Мозг человека, разумеется, способен практически мгновенно разобраться в этой сложной визуальной информации. Рабочий без труда определяет габариты и ориентацию каждой коробки и, кажется, на каком-то инстинктивном уровне понимает, что начинать нужно с коробок, стоящих на самом верху, а перемещать остальные следует так, чтобы не нарушить равновесие всей груды.
Это как раз тот тип проблем зрительного восприятия, необходимость преодоления которых послужила одним из факторов формирования человеческого мозга. В том, что рабочий успешно справляется с задачей перемещения коробок, не было бы ничего примечательного, если бы не тот факт, что в данном случае в качестве рабочего выступает робот. Точнее говоря, змееподобная роботизированная рука с пневматическим захватывающим устройством на конце. Чтобы разобраться в ситуации, роботу требуется больше времени, чем человеку. Он долго разглядывает коробки, слегка корректируя параметры наблюдения, обрабатывает информацию еще в течение некоторого времени и наконец делает движение вперед и берет коробку с самого верха. Впрочем, эта медлительность объясняется лишь одним – колоссальной сложностью вычислений, которые требуются для выполнения этой, кажущейся столь простой задачи. История развития информационных технологий подсказывает, что уже очень скоро этот робот будет работать намного быстрее.
И действительно, если верить инженерам стартапа Industrial Perception, Inc. в Кремниевой долине, которые спроектировали и собрали этого робота, в перспективе он будет работать со скоростью одна коробка в секунду. Для сравнения – пределом человеческих возможностей является перемещение одной коробки в шесть секунд{4}. Само собой разумеется, робот может работать без остановки; он никогда не устанет, не надсадит спину, ну и, конечно же, не подаст заявление на получение пособия по нетрудоспособности.
В основе разработки Industrial Perception лежит сочетание технологий зрительного восприятия, пространственных вычислений и развитых средств манипулирования объектами. Можно сказать, что ее появление означает преодоление последнего рубежа на пути к полной автоматизации, за которым машины начинают претендовать уже и на те немногочисленные относительно рутинные виды ручного труда, которые пока еще выполняются людьми.
Разумеется, в использовании роботов в промышленном производстве нет ничего нового. Они уже стали незаменимыми практически во всех отраслях промышленности – от автомобилестроения до производства полупроводников. На заводе производителя электромобилей Tesla в Фремонте, в штате Калифорния 160 универсальных промышленных роботов собирают приблизительно 400 автомобилей в неделю. Как только шасси нового автомобиля оказывается в следующей точке сборочной линии, к нему опускаются сразу несколько манипуляторов и начинают работать в тесном взаимодействии друг с другом. Роботы способны самостоятельно менять инструменты, установленные на манипуляторах, что позволяет выполнять различные задачи. Например, один и тот же робот сначала монтирует сиденья, а затем, поменяв инструменты, наносит клеящий состав и устанавливает лобовое стекло{5}. По данным Международной федерации робототехники, в период с 2000 по 2012 г. мировой объем продаж промышленных роботов вырос более чем на 60 %, достигнув $28 млрд в 2012 г. Абсолютным лидером по темпам роста является рынок Китая, где в период с 2005 по 2012 г. ежегодный темп прироста количества устанавливаемых роботов составил приблизительно 25 %{6}.
Несмотря на то что промышленные роботы – это уникальное сочетание скорости, точности и грубой силы, в большинстве своем они являются слепыми актерами в мастерски срежиссированном спектакле. Они нуждаются в точной синхронизации во времени и точном позиционировании. Очень немногие из них обладают средствами визуального восприятия, как правило, обеспечивающими возможность видеть в двух измерениях и только при определенном освещении. Например, они могут выбирать детали на плоской поверхности, но из-за неспособности воспринимать глубину поля зрения они плохо приспособлены к работе в средах даже с незначительной степенью непредсказуемости. Вследствие этого ряд рутинных работ на промышленных предприятиях по-прежнему приходится выполнять людям. Очень часто это работы, которые подразумевают выполнение промежуточных операций при передаче изделия от одного робота другому, либо выполняемые на последних этапах производственного процесса. В качестве примера может служить функция рабочего, который берет детали из ящика и вставляет их в манипуляторы робота на конвейере, или работа грузчиков, занимающихся загрузкой и разгрузкой машин, увозящих продукцию с фабрики или доставляющих детали.
Технология, благодаря которой робот Industrial Perception может ориентироваться в трехмерном пространстве, является яркой иллюстрацией плодотворного междисциплинарного взаимодействия, обеспечивающего появление новых разработок в неожиданных областях. Можно возразить, что впервые роботы научились видеть еще в ноябре 2006 г., когда компания Nintendo представила свою игровую приставку Wii. В комплекте с устройством Nintendo пользователь получал игровой контроллер принципиально нового типа: беспроводной модуль, в который было встроено недорогое устройство под названием «акселерометр». Акселерометр воспринимал движение в трех измерениях и формировал поток данных, который затем интерпретировался игровой приставкой. Теперь у игроков была возможность контролировать движения персонажей видеоигр с помощью движений собственного тела и жестов. Это полностью перевернуло представления об игровом процессе. Инновационная разработка Nintendo разрушила стереотип занудного игромана, не спускающего глаз с монитора и не выпускающего из рук джойстик, и открыла новую страницу в истории игр, сделав их активным времяпрепровождением.
Это также стало вызовом для других ключевых игроков в мире компьютерных игр, на который они не могли не ответить. Корпорация Sony, производитель PlayStation, пошла по пути копирования идеи Nintendo, представив собственный модуль с датчиками движения. Однако Microsoft решила превзойти Nintendo и разработать нечто принципиально новое. С выходом дополнения Kinect к игровой консоли Xbox 360 необходимость в контроллере движений отпала вовсе. Чтобы добиться этого, инженеры Microsoft спроектировали похожее на веб-камеру устройство с возможностью трехмерного машинного зрения, основанной на технологии обработки изображений небольшой израильской компании PrimeSense. Kinect «видит» в трех измерениях, используя специальное устройство, которое, по сути, представляет собой радар, работающий со скоростью света: оно испускает пучок инфракрасных лучей в сторону находящихся в помещении людей и объектов, а затем определяет расстояние до них, рассчитывая время, требуемое для того, чтобы отраженный луч вернулся в инфракрасный датчик. Для взаимодействия с консолью Xbox игрокам достаточно жестикулировать или двигаться в поле зрения камеры Kinect.
По-настоящему революционной особенностью Kinect была его цена. Сложная технология машинного зрения, которая прежде стоила десятки или даже сотни тысяч долларов и требовала использования громоздкого оборудования, теперь была доступна в компактном и легком бытовом устройстве по цене $150. Исследователи, работавшие в области робототехники, сразу же увидели в технологии Kinect огромный потенциал, который мог полностью преобразить их сферу деятельности. Уже через несколько недель после выхода устройства на рынок инженеры из университетов и изобретатели-одиночки научились управлять Kinect и начали публиковать в YouTube видеоролики с роботами, которые теперь могли видеть в трех измерениях{7}. Специалисты Industrial Perception также решили использовать в своей системе восприятия изображения технологию, лежавшую в основе работы Kinect, результатом чего стало появление относительно недорогого устройства, быстро приближающегося к человеку по умению воспринимать внешнюю среду и взаимодействовать с ней в условиях обычной для реального мира неопределенности.
