От «Кактуса» до «Онкоробота»: петербургский НИИ робототехники отметил 50-летие

Полувековой юбилей Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК) отметил очередным выдающимся достижением. Впервые в России здесь сконструировали «Онкоробота», который вместо хирургов будет бороться со злокачественными опухолями у пациентов. Принцип работы этого уникального аппарата и прост, и сложен одновременно. Робот, управляемый компьютером и имитирующий руку хирурга, оснащен иглой, которая через мягкие ткани вводится в пораженный орган и точечно делает инъекции радиоактивных изотопов в опухоль. В результате чего та погибает.

«Пока эту операцию делают вручную, и она требует от хирурга сверхвысокой точности. Ведь если игла попадет мимо опухоли, то зараженными радиацией окажутся здоровые ткани, это может принести серьезный ущерб здоровью. Даже у самых опытных специалистов точность вкола варьируется в пределах полутора миллиметров. У «Онкоробота» точность попадания достигает десятых долей миллиметра! Что способно избавить эту разновидность операции от врачебной ошибки», – рассказал начальник лаборатории медицинской техники ЦНИИ РТК Сергей Никитин.

Аналогичные роботы существуют пока только в США, где на данный момент проходят этап доклинических испытаний. Российскому «Онкороботу» предстоит пройти подобные тесты сначала в Национальном медицинском исследовательском центре радиологии, а затем клинические испытания – уже на животных. И только потом это устройство попадет в операционные и будет помогать лечить людей от рака. Планируется, что случится это к 2020 году.

«Онкоробот» – результат долгой и методичной работы ученых из Института робототехники. Они продолжают традиции выдающейся советской инженерии, благодаря которой мир получил множество полезных, важных изобретений. «Сейчас петербургский Институт робототехники действует как отлаженный механизм: есть конкретные задачи, которые перед учеными ставит само время, и есть полувековой опыт, который помогает эти задачи безупречно решать. В результате жизнь людей становится проще, комфортней, безопасней, а иногда, как в случае с «Онкороботом», длиннее», – рассказали журналистам на юбилейной пресс-конференции в Институте.

У старейшего в России научного института есть «автор»: Евгений Иванович Юревич – первый директор и главный конструктор ЦНИИ РТК. Его справедливо считают основателем отечественной робототехники. Даже само это слово – «робототехника» – его детище. До сих пор в мире используют более короткий термин «роботика», а в нашей стране нужно было придумать нечто, похожее на слова «радиотехника» и «теплотехника».

Почетный главный конструктор ЦНИИ РТК, д.т.н., профессор Юревич Евгений Иванович. Фото: rtc.ru

Увлечение робототехникой началось у Евгения Ивановича, когда его попросили придумать систему управления манипулятором для подводного аппарата. По результатам этой работы он провел в Северной столице семинар про роботов, после чего его сразу вызвали в правительство и выругали: дескать, почему молчал, что так много знаешь о таком важном деле. И после этого дали карт-бланш в деле развития робототехники в СССР.

Все важные открытия в этой области происходили в Ленинграде. Официальной датой основания Института робототехники считается 29 января 1968 года. Именно в этот день министром высшего и среднего специального образования РСФСР Всеволодом Столетовым был подписан приказ о создании Особого конструкторского бюро технической кибернетики при Ленинградском политехническом институте им. М. И. Калинина как его структурного подразделения.

Однако фактически история отечественных роботов началась на несколько лет раньше. В начале 1965 года на кафедре «Автоматика и телемеханика» Ленинградского политехнического института была создана лаборатория технической кибернетики. Ее и возглавил Евгений Юревич. Тогда он, 39-летний доктор технических наук, и его коллеги взялись спасать советскую космонавтику.

Читайте также

Александр Лопота: Начало освоения Луны или Марса не может обойтись без роботов

К тому времени в этой стратегически важной для страны отрасли была, казалось бы, вся необходимая техника. Но не было устройства, которое бы на сто процентов гарантировало мягкую посадку спускаемым с орбиты пилотируемым космическим кораблям. «Хорошо американцам, – сетовали тогда инженеры-конструкторы, – у них вокруг континента теплые моря, им можно спускать с орбиты грузы, не заботясь о тормозных механизмах. А нашим нужно неизбежно приземляться на суше. Здесь возможно все: и деревья, и непростой рельеф, и лед, и вода – все потенциально опасно для сохранности ценнейших грузов и для жизни космонавтов».

В лаборатории Юревича в кратчайшие сроки взялись решить, каким должен быть датчик, чтобы с его помощью возможно было обеспечить высокую точность определения высоты с поправкой на величину вертикальной составляющей скорости. Важно было, чтобы датчик действовал в любую погоду, был нечувствителен к наклонам аппарата и мог работать через плотную обшивку, способную заглушить и исказить сигнал.

 ЦНИИ РТК представил свои разработки в рамках Петербургского международного экономического форума. Фото: rtc.ru

На кону стоял не только успех отечественной космонавтики, но и репутация советской робототехники. Ученые не спали ночами, чтобы решить поставленную перед ними задачу. Спустя десяток-другой лет, запатентовав не одно изобретение и получив множество государственных премий, Евгений Иванович сформулирует свой главный принцип работы: «Нужно довести себя до полного истощения: не есть, не спать, все время решать задачу, записывать все, что придет в голову. Через некоторое время организм поймет: я или умру, или найду ответ. И – выдает решение!»

Сакраментальное «Эврика!» ученые лаборатории Юревича воскликнули едва ли не хором. Идея использования радиоактивного излучения к тому времени витала в воздухе и пока не была использована на практике. За ее воплощение и взялись сотрудники лаборатории технической кибернетики. В результате появился на тот момент единственный в мире гамма-лучевой высотомер, получивший наименование «Кактус». Созданный более полувека назад, он используется до сих пор и является визитной карточной Института робототехники.

Сегодня легендарный «Кактус» и другие высокотехнологичные разработки Института робототехники можно увидеть в музее учреждения. Здесь в полном спектре представлена полувековая история роботов. Вот первые роботы с элементами искусственного интеллекта, вот промышленные роботы широкого применения, вот манипуляторы для космического корабля «Буран» – все создано под руководством и при непосредственном участии Евгения Юревича. Есть здесь и созданные уже учениками и последователями Евгения Ивановича, более «антропоморфные» образцы начала XXI века, известные нам по фантастическим романам. 

Именно такого пришельца из будущего напоминает сверхсовременный космический робот, только что сконструированный для МКС, где пока нет российской техники. Эта 20-килограмовая металлическая рука на шарнирах сможет работать в открытом космосе при перепаде температур плюс/минус 200 градусов. Управлять ею будет человек из безопасного пространства космического корабля при помощи шлема виртуальной реальности. Это будет первый в истории МКС полностью автономный робот, способный работать на аккумуляторе до восьми часов. Ученые планируют, что эта разработка, пройдя ряд сложных испытаний на Земле, появится на МКС после 2020 года.

Космос космосом, но не стоит забывать о родной Земле, где роботы приходят на помощь людям в чрезвычайных ситуациях. Главным испытанием на профессионализм и оперативность стала для Института робототехники чернобыльская авария. «Мобильные платформы, которые занимались инспекцией и разбором завалов в Чернобыле, были сделаны тогда в кратчайшее время. Роботов собрали за три месяца. При нынешних регламентах и стандартах эти сроки кажутся нереальными», – сообщил начальник отдела специальной техники ЦНИИ РТК Олег Шмаков.

Действовать тогда пришлось в режиме военного времени. Ведь радиационное облако грозило разрастись и покрыть едва ли не всю Европу и большую часть современной российской территории. Поэтому в ЦНИИ РТК работали круглосуточно в две смены по 12 часов. Для ликвидации последствий аварии нужно было срочно собрать 15 роботов. Детали для них добывали везде, где возможно: в ход шли модули не до конца собранных роботов, специально доставленные машины из ГДР... В числе помощников человека тогда оказались первые, по крайней мере в СССР, дистанционно управляемые роботы-разведчики, снабженные подвижными телевизионными камерами, гамма-локаторами и дозиметрической аппаратурой. Роботы успешно работали в условиях самых интенсивных ионизирующих излучений с мощностью до 20000 рентген в час.

Робот радиационной разведки и проведения технологических операций в условиях радиационного воздействия РТК-05. Фото: Денис Федутинов / zergulio.livejournal.com

Роботы знали свое дело, а вот людям приходилось многому учиться на месте. В первые дни эксплуатации роботов управлять ими приходилось самому Евгению Юревичу в присутствии будущих операторов. При смене экспедиций (а их с июня 1986 года по март 1987 года было десять) уже обученные операторы роботов пару дней работали вместе с операторами из новой экспедиции, передавая свой опыт. Возможно, от этого – первого! – тесного сотрудничества с умными машинами люди давали им такие нежные имена, как «Антошка», «Федя», «Вовочка».

Всего на крупнейшей техногенной катастрофе прошлого века работали 157 сотрудников института: конструкторы и инженеры, начальники лабораторий, токари, монтажники, дозиметристы, водители, автослесари. В общей сложности они провели на станции 4179 дней. Много сотрудников ЦНИИ РТК было отмечено правительственными наградами, грамотами и благодарностями правительственной комиссии. Шесть сотрудников награждены Орденом Мужества, 18 – медалью «За спасение погибавших».

Чернобыль многому научил инженеров. Благодаря этому опыту 20-летней давности в Институте робототехники существует постоянно совершенствующаяся линейка мобильных роботов. Они похожи на гусеничные игрушки с дистанционным управлением, однако способны решать далеко не детские проблемы. Их используют для разведки труднопроходимых мест, они могут перешагивать высокие препятствия и подниматься по лестницам. А с помощью внедренного в них навигационного оборудования такие машины составляют карты территорий и, главное, их по-прежнему используют для разбора завалов при катастрофах. Люди управляют роботами из безопасного места, всю «черную» работу выполняют сверхточные механизированные системы. Таково требование времени и неизбежное следствие прогресса.

Который, считают в Институте робототехники, не остановить. «Страна у нас большая, а плотность и численность населения сравнительно низкие. Роботы необходимы нам, чтобы «держать» территорию и работать в тесном тандеме с человеком», – подчеркнул директор и главный конструктор Александр Лопота.

Полвека позади, а впереди у Института радужные перспективы и много работы. В ближайшие годы в ЦНИИ РТК намерены сконцентрировать все профессиональнее силы на разработке четырех направлений. Первое – космос, где роботы наиболее уместны в использовании, ведь они не требуют атмосферы, воды, пищи и безопасности. На ближайшее время международным космическим сообществом запланировано освоение поверхности Луны и Марса, что потребует от инженеров новых разработок. «Пока никто не знает, какие задачи поставит перед нами время, поэтому мы не можем точно сказать, какими будут космические роботы будущего», – сказал Александр Лопота.

Второе направление – медицина. Тандем робота и человека в этой области поможет спасти множество человеческих жизней, ведь роботы, как показывает практика, не подвержены эмоциям и факторам внешней среды, что делает их ювелирно точными при выполнении сложнейших операций. «Онкоробот» – только один из шагов в сфере подобных разработок.

Медицинские роботы в ЦНИИ РТК стали конструировать всего несколько лет назад. И эта мера – с одной стороны, требование российского рынка, ведь отечественные роботы, как правило, значительно дешевле западных аналогов. С другой, неизбежное следование мировым тенденциям. Ученые поняли: роботы могут не только выполнять тяжелую работу в промышленности, но и быть помощниками в повседневной жизни человека. А иногда – спасать ее.

Таково назначение еще одной разработки Института робототехники – «Кардиоробота» – главного помощника врачей скорой помощи. Его внешний облик разочарует тех, кто ожидает увидеть доброго андроида «Айболита». Это кубообразное устройство с четырьмя кнопками выглядит предельно просто. Но внутри него сложнейший механизм, способный делать непрямой массаж сердца в течение 45 минут. Все это время умный аппарат не только поддерживает жизнь, но и учитывает индивидуальные особенности пациента. Например, подбирает необходимые силу и частоту компрессии, что помогает полностью исключить случайный перелом ребер. Человек может эффективно делать такую тяжелую работу не более двух-трех минут. Далее по инструкции врачей скорой помощи его должен заменить коллега. «Поэтому «Кардиоробот» не только дает дополнительный шанс на выживание пациентам, но и существенно расширяет возможности и эффективность врачей, буквально освобождает им руки. Пока робот занят своим делом, можно помогать другим людям, чьи жизнь и здоровье в опасности», – рассказал на юбилейной презентации в ЦНИИ РТК начальник отдела научно-технической информации Борис Спасский.

«Перфузионный комплекс» и «Кардиоробот». Фото: rtc.ru

Уже в следующем году «Кардиоробот» планируют запустить в серийное производство, его стоимость составит 400 тыс. рублей, что в три раза меньше пока единственного в мире шведского аналога. Доступен будет такой робот не только для врачей скорой помощи, но и в местах массового скопления людей, например, в метро и на стадионах.

А вот «Перфузионный комплекс» будет скрыт от глаз большинства. Этот уникальный аппарат, созданный в Институте робототехники, способен сократить дефицит донорских органов. Очередь на них огромна: спрос значительно превышает предложение. А все потому, что существуют очень высокие стандарты к такого рода биоматериалу. Орган должен быть трансплантирован в течение 20 минут после кончины донора. По истечении 20 минут органы считаются мертвыми и непригодными для трансплантации.

«Перфузионный комплекс» создан для того, чтобы продлевать жизнь донорским органам и «оживлять», казалось бы, уже непригодный для трансплантации биоматериал. Например, из погибшего в результате операции человека можно извлечь печень и хранить в этой установке до 24 часов. Орган будет очищен донорской кровью, в нем будет поддерживаться жизнь. За это время доктора смогут найти и подготовить к операции пациента, которому требуется трансплантация печени.

На сегодняшний день только три страны в мире готовят к выпуску подобные аппараты: кроме России, еще США и Голландия. После того, как «Перфузионный комплекс» для печени пройдет испытания и будет запущен в серийное производство, аналогичные аппараты создадут для сердца и легких.

«Роботы в медицине потребуют от докторов повышения квалификации. Нужно будет научиться управлять ими, правильно выбирать режим работы в соответствии с диагнозом пациента», – прокомментировал ситуацию Александр Лопота.

Кубок РТК. Фото: vk.com/rtccup

Третье направление, которое будет развиваться в Институте робототехники в ближайшие годы, – это наземная робототехника. Машины зарекомендовали себя как отличные работники в сельском хозяйстве, в транспортной сфере (например, поездами в токийском метро давно управляют роботы), при ликвидации последствий аварий (уже упоминавшаяся Чернобыльская – одна из первых в ряду). Задача ученых – создать доступных по цене и эффективных роботов, идеально приспособленных к российским погодным условиям.

Читайте по теме: Ученые создадут роботы-тракторы, идеально приспособленные к особенностям российского сельского хозяйства

Четвертое направление – это подводная техника. Роботы на большой глубине могут помогать добывать полезные ископаемые, осваивать новые месторождения в труднодоступных для человека условиях. Например, под толщей льда.

Для разработки этих направлений у Института робототехники есть достаточно условий. Прежде всего, высококвалифицированный персонал, который выполняет полный спектр работ: от анализа актуальных потребностей в роботах в связи с мировыми тенденциями до их производства.