У властей просят 133 миллиарда на роботов, чтобы Россия за шесть лет догнала Запад

Деньги на роботов для России

В распоряжении CNews оказался полный текст проекта дорожной карты «Компоненты роботехники и сенсорики». Документ был подготовлен Центром технологий компонентов робототехники и мехатроники университета «Иннополис» в рамках реализации мероприятий федерального проекта «Цифровые технологии» национальной программы «Цифровая экономика».

Соавторами документа выступили специалисты «Сколтеха», МГУ, ИТМО, УдГУ, ИжГТУ, университета «Назарбаев», KoreaTech (Korea University of Technology and Education), МФТИ, МИЭТ, ВолгГТУ, ДВФУ, ЮУГУ, НПО «Андроидная техника», КУКА, «Фанука», «ВР-мастера», АНО «Робоправо», НИИА, «Альфа-интеха», «Камаза», НАУРР, Российского федерального ядерного центра — ВНИИЭФ, «Газпромнефти», ИТСК, «Промобота».

Дорожная карта охватывает направления разработки автоматизированных технических систем и методов управления ими, разработки сенсорных систем и методов обработки сенсорной информации, взаимодействия технических систем между собой и с человеком. Роботехника и сенсорика основываются на методах механики, электроники, мехатроники и других науках. Роботы предназначены для замены человека при выполнении рутинных, грязных, опасных работ, а также там, где требуется высокая точность и повторяемость.

По подсчетам авторов дорожной карты, всего на развитие в России компонентов роботехники и сенсорики в период до 2024 г. потребуется 132,6 млрд руб. В том число в рамках реализации мероприятий дорожной карты предполагается выделить 102,65 млрд руб., из которых федеральный бюджет обеспечит 29,93 млрд руб., внебюджетные источники — 73,8 млрд руб. Вне инструментов поддержки, предусмотренных дорожной картой, должно быть выделено еще 30 млрд руб.

Для развития субтехнологии «Сенсоры и цифровые компоненты робототехники для человеко-машинного взаимодействия» планируется выделить 50,7 млрд руб. В том числе 11,35 млрд руб. будут взяты из федерального бюджета, 29,35 млрд руб. — из внебюджетных источников, еще 10 млрд руб. — с помощью инструментов, не предусмотренных дорожной картой

В рамках данной субтехнологии на поддержку отраслевых решений будет выделено 7,6 млрд руб., на поддержку разработки и внедрения промышленных решений — 4 млрд руб., на поддержку региональных проектов — 2,8 млрд руб., на поддержку компаний-лидеров — 3 млрд руб., на поддержку субсидирования процентной ставки по кредитам — 22 млрд руб.

Субтехнология «Технологии сенсорно-моторной координации и пространственного позиционирования» потребует инвестиций на сумму 36,6 млрд руб. Из них федеральный бюджет выделит 8,8 млрд руб., внебюджетные источники — 17,8 млрд руб., еще 10 млрд руб. будет получено вне инструментов поддержки.

В том числе в рамках данной субтехнологии на грантовую поддержку малых предприятий будет направлен 1 млрд руб., на поддержка отраслевых решений — 6,9 млрд руб., на поддержку разработки и внедрения промышленных рений — 3,5 млрд руб., на поддержку региональных проектов — 2,2 млрд руб., на поддержку компаний-лидеров — 1,5 млрд руб., на поддержку путем субсидирования процентной ставки по кредитам — 11 млрд руб.

Третья субтехнология — «Сенсоры и обработка сенсорной информации» — потребует вложений на сумму 45,4 млрд руб. Из этой суммы федеральный бюджет выделит 8,7 млрд руб., внебюджетные источники — 26,7 млрд руб., вне инструментов поддержки будет получено еще 10 млрд руб.

В том числе в рамках данной субтехнологии на поддержку отраслевых решений будет направлено 4,9 млрд руб., на поддержку разработки и внедрения промышленных решений — 3,5 млрд руб., на поддержку региональных проектов — 1,2 млрд руб., на поддержку компаний-лидеров — 3 млрд руб., на поддержку путем субсидирования процентной ставки по кредиту — 22 млрд руб.

По типам поддержки расходы распределятся следующим образом: на грантовую поддержку малых предприятий будет направлено 2,3 млрд руб., на поддержку программ деятельности лидирующих инновационных центров — 1,2 млрд руб., на поддержку отраслевых решений — 19 млрд руб., на поддержку разработки и внедрения промышленных решений — 11 млрд руб., на поддержку региональных проектов — 6,3 млрд руб., на поддержку компаний-лидеров — 7,5 млрд руб., поддержку субсидирования процентной ставки по кредиту — 55 млрд руб. По последнему направления расходы федерального бюджета составят 5 млрд руб., внебюджетных источников — 50 млрд руб. По остальным направлениям расходы между бюджетом и внебюджетными источниками будут делиться поровну.

Внедрение обозначенных технологий, в числе прочего, обеспечит России рост благосостояния и социальной защищенности людей, создание рабочих мест для обеспечения инновационной инфраструктуры, уменьшение количества рабочих мест, сопряженных с опасными и вредными условиями труда, и развитие научного и кадрового потенциала страны, считают авторы документа.

Основой взаимодействия с людьми являются человеко-машинные интерфейсы, современные виды которых включают не только традиционное представление визуальной информации и привычные органы управления, но и перспективные интерфейсы на основе анализа электрической активности мозга и мышц, с обратными силомоментными связями. Современная сенсорика, в свою очередь, является комплексной цифровой технологией, включающей в себя не только методы измерения физических величии, но и методы обработки сенсорной информации.

Основные драйверами для развития мирового рынка роботехники и сенсорики являются постепенное снижение стоимости производства и комплектующих, что ведет к снижению порога входа в отрасль, снижение времени окупаемости роботов за счет оптимизации процессов проектирования роботехнических систем от компонентной базы до систем в целом, увеличение роста рынка сервисной робототехники с наибольшим распространением в потребительском сегменте, индустрии развлечений и медицине, стремительная роботизация азиатской экономики, увеличение конкуренции на рынке, повсеместное распространение интернета, облегчающее сбор, распространение и анализ информации, поступающей в облачные сервисы для роботов.

К основным рыночным тенденциям относятся расширение перечня областей применения роботов и сенсорных средств, увеличение числа стартап-компаний в сфере роботехники и сенсорики, естественная убыль населения в развитых странах, увеличение количества проектов, публикующих свой программный код в свободном доступе, снижение себестоимости сенсорных средств и систем обработки информации, повышение распространения экзоскелетов, активных средств для индивидуальной механотерапии и реабилитации, и восстановления утраченных локомоций.

Барьерами для внедрения в России технологий роботехники и сенсорики являются низкая скорость разработки и внедрения готовых решений по сравнению с зарубежными аналогами, излишняя фокусировка на производстве робототехники в области военно-промышленного комплекса, небольшой размер внутреннего рынка робототехники, высокая технологическая конкуренция с западными производителями, применение технологий для целей нарушения общественного порядка и безопасности, нерентабельность промышленных роботов в России, инертное мышление менеджеров, боязнь высококвалифицированных специалистов участвовать в предпринимательской деятельности, устаревшие программы вузов и нехватка квалифицированных специалистов.

Авторы документа, как уже отмечалось выше, выделяют три субтехнологии. Первая из них — сенсоры и цифровые компоненты роботехники для человеко-машинного взаимодействия. В нее входят технологии и интерфейсы асистивной робототехники, технологии сервисной и социальной роботехники для взаимодействия с людьми, технологии безопасного взаимодействия человека с робототехническими системами и технологии дистанционного взаимодействия человек-робот, включая средства визуальной и силовой обратной связи.

Уровень готовности технологий (УГТ) для данной субтехнологии в России и в мире находится на отметке «7» из максимально возможных девяти. Но в мире он достигается по широкому спектру направлений большим количеством компаний, в то время как в России этот уровень демонстрируют лишь отдельные компании, подчеркивают авторы дорожной карты.

Для обозначенной субтехнологии в документе указаны технические характеристики – технологические барьеры, преодоление которых значительно повлияет на уровень развития технологий. К их числу относятся человеко-машинные интерфейсы, обеспечивающие восстановление и передачу сил взаимодействия с точностью не ниже 95% и временным откликом не более 2 мс, экзоскелеты и экзопротезы, обеспечивающие 80% двигательных функций и сценариев реабилитации верхних и нижних конечностей, мелкой моторики и позвоночника, интерактивные интуитивные человеко-машинные интерфейсы управления роботехническими системами, обеспечивающие классификацию команд в не менее 80% сценариев управления с точностью не ниже 95% и суммарной задержкой на обработку не более 20 мс.

Также к технологическим барьерам относятся технические решения для ассистивных роботов и роботехнических систем в здравоохранении и образовании, обеспечивающие на аппаратном уровне максимальное усилие при незапланированном контакте робота с человеком не более 10% от грузоподъемности робота с временем срабатывания не более 0,01 с, экзоскелеты и ассистивные роботы, обеспечивающие увеличение на 100% силы мышц спины и брюшного пресса и на 75% силовой выносливости рук человека.

Второй субтехнологией являются технологии сенсорно-моторной координации и пространственного позиционирования. К ним относятся алгоритмы и технологии управления приводами с сенсорами обратной связи, алгоритмы и технологии сенсорно-моторной координации и планирования движений для захвата и перемещения физических объектов и контактного взаимодействия, расчет и определение положений и траекторий роботехнических компонентов и объектов физического мира, симуляторы и эмуляторы роботехнических и сенсорных средств на базе физических и теормеханических моделей для разработки и верификации систем управления, технологии разработки низкоуровневого ПО систем управления реального времени, в том числе систем диагностики и отказоустойчивых систем.

УГТ для данной субтехнологии в России находится на отметке «6», это значительно ниже мирового уровня — «9». Но, как указывают авторы дорожной карты, в России есть сильная научно-техническая база, на основе которой можно рассчитывать на получение прорывных решений в области Технологии сенсорно-моторной координации и пространственного позиционирования.

Технологическими барьерами для данной субтехнологии являются цифровые системы управления приводами с регулировкой по положению, усилию, жесткости, коэффициенту демпфирования, с частотой регулирования до 1 кГц и диапазонном изменения параметров в 1 млн раз, сокращение затрат энергии на перемещение роботов на 50% по сравнению с классическими решениями за счет технологий рекуперации и оптимизации работы энергетических подсистем роботов, технические решения, обеспечивающие захват, перемещение и контактное взаимодействии с ускорениями до 10 м/с2 со скоростями до 5 м/с для 95% сценариев, характерных для розничной торговли, здравоохранения, строительства и добычи ископаемых, а также других приложений сервисной роботехники, включая жесткие, деформируемые, хрупкие, плоские протяженные, сыпучие и меняющие форму объекты.

Также к технологическим барьерам относятся решения для роботехнических систем в области сельского и лесного хозяйства, систем мониторинга, строительства и добычи полезных ископаемых, в том числе в части динамического управления неполноприводными системами, системами с избыточным числом приводов и роботами с эластичными элементами. Обозначенные средства должны обеспечивать определение положения и следования по спланированным траекториям с погрешностью не хуже 1% и при перемещении в сложной динамической среде (доступно не более 10% рабочего пространства робота или с запасом свободного пространства не более 10% от габаритов эффектора робота).

Третья субтехнология — сенсоры и обработка сенсорной информации. К ней относятся алгоритмы и технологии комплексирования и синхронизации разнородных сенсорных данных, цифровые контактные и бесконтактные сенсоры и алгоритмы извлечения и обработки информации, включая возможность автономного принятия решений, специализированные облачные платформы сенсоров и робототехнических средств, включая промышленный интернет и средства работы с телеметрией и телеуправлением.

УГТ для данной субтехнологии в России оценивается как «6», что значительно ниже мирового уровня — «9». Однако оптимизма авторам дорожной карты придает тот факт, что развитие отечественной компонентной базы сенсоров и систем обработки информации является важной сквозной стратегической задачей, затрагивающей не только робототехнику, но и другие отрасли. Кроме того, имеющийся научно-технологический задел позволяет рассчитывать на получение результатов мирового уровня.

К ключевым технологическим характеристикам для данной субтехнологии относятся сетевая система реального времени для сбора, анализа интерпретации сенсорной информации, поддерживающая технологию Plug&Playдля свыше ста одновременных подключений сенсоров и робототехнических комплексов с временем интеграции в систему не менее 1 мин, технология устройств доверенной электроники преобразователей информации с чувствительных элементов в цифровой код, обеспечивающих точность определения параметров окружающей среды не ниже 99% и временным откликом не более 10 мс, технологические решения в области чувствительных элементов, обеспечивающие точность определения параметров окружающей среды не ниже 99% и временным откликом не более 10 мс, технологические решения в области компонентной базы и алгоритмов средств обработки информации от сенсоров, обеспечивающие точность определения параметров окружающей среды не ниже 99% и временным откликом не более 10 мс.

В рамках субтехнологии «Сенсоры и цифровые компоненты роботехники для человеко-машинного взаимодействия» запланированы разработка и внедрение алгоритмов и технологий дистанционного устойчивого управления с силомоментной обратной связью для высокочувствительных хаптикс-устройств, внедрение технологических решений для дистанционного управления роботами и создание опытных образцов хаптикс-устройств, разработка систем мультимодального человеко-машинного взаимодействия для экзоскелетов и протезов для людей с проблемами опорно-двигательных аппаратов, разработка алгоритмов оценивания внешних сил, моментов и геометрии контакта ускорений и монотонной сходимости для безопасного физического человеко-машинного взаимодействия; разработка цифровых компонентов интерактивных интуитивных человеко-машинных интерфейсов, разработка и верификация алгоритмов структурно-параметрического синтеза и оптимизации конструкции коллаборативных и ассистивных роботов, разработка технологий ассистивной роботехники, обеспечивающих реализацию физических усилий совместно с человеком.

По субтехнологии «Технологии сенсорно-моторной координации и пространственного позиционирования» запланированы разработка алгоритмов и технологий для моделирования, проектирования и управления на базе физических принципов для приводов с адаптивно настраиваемой жесткостью для задач soft robotics, моделирования проектирования и управления на базе физических принципов для энергоэффективных роботехнических систем, сенсорно-моторная координация и планирование движения для захвата и перемещения физических объектов и контактного взаимодействия, расчета и определения положений и траекторий робототехнических компонентов и объектов физического мира.

По субтехнологии «Сенсоры и обработка сенсорной информации» запланированы разработки сетевой системы сбора, анализа интерпретации сенсорной информации с поддержкой технологией Plag&Playдля сенсоров и роботехнических комплексов, мультисенсорных цифровых устройств, в том числе с использованием методов двухмерной и трехмерной интеграции компонентов, а также алгоритмов обработки разнородной информации, чувствительных элементов сенсоров физических величин различных типов (акустических, оптических, радиолокационных, температурных и других), компонентной базы цифровых сенсоров и алгоритмов средств обработки информации от сенсоров, 50 отечественных датчиков на уникальных чувствительных элементах или принципах работы.

По прогнозам авторов дорожной карты, с 2019 по 2024 гг. число внедрений на глобальном рынке новых уникальных робототехнических и сенсорных систем российского происхождения с уровнем готовности технологий (УГТ) не ниже «7» (по девятибалльной шкале) в области сельского и лесного хозяйства увеличится с четырех до 20, в области здравоохранения — с четырех до 18, в области мониторинга и обслуживания распределенной инфраструктуры — с трех до 9, в области сервисной роботехники в системах массового обслуживания — с двух до 15, в сфере строительства — с ноля до 8, в сфере добычи полезных ископаемых — с трех до 10.

К 2024 г. в России появятся уникальные сенсоры и сенсорные системы. В том числе будет разработано пять уникальных чувствительных элементов сенсоров физических величин, 10 цифровых сенсоров и мультисенсорных систем, 25 датчиков производственного оборудования и процессов, пять бионических датчиков и 20 датчиков мониторинга готовой продукции.

Число зарегистрированных российских патентов на изобретения и полезные модели по направлению роботехники и сенсорики увеличится со 100 до 500, число зарегистрированных международных патентов — с семи до 50, а число научных публикаций в изданиях WoSи топ-20 GoogleSchloar — с 20 до 100.

Также планируется почти пятикратное увеличение ежегодного выпуска патентоспособных технических решений — со 100 в 2018 г. до 500 и более в 2024 г.

При этом предполагается значительное увеличение качества получаемых решений, что скажется на их конкурентоспособности на мировом рынке. Так, в 2018 г только 6% технических решений в области робототехники и сенсорики были доведены до получения международных патентов. В 2024 г. этот показатель планируется увеличить до 10%. Планируется также пятикратное увеличение количества высокорейтинговых научных публикаций, в том числе за счет финансирования таких научных фондов, как РФФИ (Российский фонд фундаментальных исследований), РНФ (Российский научный фонд) и др.