5 и 6 июня 2015 года в Помоне (Калифорния) прошли крупнейшие соревнования роботов — DARPA Robotics Challenge (DRC). Их организатор, Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA), поставил своей целью найти наилучшую автономную машину, способную заменить человека при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Альберт Ефимов, глава робототехнического центра Сколково, рассказал «Ленте.ру», в чем смысл и ценность DRC для прогресса, и показал наиболее яркие моменты конкурса.
Все, кто интересуется прогрессом и научно-техническими инновациями, знают об американском правительственном агентстве DARPA. Эту организацию часто называют создателем гражданских технологий современности, от интернета до автономных машин. DARPA — одно из подразделений Пентагона — сосредотачивается на тех задачах, для которых еще нет решений, и ведет в области обороны исследования, цель которых — предотвращение стратегических неожиданностей (вроде запуска первого советского спутника в 1957 году). Робототехника является для оборонного агентства одной из приоритетных областей. После аварии на АЭС «Фукусима-2» Минобороны США сочло необходимым создать роботов, способных полностью заменить человека при ликвидации последствий стихийных бедствий.
Роботы-спасатели должны обладать значительной гибкостью и маневренностью, чтобы действовать в сложных условиях зоны бедствия, управляться исключительно на расстоянии, по беспроводной связи, питаться энергией только от собственных батарей и, наконец, обходиться без страхующих от падения тросов. Комбинированное управление, включающее человека-оператора, задающего цели, и автономного робота, способного к самостоятельному выполнению поставленных оператором задач, является, по мнению DARPA, самым эффективным способом использования роботов в условиях чрезвычайных ситуаций.
DARPA запустила DRC в ответ на фукусимскую катастрофу. Условия были сформулированы по принципу «обратного» конкурса: то есть направленного на выбор лучшего решения ясно определенной задачи (в противоположность прямому отбору — выбору наиболее привлекательного решения разнородных задач). Робот должен выполнить ряд задач, которые обязательно встретятся в реальной ситуации: проехать на машине определенную дистанцию по песчаной дорожке, выйти из машины, открыть запертую дверь в здание, повернуть вентиль, выпилить отверстие в стене, подняться по лестнице, пройти сквозь кучу мусора и выполнить одно неожиданное поручение, которое становится известным команде лишь за день до соревнования. За каждое выполненное задание команды получают один балл. В случае равенства баллов побеждает та команда, которая прошла дистанцию за минимальное время. Команды могли пропустить одно или несколько заданий. Роботы могут управляться командой удаленных операторов, однако организаторы соревнований указывали, что будут подавлять связь между роботом и центром управления непредсказуемым образом. Общее время выполнения всей миссии — 60 минут.
По словам директора DARPA — отвечающего за данную программу Гила Пратта (Gill Pratt), — у Robotics Challenge несколько целей. Во-первых, доказать возможность создания техники, способной заменить человека в опасных условиях. Никто не ставил перед собой целью создать робота, буквально завтра способного отправиться в опасную зону. Речь идет о том, чтобы трансформировать область робототехники, доказав, что для создания роботов нового поколения, работающих рядом с людьми, уже сейчас есть компетенции. Во-вторых, построить сообщество разработчиков роботов, использующих указанные компетенции для развития технологий на других рынках возможных применений. В-третьих, стимулировать интерес к изучению робототехники и программирования у молодежи.
Отбор команд для участия в соревнованиях проходил по трем направлениям и в два этапа. На первом этапе отобрали шесть команд на основе предложенных ими конструкторских решений. Командам предоставили финансирование — по три миллиона долларов. Еще шесть команд были отобраны на основе Virtual Robotics Challenge: необходимо было продемонстрировать умение программировать выполнение задач на симуляторе, предоставленном DARPA. Победители этого трека получили по 1,1 миллиона, а также робота Atlas от фирмы Boston Dynamics. На втором этапе (до конца 2014 года) из всех этих команд отобрали десять, которые получили дополнительное финансирование — еще по полтора миллиона долларов. В последнем, третьем направлении представлено 15 команд, которые выдвинулись в участники самостоятельно и не получали никакого финансирования от правительства США. Итого в DRC приняло участие 25 команд из шести стран мира: США, Германия, Италия, Южная Корея, Япония, Китай.
Финальный конкурс проходил на огромном стадионе Fairplex, разделенном на четыре зоны, в которых роботы выполняли свои миссии одновременно. Каждой команде давали две попытки, но в зачет принимался только один, лучший результат.
Испытания роботов требуют завидного терпения зрителей. Многие машины подолгу (иногда до конца раунда) стояли перед закрытой дверью и размышляли, как ее лучше открыть. Некоторые роботы решали не ехать по песку на джипе, а пройтись — и попросту увязли в песке. Все эти незадачи не мешали собравшейся многотысячной толпе бурно реагировать на все действия роботов, — широко распахнутую дверь, выпавшую из клешни дрель или падение. Вообще, падение робота — это ужасная вещь. Толпа зрителей издавала стон боли, когда стальной гигант (средний вес участников — 100 килограммов) падал, пытаясь преодолеть мусорную кучу или открыть дверь. Многие на трибунах говорили: раз роботы падают и не способны подняться, то и «восстание машин» откладывается надолго. Научно это выражено в так называемом парадоксе Моравека: высокоуровневое мышление требует гораздо меньше вычислительных мощностей, чем низкоуровневые сенсомоторные действия. Однако робот по имени Chimp, со стальным грохотом упавший при открывании двери, все-таки сумел подняться. Вернувшись к выполнению миссии без помощи команды инженеров, робот заслужил овации всего стадиона.
Но победил не Chimp, а Hubo команды корейского Института прорывных исследований в науке и технике (KAIST). Этот робот передвигался разными способами: когда нужно — шагал как человек, но для движения по ровной поверхности просто садился на колени и быстро ехал на маленьких колесиках. Hubo выполнил все восемь заданий конкурса за 44 минуты 28 секунд, команда его создателей получила первый приз в два миллиона долларов. Робот IHMC, созданный на основе Atlas (Boston Dynamics), пришел вторым — с результатом 50 минут 26 секунд. Третье место получил Chimp, который выполнил все задания за 55 минут 15 секунд.
Интересно, что и другие команды использовали роботов Hubo и Atlas, которые выпускаются и продаются мелкими сериями. Однако результаты были у всех разные. Объяснение только одно: дело не в самом железе (корпус и низкоуровневое программное обеспечение), а в высокоуровневом ПО, которое отвечает за то, что робот понимает об окружающем его мире и как он передает эту информацию операторам.
Многие эксперты отмечали снижение уровня требований конкурса, — ведь изначально DARPA требовало полной автономности всех роботов. Владислав Сычков, исполнительный директор НПО «Андроидная техника», считает, что организаторы осознали: изначально заданная планка была слишком высока. Зато в соревнованиях смогли принять участие роботы, которые сейчас находятся в лабораториях. После некоторой доработки выполнение заявленных требований уже не является какой-то фантастической задачей. Кроме того, многие коллективы выступили на соревнованиях с более простыми и дешевыми роботами, чем сделанные на многомиллионные гранты от DARPA, — и получили по три-четыре балла, что очень неплохо по соотношению затрат на результат. Видно, что эти роботы побеждают по времени выполнения задач, хотя не все задачи им доступны. Это можно объяснить как раз тем, что софт у таких роботов — свой, написанный командами от начала и до конца. Ключевым достижением соревнований можно считать реализацию многими командами алгоритмов автономного управления роботом для выполнения задач (открыть дверь, проехать за рулем машины), которые ранее считались доступными только для человека.
Самая убийственная авария случилась с роботом ATLAS Hercules (техасская команда TRACLabs Inc.). Пытаясь выйти из автомобиля, он поставил ступню на подставку, но потом потерял равновесие и с грохотом рухнул на землю, — и овации зрителей сменились стонами.
Общение с командами DRC показало, что подходы к решению задач у разработчиков биоморфных систем очень похожи: сама кинематическая схема накладывает определенный отпечаток на всю конструкцию. Видимо, поэтому уровень команд и проектов в этой области практически не различается по странам: биоморфные роботы любого происхождения имеют больше сходства, чем отличий. И российские разработчики в целом находятся на одном уровне с зарубежными коллегами, впрочем, исключая уровень финансирования (особенно проектов DARPA).
В России крайне важно сформировать свою робототехническую среду. Первостепенную роль в этом будет играть проведение масштабных национальных соревнований, которые следует организовать в сотрудничестве с инновационными компаниями, крупными отраслевыми заказчиками и институтами развития (такими как Сколково). У нас есть хороший потенциал, чтобы выйти в число лидеров робототехники и преподнести немало сюрпризов коллегам во всем мире.