В автономном полете: в ЮФУ разработают системы управления дронами для АПК
Директор НИИ Робототехники и процессов управления Южного федерального университета Вячеслав Пшихопов — об автономных беспилотных группах авиации, разработке агродронов и замене человека роботами.
Редакция «РБК ЮГ и Северный Кавказ» совместно с Южным федеральным университетом (ЮФУ) рассказывает об ученых юга России. В этот раз героем интервью стал профессор, доктор технических наук, директор НИИ Робототехники и процессов управления ЮФУ, главный конструктор и председатель научно-технического совета ПИШ ЮФУ Вячеслав Хасанович Пшихопов.
От пучин океана до полей Юга
— Вячеслав Хасанович, в январе 2024 года стартовал национальный проект «Беспилотные авиационные системы». Какие разработки Южного федерального университета могут способствовать реализации нацпроекта?
— Реализация нацпроекта — это ответ на те вызовы, с которыми столкнулась Россия в последние годы в области безопасности государства. Это движение в правильном направлении, но оно требует более глубокой проработки в части создания отечественной электронной компонентной базы.
ЮФУ является базовой организацией Минпромторга России в части развития систем управления беспилотными авиационными аппаратами. Благодаря поддержке Фонда перспективных исследований в рамках целевой поисковой лаборатории мы продолжаем эту работу. Сейчас ведем разработки по созданию систем уже группового применения средств робототехники, состоящих из различных объектов, авиационного, наземного базирования. Нами проведены работы с выходом на реальные демонстраторы в интересах Министерства обороны РФ.
— Разработки в сфере управления беспилотными системами в первую очередь интересны для Министерства обороны. Могут ли эти технологии применяться в гражданском секторе?
— Благодаря правительственному проекту по созданию Передовых инженерных школ, мы получили значительную грантовую поддержку. В рамках школы мы создали лабораторию робототехнических группировок для решения агропромышленных задач. Команда разработчиков обязалась представить совету и руководству ПИШ группировку агродронов, которая без участия оператора должна мониторить поля в несколько десятков гектаров. Беспилотники будут определять состояние культур в полях и давать рекомендации агроному по внесению удобрений, устранению сорняков и другим работам. Речь идет именно о применении беспилотников без привлечения оператора.
Вячеслав Хасанович Пшихопов является выпускником Таганрогского государственного радиотехнического университета (сегодня — ЮФУ). Специализируется на робототехнике, теории управления, системах оптимального управления, автоматизированных распределенных системах управления энергообъектами и сетями. С 1986 по 2004 гг. работал на кафедре систем автоматического управления ТРТУ. Получил степень доктора технических наук по специальности «Системный анализ, управление и обработка информации» в 2004 году. С 2007 года является директором Координационного научно-технического центра систем управления при ЮФУ. В 2013 году стал академиком Академии наук авиации и воздухоплавания. С 2014 является директором НИИ робототехники и процессов управления ЮФУ. Входит в подгруппы по НИОКР межправительственных российско-индийской и российско-итальянской комиссий по военно-техническому сотрудничеству. Имеет более 40 авторских свидетельств и патентов РФ и более 100 научных публикаций.
— Каковы сроки реализации этого проекта?
— Сейчас задача у ребят — к концу 2024 года представить демонстратор. Это точно будет уже группа беспилотных летательных аппаратов, с наземным пунктом управления, каналами связи и системой навигации. Я испытываю определенный оптимизм, потому что много шагов на пути к решению этой задачи уже сделано в рамках предыдущих контрактов.
Дроны уходят в автономный полет
— Вы начинали заниматься разработками в сфере нейросетевых систем управления роботами еще в 90-х годах. За минувшие два десятилетия насколько сильно шагнула вперед эта отрасль? Каким будет следующий этап развития?
— С привнесением нейросетевых подходов к управлению роботами ситуация в отрасли существенно изменилась. В первую очередь — в части обработки данных. Так, в 2016 году нейросети впервые превысили возможности человека по распознаванию лиц. Аналогичным образом они используются в робототехнике.
Что касается управления, тут вопрос остается открытым. Есть известные примеры использования нейросетей в управлении, допустим, в игре Dota, когда, чтобы обучить нейросеть, на протяжении нескольких месяцев фиксировались более 20 тыс. параметров с каждого сеанса игры. Эти данные были в качестве обучающей выборки использованы для нейросети, которая обыграла команду людей. В 98% случаев выигрыш был на стороне искусственного интеллекта.
Южный федеральный университет — один из крупнейших научно-образовательных центров России. Ведет свою историю с 1915 года, когда в Ростов-на-Дону переехал Императорский Варшавский университет. Сегодня в ЮФУ представлены 14 научных школ, 248 направлений подготовки, 14 международных лабораторий, 12 ученых ЮФУ входят в 2% самых цитируемых ученых мира, в университете обучаются 27 тыс. студентов из 87 стран. Инженерно-технологическая академия ЮФУ создана в 2013 году на базе Таганрогского радиотехнического института, основанного в 1951 году. С 2022 года на площадке ИТА ЮФУ реализуется федеральный проект «Передовые инженерные школы». ПИШ «Инженерия кибеплатформ» ЮФУ сосредоточена не только на развитии робототехники как области прикладных наук, но и на развитии сквозных технологий, таких как искусственный интеллект, связь, электроника и нейротехнологии.
Однако, как только при применении нейросетей в среде функционирования вы выходите за параметры обучающей выборки, эффективность существенно падает. В той же Dota, если вы обучили нейросеть под пять участников, а играть будут семь или восемь, то не факт, что нейросеть отыграет эту ситуацию в свою пользу. Поэтому в дальнейшем развитии систем управления беспилотными аппаратами необходимо комплексирование искусственного интеллекта с известными методами робототехники, не только классическими, но и неоклассическими. Это позволит перейти на новую ступень в создании интеллектуальных систем управления и интеллектуальных роботов.
— Сегодня системы беспилотников управляются в дистанционном режиме, почему Вы считаете, что необходимо создавать автономные беспилотные системы?
— Беспилотные авиационные системы, перемещающиеся по заданному маршруту, сегодня уже широко применяются и в гражданском секторе, и в специальных задачах. Но, как правило, беспилотники функционируют в средах, где нет связи и нет спутниковой навигации. И решение задач, которые возлагаются на беспилотные авиационные системы, в этом случае невозможно.
Также сегодня есть повышенные требования к оператору, к его психофизиологическому состоянию. Скорость и правильность принимаемых решений зависят от оператора. Новые задачи, которые ставят перед нами потребности общества и укрепление обороноспособности государства, требуют именно перехода в автономные режимы применения. Поэтому однозначно будущее беспилотных авиационных систем — это группировки, одиночное применение автономных систем, минимизация участия оператора.
— Как Вы считаете, сколько времени может занять внедрение таких систем?
— На решение этой задачи с использованием компонентной базы дружественных стран мы можем выйти в течение 3-5 лет. Если задачей будет применение исключительно отечественной компонентной базы, то срок будет более длительным. С одной стороны, это позволит сформировать технологическую независимость, но это потребует вложений — интеллектуальных, кадровых, финансовых.
Роботы и человек
— Помните ли вы, когда впервые увидели робота, какое впечатление это на вас произвело? — С робототехникой я столкнулся ещё будучи студентом — почти 40 лет назад. Я участвовал в проекте, который на тот момент выполняла наша кафедра, по созданию сверлильно-клепального автомата для сборки изделий двойной кривизны широкофюзеляжных самолетов. Тогда этот контакт носил исключительно теоретический характер. Это была научно-исследовательская работа.
А через год, в 1987 году, наша команда была приглашена для создания роботизированного комплекса на базе замечательных манипуляторов РМ-01. Это было совместное производство Великобритании, СССР и Финляндии. Такие роботы распределялись между предприятиями, которые готовы были их использовать для автоматизации своих производственных процессов. Вот это были на Таганрогском авиационном заводе имени Димитрова первые два манипулятора РМ-01. И я отвечал там за систему управления. Мне пришлось и программировать этих роботов, и писать для них алгоритмы функционирования. Это был тот момент, когда я погрузился в робототехнику с удовольствием, а потом, оказалось, еще и с любовью.
— В каких сферах робот никогда не сможет заменить человека?
— В человеческих отношениях. Роботы с самого начала создавались, чтобы облегчить рутинные задачи: сначала манипуляторы на заводах, затем с их помощью мы стали погружаться в глубины океана, использовать их в космосе. Попытки использовать роботов, чтобы компенсировать отсутствие человеческого общения, были у японцев. В рамках своей государственной программы там создавали человекоподобных роботов ASIMO и предоставляли японским пенсионерам. Я думаю, что в ближайшем будущем в этих отношениях роботы не смогут заменить людей.
Однако дальнейшее развитие будет зависеть от того, в каком темпе мы будем ставить новые задачи перед робототехниками, и готовы ли мы будем перешагнуть через линию, которая называется «межчеловеческие отношения».
Беседовала Анастасия Назарова