Научная
деятельность
Университет ИТМО

Ученый Олег Борисов: Чтобы развиваться дальше, необходимо выйти из зоны комфорта

Месяц назад проект Ивана и Олега Борисовых и Владислава Громова под руководством Сергея Колюбина одержал победу в питч-сессии Robotics & AI, прошедшей в московском Физтехпарке в рамках ежегодного форума GoTech. Аспиранты представили универсальное захватывающее устройство, которое учитывает ключевые недостатки существующих промышленных роботов, и в итоге обошли 80 представленных на форум заявок. Сегодня, помимо работы над проектом, которым уже заинтересовалась компания TRA Robotics, Олег Борисов активно занимается научной деятельностью и преподаванием. О перспективах современной киберфизики в России, ключевых задачах робототехники и о том, где студентам искать возможности для развития и как помочь им увидеть за сухими формулировками актуальную и интересную область науки — он рассказал в интервью ITMO.NEWS.

Несмотря на то, что вы занимаетесь робототехникой, этим направлением ваша сфера интересов не ограничивается. Какие области она включает?

В целом я занимаюсь теорией автоматического управления, это более широкая область, которая находит свое практическое применение в том числе в робототехнике. Если говорить о разработке программного обеспечения для робототехнических систем, то для этого необходимо знать теоретическую базу — это принципы построения систем управления для технических систем в целом, которые могут быть в дальнейшем применены в такой прикладной сфере, как робототехника (например, в приложении к промышленным роботам-манипуляторам). Моя специализация заключается как раз в синтезе алгоритмов управления сначала для абстрактных математических моделей, а затем для конкретных прикладных задач при управлении реальными техническими системами.

Промышленные роботы. Источник: roboticsbusinessreview.com
Промышленные роботы. Источник: roboticsbusinessreview.com

Методы и алгоритмы, которые мы разрабатываем в рамках теории автоматического управления, применимы для широкого класса объектов. Кроме упомянутых роботов-манипуляторов, можно выделить, например, воздушные и надводные водоизмещающие суда, беспилотные летательные и космические аппараты, автомобили, телескопы и прочее.

Задачи управления движением квадрокоптеров и надводных судов я рассматривал в диссертационной работе, которую на данный момент считаю комплексным исследованием, обобщающим результаты, полученные на протяжении последних трех лет в аспирантуре и посвященные алгоритмам управления классом многомерных объектов.

Месяц назад ваша команда победила на GoTech с проектом uHVAT. Если расшифровать, это «Универсальное промышленное устройство для захвата, надежного удержания и ориентирования объектов различной формы». В чем специфика этой разработки и какие проблемы она решает?

На форуме GoTech было представлено наше универсальное захватное устройство, которое представляет собой компонент киберфизической системы. Многие захватные устройства, которые сегодня изготавливаются под нужды промышленности, применимы только для какой-то конкретной операции или деталей строго определенной формы, размера и массы. Например, если мы производим водонагревательные баки, то, соответственно, именно для работы с ними мы используем захватное устройство с определенной конструкцией.

Команда проекта uHVAT на GoTech
Команда проекта uHVAT на GoTech

Мы предлагаем универсальное решение, которое позволит выполнять операции одним устройством. Его конструкция будет трансформироваться в зависимости от того, каким объектом необходимо манипулировать. Стандартные промышленные роботы оборудованы контроллером, который реализует низкоуровневое управление всей конструкцией, наша же идея в том, чтобы оснастить контроллером еще и само захватное устройство, чтобы оно могло отправлять основному контроллеру высокоуровневые команды, например, о необходимости переориентироваться в пространстве, чтобы надежнее захватить деталь. Это позволит быстро трансформировать и адаптировать оборудование под те или иные задачи производственных процессов. И сделать это с наименьшими затратами.

Идея родилась из практики. Стоит отметить, что проект начался с моего брата — Ивана Борисова. Три года он работал в частной компании, которая занимается разработкой промышленных захватных устройств. И как раз в процессе этой работы он пришел к пониманию того, что для каждой операции необходимо изготавливать новое устройство, которое ограничено функционально.

Как вы планируете развивать этот проект в перспективе?

Сегодня наблюдается активное развитие киберфизических систем, и создание нового захватного устройства как раз отражает работу в этом актуальном направлении. Помимо Ивана и меня, над этим проектом также работает мой коллега Владислав Громов, с которым мы уже давно работаем со студенческих времен.

После победы на GoTech мы поняли, что наша идея действительно имеет определенную практическую ценность и востребована на рынке. Разработкой заинтересовалась компания TRA Robotics, совместно с которой мы планируем дальнейшее развитие проекта. Мы уже взяли на себя определенные обязательства, которые собираемся выполнить в ближайшее время.

Прототип универсального захватного устройства uHVAT. Фото из архива Олега Борисова
Прототип универсального захватного устройства uHVAT. Фото из архива Олега Борисова

Первые месяцы работы будут посвящены изготовлению образца на 3D принтере. Конечно, этот образец не может быть применен для выполнения реальных задач, однако с помощью него мы сможем увидеть готовую конструкцию, окончательно проработать ее основной функционал. Также перед нами стоит задача определить степень жесткости этой конструкции. Первичные испытания будут нацелены на то, чтобы понять, как эта разработка может быть масштабирована для более серьезных задач. Впоследствии устройство будет выполнено из стали, но уже на первом этапе мы должны определить, какие нагрузки оно может испытывать.

Робототехника всегда входила в вашу область интересов? Когда вы впервые поняли, чем именно хотите заниматься в жизни?

Я не могу сказать, что робототехника всегда была целью моей жизни. После школы я очертил для себя круг предметов, в которых преуспевал. В этот список попала физика, математика и информатика. И именно благодаря этому я выбрал технический вуз в Петербурге. Когда я приехал впервые на День открытых дверей, признаюсь, многие названия факультетов мне были не до конца понятны, поэтому я выбрал наиболее очевидный для себя вариант — это компьютерные технологии и управление, и поступил на кафедру систем управления и информатики Университета ИТМО. В то время робототехника как таковая на повестке дня еще не звучала, я мало что об этом знал и начал интересоваться этим только к середине бакалавриата. Но в итоге мой бакалаврский диплом уже был посвящен роботам.

В целом я считаю, что некая сухость формулировок в нашей области — это проблема для многих поступающих в бакалавриат и даже в магистратуру. Ведь название «Управление в технических системах» для обычного человека и особенно вчерашнего школьника может звучать довольно скучно, хотя на деле за этим кроется творческая техническая профессия, которая может предложить целый ряд интересных и важных задач. Она дает базу, которая позволит в дальнейшем заниматься широким спектром прикладных направлений, в том числе робототехникой. Так получилось и в моем случае.

Кафедра систем управления и информатики Университета ИТМО. Фото из архива Олега Борисова
Кафедра систем управления и информатики Университета ИТМО. Фото из архива Олега Борисова

Никогда не жалели о выборе профессии?

Нет, нисколько. Можно сказать, вытащил лотерейный билет. Кроме того, я не сторонник метаться из стороны в сторону. Я считаю, что, если выбор сделан, необходимо добиваться успехов именно в этом направлении. Да, наверняка, у некоторых людей, когда они видят успехи коллег в других областях, возникает соблазн перейти в эту область, чтобы также добиваться, как может показаться, быстрых результатов. Но ведь интереснее добиться сопоставимых успехов именно в своей области, этот опыт и эти результаты гораздо ценнее.

Возвращаясь к проблеме, которую вы уже затронули. Как, на ваш взгляд, можно зажечь интерес к такой обширной области, как «Теория управления», в еще совсем молодых ребятах, которые не до конца понимают, чем бы они хотели заниматься в жизни и что собой представляют многие технические направления?

О системах управления действительно практически ничего не говорится в школах, между тем, любой школьник пользуется смартфонами и планшетами, приложениями и программами для различных устройств, и всем, конечно, понятно, кто такой программист. Поэтому мне кажется, что заинтересовать нашей областью можно, именно показывая конкретные примеры, результаты, применение таких устройств в реальной жизни. Ведь робототехника — это очень яркая и, самое главное, прикладная область, где можно легко найти возможности для применения своих навыков.

Какие тренды в современной робототехнике вы могли бы выделить?

На мой взгляд, в широком смысле робототехника представляет собой, своего рода, следующий этап развития человечества, который уже приходит на смену компьютерной эпохи. Появление компьютеров позволило перевернуть представление людей о том, как может быть организована работа, в том числе научная и инженерная деятельность. Сейчас любые профессиональные задачи решаются на компьютерах, хотя еще несколько десятков лет назад наши родители, готовя дипломные или курсовые работы, были вынуждены писать их от руки, не было презентаций, необходимо было рисовать плакаты, готовить чертежи — одна ошибка и нужно все переделывать заново. С появлением компьютеров люди смогли решать более широкий спектр задач и делать это более качественно.

Робототехника в моем понимании играет ту же роль, что и когда-то компьютеры. Область ее применения с каждым годом расширяется. Если в 70-х годах роботы были ориентированы только на промышленность, то сейчас, кроме того, они применяются во многих сферах, в том числе в медицине, при спасательных операциях, в космосе, даже в быту. Вспомните про роботы-пылесосы. Сегодня те же самые квадрокоптеры позволяют Youtube-блогерам снимать уникальные видеокадры. Таким образом, роботы позволяют человеку решать еще более широкий класс задач на новом уровне.

Робонавт. Фото: www.nasa.gov
Робонавт. Фото: www.nasa.gov

Существует расхожее мнение, что робот представляет собой некое человекоподобное существо, но я думаю, что внешне ему совсем не обязательно повторять человека. В моем понимании робот — это аппаратно-программный комплекс, который выполняет за человека неинтересную, опасную, сложную работу. Я считаю, что в будущем роботы будут способны помогать людям решать задачи качественно нового уровня.

Пока в робототехнике существует целый ряд нерешенных задач. Какие, на ваш взгляд, являются ключевыми?

Есть целый спектр открытых проблем с точки зрения разработки программного обеспечения для роботов, которое позволит им функционировать в условиях неблагоприятной внешней среды и качественно, быстро и энергоэффективно решать поставленные задачи. Ведь сконструировать устройство в «железе» гораздо проще, чем написать для него софт. Мои коллеги, которые работали в General Motors, сталкивались со знаменитой совместной разработкой GM и NASA — Робонавтом (Robonaut), человекоподобным роботом, созданным для космических исследований. Этот робот содержит в себе большое количество датчиков, исполнительных приводов и прочих деталей, но до сих пор не всегда понятно, как использовать этот огромный объем данных, получаемый с каждого датчика.

Еще одной проблемой, в частности, для роботов, заточенных под промышленные задачи, является повышение их точности. Ведь пока многие роботы проигрывают по этому показателю в сравнении с токарными станками.

Захватное устройство. Источник: delta-robotics.ru
Захватное устройство. Источник: delta-robotics.ru

Можно ли решить их в ближайшем будущем? Планируете ли вы заниматься этими задачами в своих исследованиях?

Это большие общие задачи, на решение которых направлена работа ученых современной теории автоматического управления и робототехники, включая сотрудников нашего факультета систем управления и робототехники. Что касается меня, помимо проекта, который победил в рамках GoTeh, я планирую и дальше заниматься исследованиями и решать научные задачи. У меня уже сложился достаточно достойный для аспиранта список научных публикаций. В дальнейшем я планирую ориентироваться на повышение качественных показателей, публиковаться в более серьезных изданиях. Кроме того, я занимаюсь преподаванием и намерен продолжать обучение моих студентов, уже сейчас я начинаю привлекать их к науке и давать им наукоемкие задачи.

Сейчас продолжается регистрация на олимпиаду «Я — профессионал», одной из задач которой как раз и является поиск и поощрение мотивированных ребят со всей страны, которые в случае успеха смогут продолжить образование и поступить без экзаменов в магистратуру и аспирантуру лучших вузов страны. Несколько направлений олимпиады ведет Университет ИТМО, который курирует три трека — «Компьютерные науки», «Фотонику» и «Информационная и кибербезопасность». На ваш взгляд, что поможет сегодняшнему студенту бакалавриата/специалитета понять, как выстроить дальнейшую профессиональную траекторию, оценить возможности, которые он может использовать в своем развитии?

Первым этапом, на мой взгляд, должен стать выбор площадки, того места, которое позволяет себя реализовать. В моем понимании Университет ИТМО предоставляет широкие возможности развития и профессионального роста для своих студентов и аспирантов. Во-вторых, существенным является выбор научного руководителя, который определяет все этапы развития профессиональных навыков студента, дает старт его научной карьеры. Кроме того, по своему опыту могу сказать, что развитие происходит только тогда, когда человек выходит из своей зоны комфорта. Когда вы постоянно боретесь с собой, ставите перед собой амбициозные цели и достигаете их, заставляете себя вставать, условно, в шесть утра, выходить на пробежку, учить английский язык, без которого сегодня немыслима продуктивная научная деятельность, тогда и можно говорить о развитии.

Могу сказать, что на нашей кафедре сформирована благоприятная атмосфера для научного роста. Вместе с зарубежными коллегами мы ведем научные исследования, и такая работа позволяет не замыкаться в себе, видеть, что происходит в других странах, развивать научную коммуникацию, организационные навыки. Например, в рамках своей диссертации я проводил совместные исследования с коллегами из Норвегии.

Кроме того, мы выступаем организаторами крупнейших в нашей сфере международных конференций. В 2015 году состоялась конференции MICNON, которая прошла на очень высоком уровне и собрала крупнейших в нашей области ученых, экспертов по теории управления. В следующем году планируется конференция ICPS по киберфизическим системам — а это, как я уже упомянул, то, что находится сейчас на переднем крае науки. И она тоже будет в Университете ИТМО.

Профессор Лю, директор института электротехники и автоматизации Университета Дяньцзы в Ханчжоу, Владислав Громов, Олег Борисов, Елена Борисова, заместитель директора ЦИИЯ Университета ИТМО. Фото из архива Олега Борисова
Профессор Лю, директор института электротехники и автоматизации Университета Дяньцзы в Ханчжоу, Владислав Громов, Олег Борисов, Елена Борисова, заместитель директора ЦИИЯ Университета ИТМО. Фото из архива Олега Борисова

Насколько сегодня перспективно заниматься киберфизическими системами в России? Какие перспективы существуют для будущих специалистов?

Те ученые, которые к нам приезжают, отмечают позитивную динамику, которая происходит в том числе и в нашем университете. Мы постепенно увеличиваем количество совместных научно-исследовательских работ. При этом зарубежные эксперты отмечают высокий уровень подготовки наших специалистов. Они готовы сотрудничать с нами — у нас постоянно проходят занятия с успешными учеными из зарубежных стран, они читают лекции, общаются не только с профессорами, но и молодыми ребятами, аспирантами. И эта работа не прекращается.