слепо следуя заложенному алгоритму, но и способен более тесно взаимодействовать с окружающей средой и человеком (оператором), адаптировать свои функции при изменении внешних сигналов и условий.

Принято считать, что первый действующий робот был сконструирован и реализован в 1928 году американским инженером Р. Уэнсли. Человекоподобный "железный интеллектуал" получил имя Герберт Телевокс. На лавры пионеров претендуют также ученый-биолог Макото Нисимура (Япония, 1929 г.) и английский военнослужащий Уильям Ричардс (1928 г.). Созданные изобретателями антропоморфные механизмы имели схожий функционал: способны были двигать конечностями и головой, выполнять голосовые и звуковые команды, отвечать на простые вопросы. Основным предназначением устройств была демонстрация научно-технических достижений. Очередной виток в развитии технологий позволил в скором времени создать и первых индустриальных роботов.

Поколение за поколением

Разработка робототехники представляет собой непрерывный, поступательный процесс. К настоящему моменту сформировались три ярко выраженных поколения "умных" машин. Каждое характеризуется определенными показателями и сферами применения.

Первое поколение роботов создавалось для узкого вида деятельности. Машины способны выполнять только определенную запрограммированную последовательность операций. Устройства управления роботами, схемотехника и программирование практически исключают автономное функционирование и требуют создания специального технологического пространства с необходимым дополнительным оборудованием и информационно-измерительными системами.

Машины второго поколения называют очувствленными, или адаптивными. Программирование роботов осуществляется с учетом большого набора внешних и внутренних сенсоров. На основе анализа информации, поступающей с датчиков, вырабатываются необходимые управляющие воздействия.

И наконец, третье поколение - интеллектуальные роботы, которые способны:

• Обобщать и анализировать информацию,
• Совершенствоваться и самообучаться, накапливать навыки и знания,
• Распознавать образы и изменения ситуации, и в соответствии с этим выстраивать работу своей исполнительной системы.

В основе искусственного интеллекта лежит алгоритмическое и программное обеспечение.

Общая классификация

На любой представительной современной выставке роботов многообразие "умных" машин способно поразить не только простых обывателей, но и специалистов. А какие бывают роботы? Наиболее общую и содержательную классификацию предложил советский ученый А. Е. Кобринский.

По назначению и выполняемым функциям роботов подразделяют на производственно-промышленные и исследовательские. Первые, в соответствии с характером выполняемых работ, могут быть технологическими, подъемно-транспортными, универсальными или специализированными. Исследовательские предназначены для изучения областей и сфер, опасных или недоступных для человека (космическое пространство, земные недра и вулканы, глубоководные слои мирового океана).

По типу управления можно выделить биотехнические (копирующие, командные, киборги, интерактивные и автоматические), по принципу - жестко программируемые, адаптивные и гибко программируемые. Бурное развитие современной предоставляет разработчикам практически безграничные возможности при проектировании интеллектуальных машин. Но отличное схемное и конструктивное решение будет служить лишь дорогостоящей оболочкой без соответствующего программного и алгоритмического обеспечения.

Чтобы кремний микропроцессора смог взять на себя функции мозга робота, необходимо "залить" в кристалл соответствующую программу. Обычный человеческий язык не способен обеспечить четкую формализацию задач, точность и надежность их логической оценки. Поэтому требуемая информация представляется в определенном виде с помощью языков программирования роботов.

В соответствии с решаемыми задачами управления выделяют четыре уровня такого специально созданного языка:

• Низший уровень используется для управления исполнительными приводами в виде точных значений линейного или углового перемещения отдельных звеньев интеллектуальной системы,
• Уровень манипулятора позволяет осуществлять общее управление всей системой, позиционируя рабочий орган робота в координатном пространстве,
• Уровень операций служит для формирования рабочей программы, путем указания последовательности необходимых действий для достижения конкретного результата.
• На высшем уровне - заданий - программа без детализации указывает что надо сделать.

Робототехники стремятся свести программирование роботов к общению с ними на языках высшего уровня. В идеале оператор ставит задачу: "Произвести сборку двигателя внутреннего сгорания автомобиля" и ожидает от робота полного выполнения задания.

Языковые нюансы

В современной робототехнике программирование роботов развивается по двум векторам: роботоориентированное и проблемно ориентированное программирование.

Наиболее распространенные роботоориентированные языки - AML и AL. Первый разработан фирмой IBM только для управления интеллектуальными механизмами собственного производства. Второй - продукт специалистов Стэндфордского университета (США) - активно развивается и оказывает существенное влияние на формирование новых языков этого класса. Профессионал легко разглядит в языке характерные черты Паскаля и Алгола. Все языки, ориентированные на роботов, описывают алгоритм, как последовательность действий "умного" механизма. В связи с этим программа зачастую выходит очень громоздкой и неудобной в практической реализации.

При программировании роботов на проблемно ориентированных языках, в программе указывается последовательность не действий, а целей или промежуточных позиций объекта. Наиболее популярным в этом сегменте является язык AUTOPASS (IBM), в котором состояние рабочей среды представлено в виде графов (вершины - объекты, дуги - связи).

Обучение роботов

Любой современный робот представляет собой обучаемую и адаптивную систему. Вся необходимая информация, включающая знания и умения, передается ей в процессе обучения. Это осуществляется, как непосредственным занесением в память процессора соответствующих данных (детальное программирование - семплинг), так и с использованием сенсоров робота (методом наглядной демонстрации) - все движения и перемещения механизмов робота заносятся в память и затем воспроизводятся в рабочем цикле. Обучаясь, система перестраивает свои параметры и структуру, формирует информационную модель внешнего мира. Это и есть основное отличие роботов от автоматизированных линий, промышленных автоматов с жесткой структурой и других традиционных средств автоматизации. Перечисленные методы обучения обладают существенными недостатками. Например, при семплинге перенастройка требует определенного времени и труда квалифицированного специалиста.

Весьма перспективной выглядит программа для программирования роботов, представленная разработчиками Лаборатории информационных технологий при Массачусетском технологическом институте (CSAIL MIT) на международной конференции промышленной автоматизации и робототехники ICRA-2017 (Сингапур). Созданная ими платформа C-LEARN обладает достоинствами обоих методов. Она предоставляет роботу библиотеку элементарных движений с заданными ограничениями (например, усилие хвата для манипулятора в соответствии с формой и жесткостью детали). В то же время, оператор демонстрирует роботу ключевые движения в трехмерном интерфейсе. Система, исходя из поставленной задачи, формирует последовательность операций для выполнения рабочего цикла. C-LEARN позволяет переписать существующую программу для робота другой конструкции. Оператору при этом не требуются углубленные знания в области программирования.

Робототехника и искусственный интеллект

Специалисты Оксфордского университета предупреждают, что в ближайшие два десятилетия машинные технологии заменят более половины сегодняшних рабочих мест. Действительно, роботы давно уже трудятся не только на опасных и трудных участках. Например, программирование значительно потеснило брокеров-людей на мировых биржах. Несколько слов об искусственном интеллекте.

В представлении обывателя это антропоморфный робот, способный заменить человека во многих сферах жизни. Отчасти так и есть, но в большей степени искусственный интеллект - это самостоятельная отрасль науки и технологии, с помощью компьютерных программ, моделирующая мышление "Homo sapiens", работу его мозга. На сегодняшнем этапе развития ИИ больше помогает людям, развлекает их. Но, по прогнозам экспертов, дальнейший прогресс в области робототехники и искусственного интеллекта может поставить перед человечеством целый ряд морально-этических и юридических вопросов.

В этом году на выставке роботов в Женеве самый совершенный андроид София заявила, что учится быть человеком. В октябре София впервые в истории искусственного интеллекта была признана гражданкой Саудовской Аравии с полноценными правами. Первая ласточка?

Основные тенденции робототехники

В 2017 году специалисты цифровой индустрии отметили несколько выдающихся решений в области технологий виртуальной реальности. Не осталась в стороне и робототехника. Очень перспективным выглядит направление совершенствующее управление сложным робомеханизмом через виртуальный шлем (VR). Эксперты пророчат востребованность такой технологии в бизнесе и промышленности. Вероятные сценарии использования:

• Управление беспилотной техникой (складскими погрузчиками и манипуляторами, дронами, трейлерами),
• Проведение медицинских исследований и хирургических операций,
• Освоение труднодоступных объектов и областей (дно океана, полярные области). Кроме того, программирование роботов позволяет им осуществлять и автономную работу.

Еще один популярный тренд - connected car. Совсем недавно представители гиганта Apple заявили о старте разработок собственного "беспилотника". Все больше фирм выражают свою заинтересованность в создании машин, способных самостоятельно перемещаться по пересеченным трассам, сохраняя грузы и оборудование.

Возрастающая сложность алгоритмов программирования роботов и машинного обучения предъявляет повышенные требования к вычислительным ресурсам и, следовательно, к "железу". По-видимому, оптимальным выходом в этом случае будет подключение устройств к облачной инфраструктуре.

Важное направление - когнитивная робототехника. Стремительный рост количества "умных" машин заставляет разработчиков все чаще задумываться о том, как научить роботов слаженно взаимодействовать.

Робототехника со стороны может казаться достаточно комплексным и требовательным предметом, который не то что дома, но и в специальных учебных заведениях получается освоить с трудом. В то же время занятиями по робототехнике в школах уже трудно кого-то удивить, как и самыми разными онлайн-уроками от китайского языка до графического дизайна. Но можно ли научиться создавать и программировать робота дома по дистанционной программе? Сегодня разбираем русскоязычные бесплатные онлайн-курсы по робототехнике.

Сразу оговоримся, что каждый курс предполагает, что роботов надо из чего-то собирать. Разные преподаватели предпочитают работать с разными конструкторами и на разных платформах, поэтому, прежде чем приступить к занятиям, стоит внимательно изучить эти вопросы и приобрести необходимую электронику заранее в соответствии с вашими интересами и запросами.

Возраст: от 13 лет

Платформа: Arduino

Преподаватели: руководитель и научный сотрудник направления робототехники Лаборатории инновационных образовательных технологий МФТИ Алексей Перепёлкин и Дмитрий Савицкий

Длительность: 6 недель

Эта программа существует уже почти два года, за это время её прошли несколько сотен человек. Из основных плюсов студенты выделяют структурированность и доступность учебного материала. Видео-лекции расскажут, как проектировать, собирать и программировать устройства. Каждую неделю - новое практическое задание. Создателям удалось рассказать о сложном простыми словами, и курс действительно подходит даже тем, у кого нет бэкграунда по теме. Можете не сомневаться: к концу занятий вы перейдете на «ты» с роботами и самостоятельно соберете 3D-принтер.

2. Курс «Роботы в быту» от МГТУ им. Н.Э. Баумана на «Универсариуме»

Возраст: от 15 лет

Преподаватели: Андрей Витальевич Кравцов и Борис Сергеевич Старшинов - к.т.н., доц., проф. Академии военных наук, доцент кафедры «Основы физики» МГТУ им. Н.Э. Баумана

Длительность: 1 месяц

Это более общий и теоретический курс для аудитории, которая понимает, чем мехатроника отличается от робототехники. Он состоит из четырех модулей, и практические задания предусмотрены на последнем этапе из 6 занятий с захватывающим названием «Применение робототехнических устройств в экстремальных условиях».

3. Курс «Основы программирования роботов» от МГУПИ на «Универсариуме»

Возраст: от 13 лет

Платформа: Arduino

Преподаватели: Андрей Назарович Будняк - Заместитель директора ЦТПО МГУПИ, Вице-президент Ассоциации спортивной робототехники, победитель соревнований Российской Федерации 2012 года по робо-сумо в номинации «Самый технологичный робот». Победитель и лауреат многочисленных соревнований по спортивной робототехнике: Кубок Политехнического музея, GEEK PICNIC, Чемпионат России по робо-сумо, RobotChallenge в Вене.

Длительность: по своему усмотрению

Ближайший курс: лекции доступны в записи

Курс от титулованного робототехника, победителя всевозможных соревнований Андрея Будняка рассчитан на тех, кто освоил школьную программу по физике и информатике (особенно разделы о электричестве и алгоритмах). При этом курс будет полезен даже тем, кто далек от электроники, но может применять микроконтроллеры в своей работе: архитекторы, дизайнеры, врачи, звуковики. В общем, всё, что вы хотели знать о регуляторах, индикаторах, приводах и датчиках, но боялись спросить.

4. Курс «Arduino для начинающих» от «Занимательной робототехники»

Возраст: от 10 лет

Платформа: Arduino

Длительность: по своему усмотрению

Ближайший курс: уроки доступны в записи

Команда «Занимательной робототехники» создала простой курс для новичков, где есть текстовые объяснения, фотографии и обучающие видео. Роль ведущего исполняет мальчик Саша, который последовательно выполняет все необходимые действия и сопровождает их комментариями. В этом заключается сразу и основной плюс и главный минус этой программы: действительно, каждый сможет повторить манипуляции, описанные в пошаговой инструкции, тем более когда есть подробное видео, но при этом часто остаются пробелы в понимании, что и зачем делается. С другой стороны, у курса довольно оживленное онлайн-коммьюнити, где все вопросы можно обсудить.

5. Уроки на Robot Class

Возраст: от 10 лет

Платформа: разные

Преподаватель: Олег Евсегнеев

Длительность: по своему усмотрению

Ближайший курс: уроки доступны в записи

Сборник разрозненных уроков по робототехнике и программированию от Олега Евсегнеева, которые разделены по уровню сложности: для новичков и для продвинутых. Это скорее тематический блог, нежели полноценный курс, но найти что-то полезное и интересное для себя смогут все, кто уже интересуется робототехникой. В отличие от других вариантов здесь нет видео - только текст с фотографиями, формулами, схемами и кусками кода. И такой, казалось бы, устаревший формат даже немного освежает.

6. Курс «Мой друг – робот. Социокультурные аспекты социальной робототехники» на Coursera

Платформа: нет

Преподаватель: Надежда Зильберман, кандидат филологических наук, доцент кафедры гуманитарных проблем информатики Томского государственного университета ()

Длительность: 7 недель

Этот курс не занимается техническими особенностями разработки роботов. Эта программа исходит из предпосылки, что роботы с минуту на минуту станут часть повседневности (а на самом деле - уже давно стали). Здесь обсуждаются именно социокультурные аспекты робототехники: как выглядит робот, как он взаимодействует с человеком, какие отношения выстраиваются между роботом и «хозяином» и на чем основывается этика этих отношений. Интересный теоретический курс, пройдя который вы узнаете, что такое «синдром Франкенштейна» и познакомитесь с «эффектом зловещей долины».