Компоненты робототехники и сенсорика реферат

Обновлено: 30.06.2024

Квантовые технологии. Источник: НИУ ВШЭ, июнь 2019 г.

Компоненты робототехники и сенсорика. Источник: НИУ ВШЭ, июнь 2019 г.

Нейротехнологии и искусственный интеллект. Источник: НИУ ВШЭ, июнь 2019 г.

Новые производственные технологии. Источник: НИУ ВШЭ, июнь 2019 г.

Промышленный Интернет. Источник: НИУ ВШЭ, июнь 2019 г.

Системы распределенного реестра. Источник: НИУ ВШЭ, июнь 2019 г.

Технологии беспроводной связи. Источник: НИУ ВШЭ, июнь 2019 г.

Технологии виртуальной и дополненной реальности. Источник: НИУ ВШЭ, июнь 2019 г.

Индекс развития ИКТ. Источник: МСЭ

Мировая динамика развития девяти важнейших секторов цифровой экономики характеризуется среднегодовыми темпами роста в десятки процентов. Драйверы роста этих секторов, по мнению авторов вышеупомянутого сборника, выглядят так:

большие данные — увеличение скорости передачи данных и емкости носителей информации; снижение стоимости хранения данных; повышение доступности облачных сервисов для обработки данных; запуск образовательных программ в области больших данных и рост численности специалистов по обработке и анализу данных; рост объема открытых данных, в том числе неструктурированных; cоздание и распространение систем Интернета вещей;
квантовые технологии — тенденция к миниатюризации и повышению производительности электроники; увеличение объема неструктурированных данных; поиск новых способов шифрования в условиях роста кибератак; рост числа исследований и разработок в области квантовых технологий; создание исследовательских центров и запуск образовательных программ в области квантовых технологий; потребность в быстрой и безопасной передаче информации;
компоненты робототехники и сенсорика — повышение требований к гибкости производства; увеличение спроса на промышленную робототехнику со стороны компаний для модернизации производства; рост спроса на сервисных роботов, обусловленный старением населения; развитие самозарядных сенсорных устройств и технологий распознавания образов, повышение емкости топливных элементов; потребность в использовании робототехники в условиях, опасных для жизни и здоровья человека;
нейротехнологии и искусственный интеллект — потребность в повышении скорости бизнес-процессов при одновременном сокращении затрат; развитие открытого ИИ (OpenAI и др.); рост инвестиций в развитие нейротехнологий и искусственного интеллекта со стороны компаний; увеличение объема неструктурированных данных, потребность в его анализе; развитие законодательной базы в области ИИ; возможность более точного определения эмоционального отклика потребителей на продукты и услуги;
новые производственные технологии — повышение доступности устройств для 3D-печати; повышение производительности вычислительных систем; демократизация технологий компьютерного инжиниринга; потребность в сокращении времени вывода продукта на рынок; высокие затраты на специальное производственное оборудование при изготовлении мелких партий продукции; рост спроса на кастомизированную продукцию;
промышленный Интернет — запуск процесса стандартизации соответствующих технологий; потребность в повышении уровня безопасности беспилотного транспорта; увеличение числа подключенных устройств;
системы распределенного реестра — необходимость обеспечения среды доверия между участниками цифровых сделок; потребность в новых инструментах хранения и обработки больших данных; рост безналичных платежей; распространение технологий биометрической идентификации; развитие маркетплейсов с применением технологии блокчейна; необходимость повышения прозрачности транзакций;
технологии беспроводной связи — увеличение объема данных и потребности в их быстрой передаче; распространение систем Интернета вещей, в том числе промышленного Интернета; рост электронной коммерции; развитие беспилотного транспорта; спрос со стороны пользователей на качественно новый контент (например, VR-трансляции); необходимость увеличения пропускной способности сетей в связи с ростом объема трафика;
технологии виртуальной и дополненной реальности — увеличение спроса на системы индикации, устройства и программные решения VR/AR; рост пользовательских требований к получаемому контенту (скорости передачи данных, визуализации и т. д.); повышение спроса компаний на решения в области UX/UI-дизайна; увеличение производительной мощности и разрешения дисплея, наличие навигационных датчиков в смартфонах; развитие глобального медийного контента; поиск новых решений для повышения качества образования, востребованность иммерсивного обучения.

Из отчетов Международного союза электросвязи (МСЭ, ITU) следует, что в нашей стране Индекс развития ИКТ (ICT Development Index) неуклонно растет: от 4,42 по итогам 2008 г. до 7,07 по итогам Однако во многих государствах этот индекс растет ещё быстрее. Поэтому место России в соответствующих рейтингах, увы, падает: по итогам 2015 г.,43-е по итогам 2016 г.,45-е по итогам 2017 г.

Есть, конечно, и другие проблемы. Однако будем надеяться, что и в нашей стране темпы роста перечисленных выше важнейших секторов цифровой экономики рано или поздно будут близки к общемировым.

Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Сенсорика и элементы робототехники. Презентация на заданную тему содержит 14 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!

Компоненты робототехники и сенсорика - совокупность субтехнологий, определяющих методы цифрового моделирования, проектирования, управления и осуществления механических систем и их компонентов, оказывающих наиболее существенное влияние на развитие российских рынков или отраслей. Данная технология является одной из передовой и инновационной, так так может быть задействована во многих сферах жизни человека и требует разработки новых технологических продуктов. Компоненты робототехники и сенсорика - совокупность субтехнологий, определяющих методы цифрового моделирования, проектирования, управления и осуществления механических систем и их компонентов, оказывающих наиболее существенное влияние на развитие российских рынков или отраслей. Данная технология является одной из передовой и инновационной, так так может быть задействована во многих сферах жизни человека и требует разработки новых технологических продуктов.

Сферы применения Роботы предназначены для замены человека при выполнении рутинных, грязных, опасных работ, а также там, где требуется высокая точность и повторяемость. Область применения и перспективы современной робототехники исключительно широки: роботы уже применяются в быту, в сфере обслуживании людей, в медицине, в сельском хозяйстве и многих других видах работ. 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 величин, но и методы обработки сенсорной информации. Сенсоры окружают нас повсюду: в телефонах, микрофонах, считывателях магнитных билетов в метро. Роботам тоже требуются сенсоры: антропоморфным - для устойчивости, промышленным - чтобы понимать, в каком месте находится деталь, где ее взять, куда перенести. В России промышленных роботов производят для военных целей.

К 2035 году в России должны быть сформированы новые глобальные рынки, которые позволят нашей стране занять лидирующие позиции в технологической сфере. Для этого была создана Национальная технологическая инициатива (НТИ) – долгосрочная стратегия технологического развития.

Согласно документу, к 2035 году суммарные расходы на науку и технологии достигнут 4% ВВП. Доходы российских компаний и университетов от управления интеллектуальной собственностью составят 1% от оборота мирового рынка, а Россия войдет в топ-5 стран по рейтингу количества профессионалов, занимающихся исследованиями и разработками.

В рамках национальной стратегии разрабатываются перспективные технологии. ТАСС расскажет, в чем суть и особенности каждой технологии и какие компании уже применяют их.

1. "Большие данные" (Big Data)

У "больших данных" пока нет точного определения, но по сложившейся за последние несколько лет традиции к ним относят информацию, которая соответствует трем критериям:

ее очень-очень много;
ее не просто много, а она лавинообразно увеличивается, и это надо обрабатывать на ходу;
ее невозможно обработать традиционными способами, потому что она плохо структурирована (случайные объекты, медиаобъекты и пр.).

Для работы с "большими данными" нужны очень большие парки серверов и специализированные программы. В России этим успешно занимается "Яндекс" (чуть ли не половина их бизнеса состоит из обработки Big Data для "нефтянки" и пр.), а также другие поисковики и социальные сети.

2. Искусственный интеллект

Под этим подразумеваются сложные программные системы, которые не только умеют действовать по заложенной человеком программе, но и эффективно самообучаются, а также могут совершать действия, которые не были заложены программистом.

В этой области по миру действуют тысячи компаний. Например, интеллектуальные системы поддержки принятия решений для охраны сухопутных границ РФ на Урале, Дальнем Востоке и юге России разрабатываются силами Объединенной приборостроительной корпорации. Системы помогают собирать данные о наземной, морской и воздушной обстановке, умеют решать оперативные, служебные задачи, а также оказываются полезны, если нужно спланировать действия и работу пограничных служб. В систему интегрированы элементы искусственного интеллекта, обеспечивающие анализ, прогнозирование ситуации и расчет сценариев действий и маршрутов, по которым могут двигаться нарушители.

Другой пример – создание авиасимулятора с искусственным интеллектом, на котором удобно обучать летчиков, или системы беспилотного движения транспорта.

Алгоритмы глубокого машинного обучения разрабатывают подразделение "Яндекса" Yandex Data Factory и компания Semantic Hub. Последняя обрабатывает большие массивы, например научных статей, и готовит на их основе аналитические отчеты.

3. Системы распределенного реестра, или блокчейн

Идея технологии блокчейна довольно проста – это огромная база данных общего пользования, которая функционирует без централизованного руководства. В случае с биткоином, например, проверкой транзакций занимаются так называемые майнеры – участники системы с мощными компьютерами, которые подтверждают подлинность совершенных действий, а затем формируют из записей транзакций блоки. В руках этих участников и находится распределенная база данных, состоящая из "цепочки блоков". Распределенный характер базы данных на основе блокчейна позволяет контролировать достоверность транзакций без надзора каких-либо финансовых регуляторов.

Основные лоббисты блокчейна в России – провайдер платежных сервисов Qiwi и Сбербанк.

4. Квантовые технологии

Технология основана на манипуляции сложными квантовыми системами на уровне их индивидуальных компонентов, а не просто на квантовой физике. Так, транзистор, согласно этому определению, не является квантовой технологией, потому что, хотя он и основан на квантовой физике, в нем нет управления индивидуальными электронами, а в квантовых технологиях речь идет именно об управляемых квантовых частицах. Примеры – квантовые датчики (колоссальная чувствительность и колоссальное квантовое разрешение), квантовый компьютер, сверхточные хронометры и геопозиционирование, квантовое шифрование (криптография).

Созданием инфраструктуры квантовых коммуникаций, обеспечивающих абсолютно безопасную связь, занимается Российский квантовый центр. Сегодня центр разрабатывает промышленное устройство для квантовой криптографии. В планах – разработка миниатюризированных технологий для телефона.

5. Новые и портативные источники энергии

Прежде всего речь идет о технологиях эффективного накопления и использования энергии. Американская компания Tesla Energy производит аккумуляторы размером с маленький шкафчик. Их можно заряжать ночью по дешевому тарифу, а потом накопленной энергией целый день питать оборудование во всем доме. Для производства аккумуляторов требуется литий. По словам представителя АСИ, ученые уверены, что его запасов не хватит для того, чтобы установить каждому человеку такой Tesla-аккумулятор. Поэтому одной из задач исследователей является поиск новых энергозапасающих материалов.

Помимо разработок микробатареек с большой емкостью, исследовательские центры и компании ищут способы индивидуального производства энергии. Например, если установить вместо стекол прозрачные батарейки, каждая квартира станет генератором солнечной энергии. А потоки энергии смогут двигаться не только от электростанции в квартиру, но и наоборот. При необходимости произведенную энергию можно будет отправлять в хранилища или передавать на другой конец Земли.

Однако техническое решение, позволяющее управлять потоками энергии, пока не найдено, а сети имеют национальный характер. Российская компания "Таврида Электрик" создает коммутационное оборудование для управления энергопотоками, которые питают Калининградскую область. А компания Qiwi планирует создать потребительский сервис, с помощью которого можно будет продавать энергию, произведенную персональным генератором человека.

6. Новые производственные технологии

К ним относятся аддитивные технологии, цифровое моделирование и новые материалы. Преимущество аддитивного производства заключается в сложении или наслаивании материала при изготовлении сложных деталей, что в разы экономичнее выпиливания или отрезания.

Пример аддитивной технологии – 3D-печать. Чтобы аддитивные технологии работали, нужно создать электронную модель изделия. При помощи технологий цифрового моделирования и проектирования не только рисуют трехмерный макет изделия, но и рассчитывают, какой потребуется материал для его изготовления, какие нагрузки он выдержит, вплоть до выбора поставщика. В идеале компьютер должен выполнять работу целого конструкторского бюро.

Новые материалы – это материалы на стыке нескольких наукоемких областей, такие как биоинженерные материалы, сверхпроводники, передовые полимеры, нанопорошки и наноуглеродные материалы. Они требуются для того, чтобы оборудование могло выполнять новые функции.

В качестве примера можно привести проект "Фабрики будущего". Он направлен на создание площадок цифрового проектирования и моделирования, а также тестирования продукции нового поколения в области автомобилестроения, судостроения, вертолетостроения и т. д. "Умные" фабрики позволят сократить сроки разработки и производства, а также себестоимость изделий. Проект предполагает запуск двух испытательных полигонов к 2018 году и 30 "Фабрик будущего" к 2035 году. Его будут реализовывать Институт передовых производственных технологий СПбПУ, группа компаний CompMechLab, научно-производственное объединение "Сатурн" (входит в структуру "Ростеха"), Сколковский институт науки и технологий и другие.

7. Сенсорика и компоненты робототехники

Сенсоры окружают нас повсюду: в телефонах, микрофонах, считывателях магнитных билетов в метро. Несмотря на то, что сенсоров много, остается ряд нерешенных вопросов. Например, эффект Доплера, который для простого потребителя проявляется в низкой скорости срабатывания сенсора. На платных дорогах водитель может оплатить проезд без использования наличных или банковских карт с помощью специального бортового устройства – транспондера. Деньги списываются с автовладельца, когда сенсор считывает метку транспондера. Однако для того, чтобы это произошло, необходимо замедлить автомобиль до 30-50 км/ч.

Роботам тоже требуются сенсоры: антропоморфным – для устойчивости, промышленным – чтобы понимать, в каком месте находится деталь, где ее взять, куда перенести. В России промышленных роботов производят для военных целей.

8. Технологии беспроводной связи

Сейчас в приоритете технологии 5G. Идея 5G заключается в том, чтобы выделить под нужды широкополосного мобильного доступа миллиметровые частоты свыше 24 ГГц, что позволит достичь скоростей передачи данных свыше 10 Гбит, то есть более чем в 10 раз быстрее соединения по оптико-волоконному кабелю.

В принципе, скорости 4G более чем устраивают потребителей, но 5G позволит отчасти перехватить технологический контроль за интернетом у США, поэтому в него очень активно вкладываются Китай, Южная Корея, Европа.

Россия также предпринимает шаги по усилению своего влияния в области развития 5G. В конце сентября 2015 года она предложила Международному союзу электросвязи стандартизировать для сетей 5G диапазоны частот 4440–4500, 4800–5000 и 5925–6425 МГц, широко используемые у нас в стране. Примерно тогда же было достигнуто соглашение о сотрудничестве стран БРИКС в области стандарта связи пятого поколения, интернета вещей и облачных технологий.

В России системы беспроводной связи разрабатывает компания Ranberry, которую основали сотрудники Института проблем передачи информации РАН.

9. Технологии управления свойствами биологических объектов

В основе технологии лежат генетика и синтетическая биология, которые объединяют технологии биоинженерии, управления генами, объединения биологических элементов в новые образования.

Генетика – наука о наследственности и наследственной изменчивости человека. Технологии позволяют читать и расшифровывать ген на основе анализов и сложных программ. Так, например, уже сегодня можно узнать, какие продукты у человека плохо усваиваются или какова вероятность возникновения рака.

В рамках синтетической биологии развиваются технологии выращивания искусственных органов и тканей. Сейчас можно вырастить кусочек кожи площадью 1 см.

Перечисленные технологии применяют и разрабатывают российские компании "Атлас", "Генотек", "ДНК-Диагностика", Институт стволовых клеток человека и другие.

10. Нейротехнологии, технологии виртуальной и дополненной реальности

Нейротехнологии – это совокупность технологий, созданных на основе принципов функционирования нервной системы и способствующих увеличению продолжительности и качества жизни. Передовые разработки в нейротехнологиях способны повышать продуктивность человеко-машинных систем и производительность психических и мыслительных процессов. Рынком-предшественником является рынок носимых устройств, передающих информацию через интернет. Новые технологии будут разрабатываться на основе результатов интенсивного изучения человеческого мозга и нервной системы.

Это крайне широкая область: от новой фармацевтики и электронной "начинки" организма для компенсации утраченных функций до различных интеллектуальных производств, основанных на нейроморфных системах. Уже сейчас экзоскелеты (специальные устройства-каркасы) позволяют людям восполнять утраченные функции или увеличивать силу мышц. При помощи "мозга-компьютера с очками дополненной реальности" компании "Нейроботикс" парализованные пациенты могут управлять такими экзоскелетами через считывание электрической активности мозга.

Одним из направлений нейротехнологий занимается, в частности, компания "Айкумен – информационные бизнес-системы". В фокусе ее внимания технологии интеллектуального анализа данных, комплексные информационно-аналитические решения класса Business Intelligence в интересах государственных и корпоративных заказчиков.

Другая компания – "Нейроматикс" – специализируется на розничной и оптовой продаже нейроконтроллеров – устройств, которые предоставляют возможность каждому желающему использовать свой мозг для прямого управления компьютерными программами, периферийными устройствами, играми.

В послании Федеральному собранию 4 декабря 2014 года президент России Владимир Путин обозначил Национальную технологическую инициативу одним из приоритетов государственной политики. НТИ объединяет технологических предпринимателей, представителей университетов и исследовательских центров, крупные деловые объединения России, институты развития, экспертные и профессиональные сообщества, а также органы исполнительной власти.

Участниками НТИ являются Межведомственная рабочая группа при президиуме совета при президенте по модернизации экономики и инновационному развитию России во главе с вице-премьером правительства Аркадием Дворковичем и помощником президента Андреем Белоусовым, Агентство стратегических инициатив (АСИ), Российская венчурная компания (РВК) и профессиональные (экспертные) рабочие группы.

Межведомственная рабочая группа, возглавляемая вице-премьерами, координирует и мониторит взаимодействие Федеральных органов исполнительной власти, институтов развития и иных заинтересованных организаций в рамках реализации НТИ. За АСИ – формирование стратегии и осуществление методологической поддержки НТИ. РВК – это проектный офис НТИ, то есть весь операционный блок: организационно-техническое, экспертно-аналитическое и методологическое сопровождение деятельности рабочих групп, участвующих в проектировании и реализации дорожных карт НТИ, содействие реализации проектов дорожных карт, организация и проведение профильных образовательных программ, выстраивание систем правовой, юридической и инструментальной поддержки, а также финансовая поддержка деятельности НТИ в пределах утвержденного бюджета РВК.

Среди приоритетных направлений НТИ выделяют девять рынков:

EnergyNet (рынок сервисов интеллектуальной энергетики, экосистемы производителей и потребителей энергии, которые беспрепятственно интегрируются в общую инфраструктуру и обмениваются энергией);
FoodNet (интеллектуальный рынок производства и распределения пищи и продуктов с индивидуальной логистикой);
SafeNet (новые персональные системы безопасности);
HealthNet (персональная медицина);
AeroNet (рынок сервисов на основе авиационно-космических и беспилотных аппаратов);
MariNet (рынок глобально распределенных интеллектуальных систем управления морским транспортом и технологий освоения Мирового океана);
AutoNet (рынок беспилотников и решений на их основе);
FinNet (рынок децентрализованных финансовых систем и валют);
NeuroNet (рынок информационного обмена следующего поколения, продукты и сервисы которого основаны на знаниях о мозге и направлены на расширение ресурсов мозга).

Согласно стратегии НТИ, к 2035 году доля частных инвестиций в долгосрочные программы исследований будет составлять не менее 50%. Зарубежные инвестиции в российские технологические разработки будут насчитывать не менее 10% от общего бюджета страны на исследования и разработки.

Деньги на роботов для России

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. Робототехника 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.

Для чего России роботы

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.

Анализ уровня текущего использования международных решений с особым фокусом на критические элементы

Источник: CNews Analytics, 2019

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 величин, но и методы обработки сенсорной информации.

Перспективы роботов и проблемы с их внедрением

Основными драйверами для развития мирового рынка робототехники 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 робототехнических 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.

Оценка экономической эффективности субтехнологий робототехники а также представление примеров наиболее развитых зарубежных решений и проектов по субтехнологиям робототехники, подтверждающих уровень развития субтехнологий, включая осуществленные инвестиции в реализацию, с учетом потенциальной доли рынка

К основным рыночным тенденциям относятся расширение перечня областей применения роботов и сенсорных средств, увеличение числа стартап-компаний в сфере робототехники 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, реабилитации и восстановления утраченных локомоций.

Перечень критериев успешности развития робототехники и субтехнологий для оценки применимости мировых практик

Барьерами для внедрения в России технологий робототехники 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.

Сенсоры и цифровые компоненты робототехники для человеко-машинного взаимодействия

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

Список существующих отечественных и зарубежных решений

Источник: CNews Analytics, 2019

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 робототехническими системами, обеспечивающие классификацию команд не менее чем в 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 робототехнических систем в здравоохранении и образовании, обеспечивающие на аппаратном уровне максимальное усилие при незапланированном контакте робота с человеком не более 10% от грузоподъемности робота со 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.

Технологии сенсорно-моторной координации и пространственного позиционирования

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 робототехнических компонентов и объектов физического мира, симуляторы и эмуляторы робототехнических и сенсорных средств на базе физических и теормеханических моделей для разработки и верификации систем управления, технологии разработки низкоуровневого ПОсистем управления реального времени, в том числе систем диагностики и отказоустойчивых систем.

Детальное описание выявленных перспективных решений

Источник: CNews Analytics, 2019

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 изменении 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 взаимодействие с ускорениями до 10 м/с 2 и со скоростями до 5 м/с для 95% сценариев, характерных для розничной торговли, здравоохранения, строительства и добычи ископаемых, а также других приложений сервисной робототехники, включая жесткие, деформируемые, хрупкие, плоские протяженные, сыпучие и меняющие форму объекты.

Также к технологическим барьерам относятся решения для робототехнических 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).

Сенсоры и обработка сенсорной информации

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.

Примеры, подтверждающие обозначенный уровень развития субтехнологии

Источник: CNews Analytics, 2019

К ключевым технологическим характеристикам для данной субтехнологии относятся: сетевая система реального времени для сбора, анализа интерпретации сенсорной информации, поддерживающая технологию Plug&Play свыше чем для 100 одновременных подключений сенсоров и робототехнических комплексов со 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.

Какие технологии и алгоритмы надо разработать в России

Затраты на реализацию мероприятий дорожной карты

По подсчетам авторов дорожной карты, всего на развитие в России компонентов робототехники и сенсорики в период до 2024 г. потребуется 132,6 млрд руб. В том числе 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.

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.

В том числе в рамках данной субтехнологии на грантовую поддержку малых предприятий будет направлен 1 млрд руб., на поддержку отраслевых решений — 6,9 млрд руб., на поддержку разработки и внедрения промышленных решений — 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.

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 направлению расходы федерального бюджета составят 5 млрд руб., внебюджетных источников — 50 млрд руб. По остальным направлениям расходы между бюджетом и внебюджетными источниками будут делиться поровну.

Образование и подготовка кадров для робототехники

В документе проводится анализ зарубежных образовательных программ в сфере робототехники. Отмечается, что в США одно из самых дорогостоящих высших образований в мире, которое также характеризуется ограниченностью мест и высоким конкурсом на обучение. При этом образовательные учреждения динамично развиваются за счет рыночно ориентированного подхода к организации образовательной политики университета. Соотношение преподавателей и студентов составляет 1:4—6.

В Институте Меллона Университета Карнеги—Меллона стоимость обучения составляет $29,5 тыс. в год. Средняя годовая зарплата выпускников-бакалавров составляет $108 тыс., выпускников-магистров — $125 тыс., выпускников аспирантуры — $134 тыс. В Массачусетском технологическом институте стоимость обучения составляет $50 тыс. в год. Средняя годовая зарплата выпускников-бакалавров составляет $85 тыс., выпускников-магистров — $115 тыс. В Университете Мичигана средняя зарплата выпускников-бакалавров составляет $78 тыс., выпускников-магистров —$91 тыс.

В отличие от США, в Европе высшее образование во многих случаях бесплатное либо стоимость обучения невысокая. К примеру, в Мюнхенском техническом университете стоимость обучения по специальностям, связанным с робототехникой, составляет 2 тыс. евро в год. При этом в ВУЗах большое количество мест и сравнительно невысокий конкурс на обучение.

В то же время изменения в образовательном процессе проходят медленнее, и наблюдаются проблемы, связанные с финансированием. Соотношение преподавателей и студентов составляет 1:15—18.

В России, несмотря на длительное существование специальности робототехники, на рынке труда отмечается кадровый кризис именно квалифицированных специалистов в области робототехники. Авторы дорожной карты связывают это с оттоком ИТ-кадров и низкой заработной платой.

Перечень направлений поддержки аналогичных зарубежных проектов в рамках робототехники и сенсорики, вовлеченные компании и организации, основные результаты, этапы организации поддержки

Источник: CNews Analytics, 2019

Средняя ежемесячная зарплата специалистов в области машиностроения составляет около 45 тыс. руб., в информатике и вычислительной технике — 53 тыс.руб., в электронике, радиотехнике и системах связи — более 48 тыс. руб., в математике и механике — 62 тыс. руб.

В большинстве случаев выпускники российских технических ВУЗов имеют хорошую теоретическую базу, но плохо ориентированы на практическую деятельность, указано в документе. Следовательно, необходимо обеспечить такую модель выпускника, которая будет отражать структуру его профессиональной деятельности, обусловленную служебными обязанностями и рабочим местом.

Выпускник должен обладать знаниями, которые позволяют ему уметь делать следующего рода вещи: составлять математические модели мехатронных и робототехнических систем, их подсистем и отдельных элементов и модулей, включая информационные, электронные, электромеханические, гидравлические, электрогидравлические устройства и средства вычислительной техники; свободно ориентироваться в элементной базе мехатронных и робототехнических систем и успешно работать в любой отрасли промышленности, где они используются; разрабатывать ПО, необходимое для обработки информации и управления в мехатронных и робототехнических системах, а также для их проектирования.

Рисками в сфере подготовки кадров для робототехники являются: недостаточная квалификация технологов для эффективного использования манипуляторов, нехватка операторов, отток молодых кадров из научно-технических центров робототехники из-за недостаточной материальной базы и финансирования; нехватка квалифицированных инженерных кадров, способных использовать современные решения в области проектирования и управления сложными динамическими объектами; непонимание специфики современных роботов и технологически нерациональное их использование.

Инвестиции в этот проект составят 2,5 млрд руб. до 2024 г. В результате его реализации в год будет выпускаться не менее 200 высококвалифицированных специалистов с перспективой увеличения до 500.

Другое предлагаемое мероприятие — контрактная аспирантура, ориентированная на актуальные задачи индустрии: научные исследования и подготовку высококвалифицированных кадров на условиях софинансирования государства и бизнеса. Объем затрат составит 1,75 млрд руб. до 2024 г. По результатам реализации мероприятий в год будет выпускаться 50 специалистов высшей квалификации, начиная с 2022 г., с перспективой увеличения до 100.

Предполагаемые инвестиции в проект составят 1 млрд руб. за период до 2024 г. По результатам реализации мероприятия в России будет 2 тыс. преподавателей в сфере робототехники и более 20 новых специализированных образовательных программ.

Еще 650 млн руб. потребуется на дополнительное обучение с ориентацией на технологии робототехники для инженерно-технических кадров и высшего менеджмента предприятий. В результате в России появится 5,2 тыс. кадров по робототехнике и сенсорике.

Осуществление академического обмена потребует 1 млрд руб. в период до 2024 г. Благодаря этому мероприятию 100 человек в год пройдут повышение квалификации в сфере робототехники.

Еще одно запланированное мероприятие – Industry-academicexchange. Речь идет о приглашении практикующих специалистов из индустрии провести занятия в ВУЗах и ССУЗах. Мероприятие потребует затрат в размере 1 млрд руб. за период до 2024 г. Предполагается, что повышение квалификации будут проходить 100 специалистов в год.

Будущее российской робототехники

Целевые значения измеримых технических и экономических показателей развития с субтехнологий СЦТ в разрезе представленных приоритетов

Источник: CNews Analytics, 2019

К 2024 г. в России появятся уникальные сенсоры и сенсорные системы. В том числе будет разработано 5 уникальных чувствительных элементов сенсоров физических величин, 10 цифровых сенсоров и мультисенсорных систем, 25 датчиков производственного оборудования и процессов, 5 бионических датчиков и 20 датчиков мониторинга готовой продукции.

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.

Читайте также: