Как роботы будут работать вместе с людьми. Интервью с Романом Мещеряковым

[Травыч]

Как роботы будут работать вместе с людьми. Интервью с Романом Мещеряковым​

Роман Мещеряков, главный научный сотрудник Института проблем управления имени В. А. Трапезникова РАН / © Центр научных коммуникаций МФТИ, Анастасия Каплина
— Роман Валерьевич, вы специалист по «киберфизическим системам». А что это такое?

— Киберфизические системы (КФС) — это сложные организационно-технические системы, которые функционируют в физической среде. Их частью являются вычислительные системы, которые получают, обрабатывают информацию и выдают ее. Они также обладают свойствами сенсорного получения информации и воздействия на физическую среду.

Из широко известных примеров мы можем вспомнить IoT (Internet of Things) — «интернет вещей». Эта технология существует уже давно, к ней относятся грид-системы (от англ. grid — решетка), промышленный интернет (Industrial Internet), «умный дом» (Smart Home). В текущем столетии активно развивается парадигма IoE (Internet of Everything) — «интернет всего».

Носимая электроника на «умной одежде» — тоже киберфизическая система. «Умная больница», «умная теплица» — все «умное». Есть еще расширения киберфизических систем, например социокиберфизическая система, в которую включен человек в качестве субъекта и объекта управления.

В нашей лаборатории мы занимаемся различными аспектами теории и практики киберфизических систем, работаем в трех крупных направлениях.

Первое — робототехнические комплексы различного базирования и среды перемещения (земля, воздух, вода, космос), которые функционируют в группе и взаимодействуют между собой. На борту летательного аппарата (впрочем, не обязательно летательного — и наземного, и водного, и подводного тоже) имеется некоторое количество вычислителей, которые формируют единую вычислительную среду. Они работают как автономно, так и в группе. Объектом исследования являются методы и алгоритмы управления, взаимодействия, коммуникации, распределения задач и пр.

Второе крупное направление — эргатические системы, в которых присутствует человек. При решении таких задач мы определяем роль человека: что ему нужно делать, а что должен делать робот (автоматизированная и (или) информационная система). Человек не только сам принимает решения, но и выполняет задачи, которые ему назначают технические средства (в частности, робот). Очень важно для человека визуальное представление данных и знаний, а также их согласованная обработка.

И третье направление — кибербезопасность, то есть обеспечение безопасности функционирования киберфизических систем в различных условиях. Дополнительно к обеспечению конфиденциальности, целостности информации при передаче и взаимодействии особого внимания требует поддержание доступности — чтобы информация между субъектами передавалась в соответствии с временными требованиями, которые позволяют выполнять функции системы.

Роман Мещеряков, главный научный сотрудник Института проблем управления имени В. А. Трапезникова РАН (на заднем плане — ректор МФТИ Дмитрий В.Ливанов) / © Центр научных коммуникаций МФТИ, Анастасия Каплина
— Расскажите, пожалуйста, где наши разработки в этой области находятся на карте мира? Насколько мы хороши?

— В области человеко-машинного взаимодействия мы однозначно находимся на самом острие науки. В части работы биоинтерфейсов, то есть общения человека с компьютером с использованием не только речевого, голосового, ручного и прочих методов, но и с использованием биологических сигналов, которые мы получаем с человека. За рубежом очень ценят наши исследования и наработки в этих областях.

У нас идут передовые исследования в области распределения задач между человеком и роботом. Сейчас как работают робототехнические системы? Либо работает робот, либо работает человек — последовательно по времени, либо параллельно в различных пространствах. Жестко распределены задачи и не допускается их объединение (смешение). Когда появляется пересечение людей и роботов в одном небольшом пространстве в одно время, то возникают вопросы предсказания и прогнозирования поведения робота. Какой у него должен быть сценарий поведения?

В области человеко-машинного взаимодействия мы однозначно находимся на самом острие науки. За рубежом очень ценят наши исследования и наработки в этих областях.

Сейчас, например, в России запрещено одновременное нахождение беспилотных и пилотируемых летательных аппаратов в едином воздушном пространстве. Но мы же понимаем, что через некоторое время роботы будут частью нашего окружающего мира так же, как частью этого мира являются смартфоны и умные устройства. По распределению и взаимодействию у нас имеются разработки мирового уровня. Хорошие наработки имеются и в области доступности киберфизических систем, обеспечения телекоммуникационных требований в различных шумах, обеспечения надежности каналов связи и представлению информации для человека.

Недостаток вычислительных ресурсов и особенности электронной компонентной базы приводят к тому, что мы глубже прорабатываем модели и алгоритмы поведения. У нас очень хорошо с математикой, и мы способны создавать методы и модели. Сложности с российской элементной компонентной базой одновременно являются и ее достоинством.

Как в 1990-е годы, когда с вычислительной техникой у нас было не очень, то мы решали проблемы за счет написания эффективного программно-алгоритмического обеспечения. Отсюда и взрывной рост математических и программистских школ в области вычислительных систем.

За рубежом было проще написать за пять минут программу, которая решение выдавала за час, а мы делали наоборот: час писали программу, которая за пять минут решала задачу. Собственно, мы сейчас к тому же и приходим. Сложности с материально-техническим обеспечением не позволяют нам в полной мере отвлечься и реализовывать все, что мы хотим, поэтому нам приходится продумывать и реализовывать то, что перспективно. Некоторый класс задач не может быть решен даже перспективными средствами, в том числе с использованием нейроморфных или квантовых компьютеров. Так, например, NP-полные задачи решаем с использованием метаэвристик.

— Не могли бы вы привести примеры таких решений, которыми мы можем гордиться?

— Первое, что приходит на ум, это управление группой беспилотных летательных аппаратов при решении комплексных задач. В зависимости от окружающей среды и внутреннего состояния БПЛА могут между собой перераспределять функции. Первая задача — создать такую группу. Вторая задача — поддерживать ее в актуальном состоянии при функционировании, потому что могут произойти нештатные ситуации: у кого-то может батарея разрядиться, или произойти поломка — сломаться винт, возможно изменение метеоусловий: пойдут осадки и другое. Мы это умеем делать, и это точно одна из самых передовых вещей, которые существуют.

Второе — различные виды интерфейсов управления с использованием биологических сигналов, в том числе электроэнцефалографии головного мозга (ЭЭГ). Эти работы мы проводим совместно с нашими партнерами — Воронежским государственным университетом, Институтом медико-биологических проблем РАН, Научно-исследовательским испытательным центром подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина, МФТИ и другими.