Ученые создадут роботы-тракторы, идеально приспособленные к особенностям российского сельского хозяйства

Многим из нас известна еврейская легенда о големе – глиняном человеке, которого оживили при помощи магии. Люди с давних времен мечтали о помощниках, которые не способны отвлекаться на посторонние мысли, не подвержены перепадам настроений, а потому идеально выполняют поставленные перед ними задачи. В античности и в средние века люди создавали сложные механизмы, но научить их действовать осмысленно никому не удавалось.

Первую надежду на успех в этом нелегком деле человечеству дали швейцарский часовщик Пьер-Жак Дро и его сын Анри Дро. Кстати, именно от его имени и происходит слово «андроид». Они в конце XVIII века собрали механического человека «Писец». По свидетельствам того времени, конструкция писала буквы и даже слова, покачивая головой в такт движениям. Однако «Писца» воспринимали, скорее, как диковинную игрушку.

Время полноценных роботов как помощников человека пришло в XX веке. Роботы, как многие достижения прогресса, сначала заявили о себе в научно-фантастической литературе. В 1920 году чешский писатель Карел Чапек впервые употребил слово «робот» в пьесе «R. U. R.» по отношению к «механическим людям». Появление первого его представителя в реальности не заставило себя долго ждать. Уже в 1936-м после двух лет кропотливой работы в мастерских Новочеркасского Политеха 16-летний советский школьник Вадим Мацкевич создал первого отечественного робота. Он был похож на человека, но умел немного: лишь поднимал правую руку. Тем не менее, произвел фурор на Всемирной выставке в Париже 1937 года.

Изобретение юного конструктора и связанный с ним международный резонанс привлекли внимание властей. К робототехнике стали относиться с большим вниманием, позволяя лучшим ученым работать в этой отрасли науки. В 1948 году Сергей Лебедев закончил разработку первой отечественной ЭВМ, а спустя два года в СССР уже работала первая вычислительная электронная цифровая машина МЭСМ (малая электронная счетная машина), на тот момент – самая быстродействующая в Европе.

Этот прообраз искусственного интеллекта (умной «начинки» для роботов) привел к сенсационному заявлению. В 1959 году впервые в отечественной науке кибернетик Виктор Глушков высказал идею о «мозгоподобных» структурах ЭВМ, в которых будут объединены функции памяти и обработки данных. Благодаря этому, полагал ученый, машины смогут самостоятельно принимать решения: какое действие целесообразнее совершить в настоящий момент исходя из поставленных задач. Не осталось сомнений: роботам возможно, хотя и в самой начальной форме, передать человеческую способность мыслить и стать полноценными помощниками.

Это предположение оказалось пророческим. Десятилетие 1960-х стало расцветом для прогресса робототехники. Она освободила людей от тяжелой и рутинной работы. Первый шаг на этом пути был сделан в 1961 году, когда в США был создан первый промышленный робот «Unimate». Он представлял собой одну механическую руку, разработанную специально для «General motors». Эта, казалось бы, незатейливая конструкция заменила труд 300 рабочих.

Роботы оказались полезными не только на Земле, но и в космосе. В 1961 году Юрий Гагарин совершил первый полет за пределы атмосферы. Одновременно с ним к звездам отправился робот: советская автоматическая межпланетная станция «Венера-1» полетела ко второй планете Солнечной системы. Дальше – больше. В 1966 году советская автоматическая станция «Луна-9» совершила посадку на поверхности спутника Земли. А автоматическая станция «Венера-3» достигла поверхности Венеры и оставила там вымпел СССР. Так впервые робот перелетел с Земли на другую планету.

Успехи роботов были настолько очевидными для всех, что в 1971 году в СССР робототехнику официально признали новым научным направлением. В Московском высшем техническом училище им. Баумана академик Евгений Попов возглавил кафедру специальной робототехники и мехатроники, а также создал существующую до сих пор научную школу. В Петербурге Евгений Юревич стал директором-главным конструктором созданного с нуля в Политехническом институте (сейчас Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого) Особого конструкторского бюро технической кибернетики (1968-1981 годы), ставшего впоследствии Центральным научно-исследовательским и опытно-конструкторским институтом робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК).

Читайте также: Центральный НИИ робототехники награжден почетным знаком правительства Петербурга

В 1972-м производство и разработка роботов в нашей стране были названы задачей государственной важности. Одно за другим стали появляться значимые изобретения. Например, первый советский транспортный робот «Таир». Он мог целенаправленно двигаться в естественной среде, при этом мастерски объезжая препятствия. Для этого в него были встроены тактильные датчики, оптический дальномер, датчики состояния собственных подсистем и другие вспомогательные устройства. Впервые для его управления была разработана нейроноподобная сеть, позволяющая распознавать и оценивать ситуацию, принимать решения и совершать маневры.

Эти разработки пригодились инженерам-робототехникам МГТУ им. Баумана в 1986 году, когда Шведову, Доротову, Чумакову и Калинину необходимо было буквально за несколько дней разработать мобильных роботов для устранения последствий аварии на Чернобыльской АЭС. От ученых требовалось сделать не только легких и мобильных роботов, способных легко объезжать многочисленные препятствия, но и способных выдержать высокий фон радиационной активности. Для этого они использовали сверхпрочный металл.

К работе на ЧАЭС практически с первых дней аварии привлекли и Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики как головную организацию в СССР по робототехнике. ЦНИИ РТК создал для Чернобыля 15 специальных роботов. В том числе первые, по крайней мере в СССР, дистанционно управляемые роботы-разведчики. Тяжелые роботы ЦНИИ РТК заменили несколько тысяч военнослужащих с лопатами и ломами, задействованных для очистки станции.

С июня 1986 по апрель 1987 года роботы обследовали более 15 тыс. кв. метров территории ЧАЭС и очистили около 5 тыс. «квадратов» от радиоактивного мусора. Один из первых роботов-разведчиков обследовал резервуар со льдом для конденсации пара, образующегося внутри защитной оболочки реактора при срабатывании системы аварийной защиты. Резервуар находился непосредственно под взорвавшимся энергоблоком, где мощность излучения достигала 15000 рентген в час. Как признался Евгений Юревич, человек, заглянувший в этот ад, был обречен.

ЦНИИ РТК также срочно разработал и изготовил аппаратуру для обследования зоны заражения вокруг ЧАЭС. Роботы блестяще справились с задачей: без них едва ли удалось собрать такое большое количество радиоактивного мусора и успешно захоронить его, а также забетонировать радиационные источники.

В Центральном научно-исследовательском и опытно-конструкторском институте в Петербурге продолжают создавать роботов для экстремальных условий. Созданы роботы нового поколения для разных целей – инспекции, охраны, борьбы с террористами, роботы-спасатели для МЧС России.

В XX-начале XXI века роботы стали буквально ближе к людям. «Роботы могут быть не просто полезными, а очень милыми», – стала говорить реальность. В 1980-х в СССР в одном из столичных модных домов появился робот-закройщик. Он нежно снимал мерки с клиентов и программировал идеально соответствующие их фигуре выкройки платья или костюма. В Японии не так давно появились первые андроиды-воспитатели, способные за пару минут увлечь ребенка игрой в кубики, а также андроиды-сиделки, заботливо ухаживающие за больными и престарелыми людьми.

В современной российской сфере услуг пока по-прежнему задействованы люди. Роботы отечественного производства «обитают» в сфере обороны, а также в машиностроении и тяжелой промышленности. Для легкой промышленности и сельского хозяйства роботы пока редкость. По статистике они задействованы только на 30% предприятий этих отраслей. В петербургском Центральном научно-исследовательском и опытно-конструкторском институте робототехники и технической кибернетики намерены изменить эту тенденцию. Ученые считают, что союз робота и человека в сельском хозяйстве поможет освоить новые плодородные земли и увеличить их урожайность.

В течение ближайших трех лет здесь будут работать над созданием робота-трактора. На первом этапе будет создана умная «начинка», которая позволит легко программировать аппараты для работы в полях.

На втором этапе ученым предстоит автоматизировать систему «полезных нагрузок» – опций, благодаря которым робот-трактор будет понимать, что ему делать в данный момент: сеять урожай, поливать или полоть. Причем система будет создана таким образом, что трактор сам, без дополнительных команд оператора, сможет выстраивать последовательность опций и менять их в зависимости от погодных условий или других факторов. Например, трактор планировал поливать поле пшеницы, но пошел дождь. В этом случае робот должен понять, что поливать уже не имеет смысла, лучше полоть.

На третьем этапе петербургские специалисты из Института робототехники планируют синхронизировать работу трактора с дроном. Дрон сверху будет «наблюдать» за полем и трактором при помощи GPS-датчиков, передавать ему команды, а робот уже на земле будет действовать в соответствии с ними. Это будет задача дрона – определить, где на поле низина и влага сохранилась, следовательно, полив не требуется, а где – места засушливые и требуют влаги.

Союз трактора и дрона поможет сделать действия более эффективными и эргономичными. Алгоритм действий будет разработан с учетом особенностей поля: его проходимости, почвы, расстояний. В итоге, будет уходить меньше топлива, износ техники будет сведен к минимуму. А урожайность благодаря таким бережным и «точечным» действиям станет больше.

Ученые считают, что сейчас в России сельскохозяйственные роботы как никогда необходимы. Ведь земли у нас много, и большая ее часть не освоена исключительно потому, что плотность населения мала и осваивать потенциально плодородную территорию просто некому. Если в сельском хозяйстве появится достаточно роботов, то отрасль, по предварительным прогнозам, будет развиваться в пять раз эффективнее.