Среднесрочные прогнозы развития робототехники, технико-экономический анализ
Прогнозирование развития технологий LLM представляет собой достаточно сложную задачу, особенно учитывая высокую скорость ее развития и распространения. Для оценки темпов распространения различных цифровых технологий, включая ChatGPT, можно обратиться к данным, представленным на рисунке 15.2.
Источник: [ "Источники использованной литературы" ]
Важно отметить, что ChatGPT - это относительно новая техно- логия, и перед ней еще стоит ряд проблем и ограничений, которые предстоит преодолеть. Например, способность ChatGPT в понимании естественного языка пока далека от совершенства, требуется дальнейшая работа по улучшению точности и надежности модели. На момент написания данного курса, в конце 2023 года, появилось ограниченное количество исследований, посвященных применению LLM для управления роботами. Например, в публикации [ "Источники использованной литературы" ] специалисты из Microsoft описали, как им удалось использовать возможности ChatGPT для управления различными платформами, такими как роботы-руки, дроны и домашние роботы-ассистенты, с помощью естественного языка. Однако следует отметить, что продемонстрированная технология находилась на стадии научных исследований.
Иные случаи применения в робототехнике базисных 2Базисные модели или базовые модели (FM foundation models) - это модели, обученные работе с огромными наборами данных, которые представляют собой крупные нейронные сети с глубоким обучением. Вместо того чтобы разрабатывать ИИ с нуля, специалисты используют базовую модель ML в качестве отправной точки для разработки моделей - это позволяет быстрее и экономичнее осваивать новые сферы применения (фундаментальных) моделей в практических задачах примыкают к вышеописанной теме, но отнесены авторами табл. 15.1 на еще более ранний срок - стадию запуска.
Мнение авторов табл. 15.1 по поводу помещения коботов на стадию "впадина разочарования" в 2023 г. следует назвать спорным. Коботы развиваются много лет, и одна только компания Universal Robots продает десятки тысяч устройств ежегодно. Тот факт, почему коботы помещены во впадину разочарования, сами авторы аналитического исследования объясняют тем, что клиенты покупают коботов у таких компаний как Universal Robots, в первую очередь, из-за их доступности, простоты настройки, отсутствия необходимости в защитном оборудовании и способности к промышленной точности. При этом основное предназначение устройств данного типа - "совместная с человеком работа" с трудом внедряется конечными пользователями.
Самоуправляемые автомобили и грузовики попали на дно впадины разочарований, и тому есть ряд объяснений. Технология не прошла еще все стадии на пути к "плато продуктивности". Такое впечатление, что разработчики вплотную подошли к построению решения, и есть примеры реализации, но достижение стадии массового использования до сих пор остается непростой задачей. Разработчи ки сталкиваются с техническими проблемами, такими как точность определения местоположения, распознавания и прогнозирования поведения других участников дорожного движения. Кроме того, существенным барьером являются правовые и регуляторные вопросы: внедрение беспилотных автомобилей требует установления правил и законов, регулирующих их безопасность и ответственность. Однако на данный момент такие правовые рамки еще не полностью разработаны и внедрены.
Внедрение беспилотных автомобилей сталкивается с недоверием общества в отношении безопасности и надежности автоматизированных систем. Кроме того, разработка и внедрение таких автомобилей требуют значительных финансовых ресурсов, включая обеспечение необходимой дорожной инфраструктуры. Аналогичные проблемы замедлили прогресс в области развития четвероногих роботов, которые пока остаются во впадине разочарования. Несмотря на примеры отдельных применений квадропедальных роботов, путь к их массовому внедрению все еще представляется далеким.
Разработка и проектирование четвероногих роботов с развитыми возможностями передвижения, возможностью ориентироваться в непредсказуемых условиях, адаптироваться к различным рельефам местности - это технически крайне сложная задача. Комплектация робота аккумулятором высокой мощности для поддержки движения и функциональных возможностей робота - еще не до конца решенная задача. Стоимость существующих моделей пока слишком высока. Так что отдельные демонстрации использования подобных робо- тов в логистике и доставке пока носят больше рекламный характер.
Экзоскелеты также оказались в категории "впадина разочарования" из-за ограниченного применения предлагаемых образцов. Они часто оказываются слишком тяжелыми, дорогими и на практике недостаточно эффективными.
На стадии "подъем осведомленности" перечислены прикладные технологии, которые в той или иной мере были упомянуты или описаны ранее.
Вероятно, пояснения требует технология "облачное управление парком роботов". Здесь речь идет о системах, которые позволяют координировать работу нескольких мобильных роботов с использованием облачных технологий. Технология обеспечивает согласованную работу всех роботов и максимальную рентабельность операций.
На плато продуктивности попали роботы, получившие массовое внедрение. В первую очередь это промышленные роботы, которые составляют основу рынка робототехники и число которых по всему миру в 2022 г. приблизилось к 4 миллионам. Из домашних устройств это роботы-пылесосы, которые стали действительно массовым продуктом и, по сути, вышли в категорию бытовой техники.
На плато продуктивности в табл. 15.1. также попала технология 3D-печати, о которой уместно сказать чуть подробнее. До сих пор мы говорили об использовании 3D-печати в создании элементов роботов уникального дизайна. Интересно отметить, что роботы не только могут быть продуктом, изготовленным с помощью аддитивных технологий, но и сами способны выступать как средство создания 3D-печати.
Существует специальный термин - "роботизированная 3D-печать", или роботизированное аддитивное производство. Эта технология сочетает в себе многоосевую роботизированную руку с головкой 3D-принтера, что создает значительно более гибкий принтер, чем традиционные варианты. Робот-манипулятор может печатать практически под любым углом, позволяя создавать изделия сложной геометрии и больших масштабов - до 30 метров и более, что значительно превосходит возможности обычных принтеров.
Роботизированные манипуляторы с широким диапазоном движений все чаще применяются в таких масштабных проектах как изготовление пресс-форм и крупногабаритных деталей, например в авиационной промышленности и ракетостроении.
3D-печать при помощи роботов находит разные применения, в том числе в виде роевой робототехники - так называемого "воздушного аддитивного производства" (верхняя часть рис. 3.17).
Метод роевого воздушного аддитивного производства вдохновлен природными конструкциями, такими как ульи пчел или гнезда ос. Метод предполагает использование команды воздушных роботов, которые функционируют по принципу коллективного строительства, подобно тому, как в природе действуют пчелы или осы 3В таблице 3.9 мы отметили традиционную 3D-печать как технологию, выходящую на "плато продуктивности"; естественно, роевой воздушный метод аддитивно- го производства пока является экспериментальным направлением и далек от массового использования.
Источник: [ "Источники использованной литературы" ]
В качестве примера инновационного роевого подхода можно упомянуть технологию, разработанную специалистами из Имперского колледжа Лондона и швейцарского института Empa. Эта технология включает в себя использование дронов для строительства и ремонта зданий в труднодоступных местах, обходя необходимость в подъемных кранах (см. рис. 15.3).
Мультироботная система позволяет осуществлять автономную трехмерную печать под контролем человека, оценивать геометрию печати в реальном времени и адаптировать поведение летающих аппаратов.
В рамках этой системы выполняются строительные работы двумя типами дронов. BuilDrones - это летающие 3D-принтеры, наносящие материал. Дроны ScanDrones сканируют объект в процессе строительства и корректируют работу строительных дронов.
Вопрос о том, какие технологии являются ключевыми и обещают принести наибольшую отдачу, является дискуссионным. Мнения аналитиков могут расходиться. Например, исследователи, представившие данные в таблице 3.3, указали, что коботы пока не находят широкого применения в основной своей сфере - совместной работе, и поместили эту технологию во "впадину разочарований". При этом авторы публикации, упомянутой на рисунке 15.4, поставили технологию "коботов" на второе место по степени влияния на развитие робототехники.
Источник: StartUS Insights [ "Источники использованной литературы" ]
При обсуждении ключевых технологий, формирующих будущее робототехники, полезно обратиться к анализу динамики научных публикаций (см. рис. 15.5). Этот подход предоставляет дополнительную возможность для оценки технологических трендов и позволяет проводить прогнозы на основе накопленных данных.
![Количество публикаций по теме исследования на основе поиска, по ключевым словам, в базе данных Web of Science](/EDI/13_10_24_2/1728771633-13797/tutorial/1369/objects/16/files/15-05.jpg)
Рис. 15.5. Количество публикаций по теме исследования на основе поиска, по ключевым словам, в базе данных Web of Science
Как видно, взрывной рост имеют направления, связанные с умными роботами, а также с роботами, осуществляющими автономную навигацию в наземной и особенно в воздушной среде.
"Цикл ажиотажа" и "радар влияния технологий Гартнера" для категории "дроны и мобильные роботы"
Компания Gartner публикует периодические аналитические обзоры наиболее важных технологий в категории "дроны и мобильные роботы". Причем представляет свою аналитику в виде двух форм подачи данных: Gartner Technologies impact radar (Радар влияния технологий) (см. рис. 15.6) и Gartner Hype Cycle ("Цикл ажиотажа Гартнера") (см. рис. 15.7 и 15.8).
На рис. 15.6- 15.8 представлены преимущественно гражданские технологии, которые обещают переход в стадию коммерческого массового потребления с горизонтом не более 10-15 лет.
![Оценка времени выхода технологий мобильной робототехники на массовый рынок. Источник: Gartner 2021 г.](/EDI/13_10_24_2/1728771633-13797/tutorial/1369/objects/16/files/15-06.jpg)
Рис. 15.6. Оценка времени выхода технологий мобильной робототехники на массовый рынок. Источник: Gartner 2021 г.
!["Цикл ажиотажа" Gartner в отношении серии технологий "Дроны и мобильные роботы" 2020 г. Источник: Gartner](/EDI/13_10_24_2/1728771633-13797/tutorial/1369/objects/16/files/15-07.jpg)
Рис. 15.7. "Цикл ажиотажа" Gartner в отношении серии технологий "Дроны и мобильные роботы" 2020 г. Источник: Gartner
Приведем краткое толкование технологий, отмеченных на рис. 15.6- 15.8, с акцентом на те новации, которым было уделено не- достаточное внимание в предыдущих лекциях курса.
Источник: Gartner [ "Источники использованной литературы" ]
Технологии с выходом на плато до 5 лет
Роботизированный кубический склад (Robotic cube warehouse) - это инновационное складское решение, в котором все товары укладываются в контейнеры и размещаются в кубической структуре. Система управляется автономными роботами, которые перемещаются внутри куба, где размещены контейнеры с товарами. Роботы постоянно занимаются сортировкой, перемещением и доставкой контейнеров к пунктам комплектации заказов и пополнения запасов. Это решение обеспечивает высокую плотность хранения, позволяя увеличить объем запасов в несколько раз на той же площади по сравнению с традиционными системами. Оно эффективно применяется в различных отраслях, включая складское хозяйство, розничную торговлю и дистрибуцию. В 2023 г. технология была оценена как выходящая на плато продуктивности (см. рис. 15.8).
Роботы для совместной комплектации в проходах (Collaborative In-Aisle Picking Robots). Технология входит в категорию роботизированных систем, предназначенных для автоматизированного выполнения заказов в розничной торговле или на складах. Эти роботы специально разработаны для перемещения по проходам между складскими полками и помощи в комплектации товаров для заказов клиентов. В 2023 г. компания Gartner прогнозировала выход данной технологии на плато продуктивности в течение 2-5 лет.
Мобильные роботизированные системы "товар-человек" или "товар к человеку" (Mobile Robotic Goods to-Person Systems). О данной технологии мы написали в разделе про логистические решения. Технология способствует автоматизации складских операций, позволяя доставлять товары к работникам с помощью автономных мобильных роботов. Сотрудники получают товары, необходимые для выполнения заказа на своих станциях комплектации, минуя необходимость перемещений, что обеспечивает значительную экономию времени и ресурсов. В 2023 г. компания Gartner прогнозировала, что технология выйдет на плато продуктивности в течение 2-5 лет.