Аватар для МЧС: как создавали робота-спасателя по имени Федор
Деловой комплекс «Альфа Центр» расположился в исторической части Магнитогорска, научно-производственное объединение (НПО) «Андроидная техника» арендует здесь несколько помещений общей площадью 1,2 тыс. кв. м. Эту комнату в компании называют фитнес-лабораторией: раньше здесь находился зал для занятий аэробикой и йогой, вспоминает технический директор НПО Евгений Дудоров, который проводит для корреспондента журнала РБК экскурсию по предприятию.
В нескольких лабораториях разбросаны разные запчасти роботов, над которыми сейчас работают сотрудники. «Мы называем это роботической расчлененкой», — усмехается Дудоров. В помещении стоит запах нагретого пластика: на одном из этажей установлен 3D-принтер, на котором компания печатает детали, необходимые для создания роботов — все они собираются вручную.
В 2018-м сотрудники «Андроидной техники» переедут в левобережную часть Магнитогорска, в которой живет лишь 10% населения города. Если посмотреть с правого берега реки Урал на левый, то в глаза бросаются дымящиеся трубы промышленных предприятий — Магнитогорского металлургического комбината и его «дочек». «Сейчас мы чувствуем себя как в съемном жилье, а там площадка будет полностью наша», — радуется Дудоров. Компания получит 32 тыс. кв. м, из которых около трети займут офисные здания, а рядом появятся три испытательных полигона и собственные производственные линии.
Дудоров работает в «Андроидной технике» более трех лет. Каждую неделю ему приходится летать в Москву — за год выходит около 80 перелетов: в столице базируются основные заказчики, проходят различные конференции и выставки. Кроме того, для перелета в другой город все равно приходится приезжать в столицу. «Я уже воспринимаю самолет как автобус», — смеется Дудоров.
За 11 лет «Андроидная техника» выпустила 50 роботов для частных компаний, ведомств и корпораций. Среди ее партнеров и заказчиков — Минпромторг, ФСБ, МЧС, Министерство здравоохранения, Центр подготовки космонавтов им. Гагарина, Российское атомное сообщество, ракетно-космическая корпорация (РКК) «Энергия» и другие. Годовой бюджет «Андроидной техники» в 2014–2016 годы составлял около 500 млн руб.: НПО развивается на собственные средства и деньги, полученные от контрактов, в том числе государственных.
По 35% средств уходит на материалы и комплектующие и на зарплату сотрудников, по 10% — на работы подрядчиков, оплату аренды и ЖКХ и модернизацию предприятия. Компания существует уже второе десятилетие, но первые упоминания о ней в федеральных СМИ появились лишь три года назад.
Помощник МЧС
В России будет создан робот, которым можно управлять, надев на себя дублирующий костюм, как в фильме «Аватар», писал в колонке для «Российской газеты» в 2014-м вице-премьер Дмитрий Рогозин. Это совместная работа Фонда перспективных исследований (ФПИ), МЧС и «Андроидной техники». Позже проект получил название «Спасатель», так как по его завершении должен был появиться робот, который сможет заменить человека в опасных для жизни условиях, например во время проведения спасательных операций после взрыва на производстве, при обрушении дома, стихийных бедствиях и т.д.
«Андроидная техника» оказалась «явным лидером на отечественном рынке разработчиков антропоморфных роботов», говорит руководитель проекта Национального центра развития технологий и базовых элементов робототехники ФПИ Сергей Хурс. Выбор магнитогорской компании как основного исполнителя проекта «Спасатель» Хурс в разговоре с журналом РБК назвал закономерным: перед этим в ФПИ изучили список из полутора десятков университетов и фирм, которые работали в том же направлении.
Создание робота, которого позже назовут Федором, проходило в два этапа и заняло два года и четыре месяца. Сначала в компании создали пять технологических макетов для отработки программного обеспечения (ПО): два из них выглядели как полноценные роботы, у остальных не было верхней или нижней части. Один из первых прототипов Федора «встретился» с патриархом Кириллом в октябре 2016-го, во время православного студенческого форума. Роботом управлял оператор в дублирующем костюме: Федор протянул патриарху руку, но тот ее не пожал.
Один из роботов-прототипов получил гидравлический привод, но после тестирования от него пришлось отказаться — из-за высокой цены механизма и его ненадежности, объясняет Дудоров. В результате финальный вариант Федора работает на электроприводе, добавляет он.
«На первом этапе мы сделали несколько типичных ошибок», — признается генконструктор НПО «Андроидная техника» Алексей Богданов.
Когда первые версии Федора выполняли задания, выяснилось, что в лежачем положении робот переставал «видеть» пространство впереди себя: стало понятно, что ему нужно сделать подвижную голову. Когда робот в первый раз попробовал сесть в автомобиль, оказалось, что у него недостаточно подвижны позвоночник и тазобедренный сустав. А во время испытаний в 20-градусный мороз Федор переставал работать, так как сделан из алюминия и слишком быстро охлаждается, вспоминает генеральный конструктор.
«Если автомобиль не прогреть, его тяжело завести. Так получилось и с роботом: мы решили эту проблему с помощью специальной экипировки — одежды со встроенной системой обогрева», — поясняет Богданов.
В 2015-м «Андроидная техника» приступила ко второму этапу проекта — созданию итоговой версии антропоморфного робота-спасателя. Именно в этот момент он получил название FEDOR — Final Experimental Demonstration Object Research. Впрочем, расшифровку аббревиатуры в «Андроидной технике» придумали уже после того, как робот получил свое имя, признался Дудоров.
На одной из многочисленных выставок автоматизированного спасателя Федором назвал Рогозин, который является председателем попечительского совета ФПИ, рассказал Хурс. Он не уточнил, почему Рогозин выбрал именно это имя, но известно, что внука вице-премьера зовут Федор.
Импортная независимость
15 тыс. деталей, около 20 л.с., или 13,5 кВт, что соответствует мощности мотоцикла, — так сейчас выглядит антропоморфный робот из Магнитогорска, рассказывает Богданов. Рост робота — 180 см, вес в зависимости от комплектующих может достигать 160 кг. Кроме того, у него есть сменные комплекты рук и ног.
Стоимость всего проекта «Спасатель» не раскрывается. Источник, близкий к проекту, говорит, что создание Федора обошлось примерно в 300 млн руб. Комплектующие, из которых состоит магнитогорский робот, стоят около 25 млн руб., называет цифру Дудоров.
Роботы имеют достаточно высокую стоимость, так как каждый из них создается индивидуально, объясняет Богданов: в США такое изобретение может стоить около $40 млн (около 2,3 млрд руб.). «Когда роботы будут производиться серийно, они будут стоить около 1 млн руб., как среднестатистический седан», — прогнозирует он.
В мире насчитывается около 120 моделей антропоморфных, то есть полноразмерных и человекоподобных, роботов, Федор не уникален, но у него есть качества, которых нет ни у кого. Он может самостоятельно открыть дверь, сесть в автомобиль, выжать сцепление и газ и поехать в автономном режиме, поясняет журналу РБК глава фонда Alpha Robotics Venture Владимир Белый.
У Федора отличная моторика, он умеет ориентироваться в пространстве за счет поворотов головы — это важно как для космических полетов, так и для работы в экстремальных ситуациях, продолжает эксперт. При этом американцы больше инвестируют в систему динамического равновесия, поэтому у них роботы уже умеют делать сальто, а Федор — пока нет. Для России слишком дорого использовать и «убивать» роботов таким способом: например, у компании Boston Dynamics роботы постоянно падают и ломаются.
Половина всех комплектующих Федора — отечественного производства. В нем нет китайских деталей: компания проводила сравнительные испытания, и ни одно из них не показало преимущества азиатской техники, «пусть бы она и была в три-четыре раза дешевле», разводит руками Дудоров. Зато в российском «аватаре» есть комплектующие из Швейцарии, созданные по специальному заказу. «На них даже стоит надпись «Андроидная техника», — показывает Дудоров на одну из деталей в руке Федора. Среди других стран-производителей — Япония, Америка, Германия. Все компании-партнеры работали по чертежам, которые им прислали из Магнитогорска.
Около 90% электронных компонентов для Федора производят в России: например, «Андроидная техника» закупает их у своих давних партнеров, предприятий «Абрис-Технолоджи» и Silicium из Санкт-Петербурга. Работает первый российский робот-спасатель на базе операционной системы реального времени (используется для так называемых точно работающих устройств, например промышленных), которую также создали в Санкт-Петербурге на базе Linux, говорит Богданов. «Подобные операционные системы есть и у Microsoft, но нам нужно выбирать отечественного производителя, чтобы не зависеть от других стран», — улыбается он.
Российский робот имеет комбинированную систему управления: он может работать автономно в течение часа или в режиме управления оператором, когда тот надевает костюм и «вселяется» в Федора. Для подзарядки робота придется включить в розетку: энергии он потребляет не больше, чем электрический чайник.
Кроме того, оператор может управлять роботом в так называемом супервизорном режиме — показывая, что нужно сделать, на экране монитора. Работать с Федором можно даже на больших расстояниях — во время одного из тестов сотрудник в дублирующем костюме находился в немецком городе, расположенном в 4 тыс. км от Магнитогорска. ПО способно передать сигнал и на другую планету, но обратная связь, то есть действия робота, будет осуществляться с задержкой, объясняет Дудоров. Именно возможность контролировать робота на большом расстоянии станет наиболее востребованной для следующего проекта.
Сутки в космосе
«Разорванная в клочья страна» создает робота для покорения космоса», — написал 8 октября 2016-го у себя в Twitter Рогозин. К твиту он прикрепил видео, на котором Федор отжимается, поднимает гантели, управляет автомобилем и выполняет другие действия. Это было первое объявление о том, что Федор полетит в космос, рассказывает Дудоров.
Он вспоминает, что после того, как робот прошел все 56 испытаний на полигоне Центрального научно-исследовательского института точного машиностроения в Москве, Рогозин предложил показать его в РКК «Энергия».
РКК «Энергия» уже приступает к подготовке космического эксперимента «Испытатель» (последователь проекта «Спасатель»), в котором Федору предстоит совершить полеты на борту корабля «Федерация» как помощнику пилота с собственными задачами, рассказывает Хурс.
Новый пилотируемый космический корабль «Федерация» должен прийти на смену российским «Союзу» и «Прогрессу». Техническое задание готово, согласовываются договорные документы, подтверждает Дудоров (в РКК «Энергия» не ответили на запрос журнала РБК). Первый полет «Федерации» в автоматическом режиме запланирован на 2022 год, а с экипажем — на 2024-й. Для начала Федор пробудет в космосе менее суток — за это время корабль сделает несколько витков вокруг Земли, рассказывает Богданов: «Первые полеты кораблей всегда опасные, поэтому робот возьмет на себя все риски вместо живых людей». После трех-четырех подобных полетов управлять кораблем смогут космонавты, а Федора можно будет выгрузить на Международной космической станции (МКС), отметил главный конструктор.
Для полета в космос «Андроидная техника» создаст еще минимум трех Федоров: один из них будет проходить испытания в лабораторных условиях (воздействие радиацией, невесомость), другой — внутри макета корабля «Федерация», а третий полетит в космос. В отличие от нынешнего Федора будущий робот-космонавт должен на 90% состоять из отечественных комплектующих: в космической отрасли есть лишь ограниченный список разрешенных импортных компонентов.
Специалисты «Андроидной техники» будут сами делать большинство элементов, импортными будут базовый вычислитель, то есть «мозг» Федора, и матрица видеокамер, обещает Богданов. Кроме того, роботу придется «прийти в форму»: сейчас он широковат в плечах и тяжеловат — максимально разрешенный для него вес составляет 96 кг, рассказывает главный конструктор.
К полету у Федора также появятся специально разработанные для космоса батареи и «черный ящик», робот должен будет сам зайти на корабль, контролировать его параметры полета, выделять тепло, как это делал бы человек, и фиксировать все происходящие события. Русскому «аватару» придется самому взаимодействовать с Центром управления полетами (ЦУП) и выполнять другие действия, которые в будущем будут выполнять живые люди, рассказывает Богданов.
Один полет человека в космос стоит $2–4 млн, а каждый выход человека в открытое пространство — еще $0,5 млн, оценивает Дудоров. Поэтому он уверен: проще взять робота, доставить его в космос, поместить на поверхности космического аппарата и управлять им с Земли, выполняя те же действия, что и человек. Гипотетический Федор может сэкономить за десять лет около $120 млн, говорит Дудоров.
А в госкорпорации «Росатом», которая сотрудничает с «Андроидной техникой», уже присмотрели Федору несколько востребованных профессий, рассказали в ФПИ: сортировщик радиоактивного мусора и специалист по разделке корпусов кораблей с ядерными энергоустановками, где пока массу операций выполняют люди.
В 2017 году ФПИ и Минобрнауки объявили конкурс по созданию ПО для первого Федора: «его потенциал не выбран», настаивает Дудоров. С инициативой создания софта для автономного управления выступили 30 российских вузов.
После завершения проекта «Спасатель» российский «аватар» долго не отдыхал.
«Робот платформы F.E.D.O.R. показал навыки стрельбы с двух рук», — написал Рогозин в Twitter 13 апреля 2017-го. Разработчики добавили в него новые технологии, благодаря которым Федор научился стрельбе по-македонски из двух пистолетов по группе мишеней, в том числе подвижных. «Это видео вышло нам боком — один из немецких партнеров отказался с нами работать из-за того, что российский робот стреляет», — говорит с досадой Дудоров.
Пока же Федор-спасатель «живет» в одной из лабораторий «Андроидной техники». Робот установлен на специальной металлической подставке, которая держит его, пока он выключен. «Готов к работе!» — произносит Федор мужским голосом в момент активации.
Для съемки в журнале РБК сотрудники «Андроидной техники» запрограммировали Федора на выполнение нескольких команд. «Когда вы видите, как японский робот спускается по ступенькам, этому предшествует несколько недель тренировок», — объясняет Дудоров. В ходе показательных выступлений для нас Федор дублировал действия оператора, одетого в специальный костюм: брал яблоко, двигал руками, передвигался по помещению.
В конце съемки сотрудник попытался его вернуть на подставку, но толкнул, и Федор рухнул на пол. «Ни разу не падал, но все когда-то случается в первый раз», — говорит Дудоров. С пола Федора поднимали вчетвером. Сотрудники лаборатории тщательно осмотрели голову — именно на нее пришелся удар; на первый взгляд все было в порядке. Дудоров посетовал: «Жаль, что вы не сняли: было бы неплохо задокументировать этот момент для истории».
