Почему Япония обожает роботов: истоки бума автоматизации. Япония: Международная выставка роботов

В лаборатории JSK Токийского университета уже несколько лет работают над созданием гуманоидных роботов, имитирующих особенности человеческого тела. Недавно JSK представила нового робота Kengoro, который точно копирует наш опорно-двигательный аппарат и мускулатуру. Поклонники “Терминатора” уже нарекли его предтечей T-800, но сами разработчики планируют использовать его исключительно в мирных целях. Например, такой робот может стать отличным помощником инструктора по фитнесу. Он реалистично показывает эффект от тренировок разных групп мышц и даже потеет.

Ранее в JSK Lab (Jouhou System Kougaku Laboratory) были созданы роботы Macra (похожий на младенца) и робот Kenshiro (имитирующий подростка). Макра обладает высокой тактильной чувствительностью при небольшом количестве датчиков – их всего 49. Они фиксируют не только силу нажатий, но и их векторы, поэтому получили название “3D Force”. Эти сенсоры расположены под общим гибким слоем, имитирующим мягкие ткани. Контроллер обрабатывает данные от всех датчиков одновременно и с помощью математических алгоритмов детализирует информацию о прикосновениях.

Робот Macra. Изображение: jsk.t.u-tokyo.ac.jp

Скелетная структура Kenshiro в основном изготовлена из алюминиевого сплава A5052. Суставные поверхности и другие части сложной формы выполнены методом 3D-печати из ABS пластика и нержавеющей стали марки 420 SS. Упругие рёбра изготовлены отливкой из другого алюминиевого сплава – JIS-AC4C.

Кенгоро настолько реалистичен, что даже “потеет” во время тренировок. Как и люди, робот делает это, чтобы избежать перегрева. В искусственных мышцах Кенгоро циркулирует охлаждающая жидкость. Разработчики протестировали разные составы и остановились на обычной деионизированной воде. У неё рекордная теплоёмкость, низкая себестоимость и она безопасна для электроники, поскольку не проводит электрический ток.

Постоянное испарение жидкости не так эффективно, как её циркуляция в закрытом охлаждающем контуре. Её приходится подливать примерно по одному-двум стаканам в час. Однако пористая структура и отказ от массивных радиаторов позволили сделать робота легче. Производительности “потеющей” системы охлаждения достаточно, чтобы Kengoro выполнял интенсивные нагрузки и успевал демонстрировать разные упражнения. Например, он может отжиматься в упоре лёжа 11 минут без остановки… а сколько сможете вы?

Успехи JSK Lab показывают, что сейчас в робототехнике прослеживается новое разделение. Среди гуманоидных роботов можно встретить представителей двух основных типов: с осевым управлением и с использованием искусственных сухожилий. Первая группа имеет исполнительные механизмы в каждом суставе и обладает небольшим числом степеней свободы –до 35. Наиболее известными представителями этой группы являются роботы Honda ASIMO и HPR-2 Promet .

Вторая группа представлена более современными и гибкими роботами. В них частично имитируются анатомические особенности суставов человека, но большая гибкость достигается в ущерб их мощности и прочности.

Даже таким роботам ещё очень далеко до человека: за счёт гибкого позвоночника и особенностей суставных поверхностей у нас гораздо большая подвижность. Западные врачи спортивной медицины обычно называют 220 – 260 степеней, а их японские коллеги и вовсе выделяют 548 степеней свободы (или 419, если не считать голову и руки).

Манипуляторы с мелкой моторикой всегда были наиболее сложной частью. В Кенширо удалось реализовать 64 степени свободы, а в Кенгоро – 174 (из них 60 приходятся на руки). Важно и то, что при создании Кенгоро разработчики смогли обеспечить баланс между пластичностью его движений и силой искусственных мышц. Кенгоро способен висеть на одной руке, выполнять подъём на носки стоя и держать равновесие практически в любой позе.

Если большинство гуманоидных роботов лишь отдалённо напоминают очертаниями человека, то Кенширо и Кенгоро выполнены со строгим соблюдением пропорций. Их отклонение от параметров среднего японца не превышает одного процента по длине любого участка тела и шестнадцати процентов по общей массе. Фактически эти роботы больше похожи на людей, чем многие из нас.

Основные области применения новых роботов – интерактивные занятия фитнесом, разработка спортивного снаряжения, изучение биомеханики, выполнение трюков и продвинутых краш-тестов. Существующие манекены позволяют оценить только пассивную безопасность автомобилей. Они всегда остаются неподвижны до момента удара. “Миметические гуманоиды”, как их называют сами разработчики, способны имитировать поведение водителя и пассажиров в момент аварии.

Статья о том, как Япония компенсирует дефицит рабочей силы с помощью роботов, опубликована 16 апреля 1990 года в американском Forbes

Японские компании, которые как никто другой задумываются о будущем, возлагают почти все свои надежды, касающиеся развития бизнеса, на более широкое использование промышленных роботов. А что будет, если эти роботы окупятся не сразу? Ведь они - отличный способ улучшить качество продукции и избежать растущих расходов на оплату труда.

На фабрике компании Matsushita Electric, где производятся видеопроигрыватели Panasonic, специальный робот 16 раз продевает тонкую проволоку, немногим тоньше человеческого волоса, через игольное ушко в видеоголовке и потом спаивает ее. На производстве постоянно работает 530 таких роботов, которые проделывают это снова и снова 24 часа в сутки. У них получается это в пять раз быстрее, чем у людей, и намного надежнее. До недавнего времени ту же самую работу с помощью микроскопов выполняли 3000 домохозяек из пригородов. А роботы могут даже проверять собственную работу.

Американские компании не смогли бы пользоваться подобными технологиями, даже если бы для этого имелась производственная база. Компания Mastushita все 530 роботов для наматывания провода разработала и собрала сама, чтобы иметь преимущество перед конкурентами.

Роботов как таковых изобрели в Америке, и Соединенные Штаты до сих пор лидируют в сложных технологиях, начиная с роботизированных механизмов для нейрохирургии и заканчивая засекреченными подводными роботами-истребителями. Но если речь заходит о решении практических проблем - на рабочей площадке или в повседневной жизни - то в этом нет равных Японии.

Для большинства людей за пределами Страны восходящего солнца роботы - нечто из области научной фантастики. А для японцев - обычный порядок вещей. Они уже привыкли к тому, что все за них делают роботы, например готовят суши или играют Шопена. Итиро Като, робототехник из университета Васеда в Токио, разработал знаменитого робопианиста-музыканта по имени Вабот. Его создатель утверждает: «В XXI веке в каждом доме будет не менее одного робота».

Инженер надеется, что мыть посуду или прибираться в домах людей будут роботы. Като ожидает, что человекоподобные роботы с подвижными руками и синтетическим голосом будут помогать одиноким пожилым людям передвигаться и станут для них хорошими собеседниками. Специалист добавляет: «Мне бы очень хотелось дожить до того дня». Благодаря прогрессу в области искусственного интеллекта все это становится возможным.

В США в последнее время вряд ли услышишь что-то о роботах, и на то есть свои причины. Роботы для многих американских производителей стали досадным разочарованием. Но в Японии их применяют даже мелкие компании. С помощью этих машин можно быстро изменять производственную линию и выпускать в итоге несколько разновидностей продукции. Если речь идет о «гибких производственных системах», в которых главная роль отведена роботам, то впереди всей планеты шагают именно поставщики из Японии. И сейчас данные технологии выходят за пределы промышленности, появляясь в больницах, концертных залах и в ресторанах.

В 1988 году на Японию приходилось две трети всех используемых в мире роботов, а новых в 1989 году там появилось на $2,5 млрд. По сравнению со Страной восходящего солнца в США за этот же период роботов появилось только на $400 млн. Джон О"Хара, президент Ассоциации робототехнической промышленности утверждает: «Общее число роботов в США составляет около 37 000. В Японии столько роботов вводится в эксплуатацию лишь за один год». Однако там еще остается множество устаревших в техническом плане мелких фабрик, поэтому общая производительность труда в Японии ниже, чем в США. Но с помощью роботов это отставание сокращается.

К примеру, американские автопроизводители широко используют роботизированные механизмы. Однако японцы устанавливают новых роботов не только для автоматизации производства, но и для того, чтобы сделать его более гибким. Например, новейшие заводы компании Nissan могут выпускать сотни различных вариаций определенной модели, при этом просто перепрограммировав роботов, красящих корпуса и устанавливающих кресла, двигатели, батареи, лобовые стекла, шины и двери. В Японии даже маленькие предприятия применяют роботов для таких простых операций, как сварка металла.

Это еще один пример того, как Япония ловко берет новые технологии и заставляет их работать на себя, в то время, как другие только думают, за что взяться. Так произошло в сфере потребительской электроники, производстве чипов памяти и промышленных станков. Теперь настала очередь робототехники.

Пока число роботов в Японии растет как грибы после дождя, американский рынок подобной рабочей силы после резкого падения в середине 80-х годов восстанавливается очень медленно. В феврале 1990 года компания Deer & Co. решила отказаться от роботов для покраски шасси тракторов и поручить эту работу людям. Роботов для покраски различных предметов необходимо все время перепрограммировать. Завод по производству стиральных машин Whirlpool в городе Клайд в штате Огайо некоторое время использовал особые шарнирные руки, напоминающие человеческие запястье, локоть и плечо, чтобы извлекать барабаны стиральных машин из литьевой формы. Но сложные роботы не приспособлены к круглосуточному производству. Компания решила больше не использовать роботов для этих задач, выбрав вместо этого жесткую автоматизацию, технологию, в которой Соединенные Штаты преуспевают.

Джеймс Спайсер, директор инженерных операций в Whirlpool считает: «С роботами появляется большая гибкость производственного процесса, но не обходится и без трудностей. Чтобы поднять один цилиндр за раз, не нужно копировать движение человеческой руки».

На свалку или в долгий ящик роботов отправили так много других американских производителей, что робототехника в США сейчас в состоянии упадка. Такие компании, как Westinghouse и General Electric, одними из первых начинавшие производить роботов, забросили робототехнику в 80-х годах из-за неудовлетворительных продаж. А некогда успешные предприятия, такие как Unimation и GCA Industrial Systems, перестали существовать самостоятельно, став частью более крупных компаний, в то время как Prab и Automatix терпят серьезные убытки.

Одной из прибыльных американских компаний по производству робототехники является GMFanuc, совместное предприятие, равными долями в которой обладают автопроизводитель General Motors и корпорация Fanuc, лидер японского рынка робототехники. В 1989 году GMFanuc заработало несколько миллионов долларов чистой прибыли от продаж на $165 млн. Высоким заработком не могут похвастаться и японские производители роботов. Но многие японские фирмы разрабатывают и выпускают роботов для собственных нужд, чтобы повысить свою конкурентоспособность и качество продукции, поэтому прибыль в таких случаях целью не является. Они не закупают роботов исходя из того, насколько скоро те окупятся.

Сейчас американские компании находятся в неловкой ситуации: им нужно лицензировать новые японские технологии, в основу которых легли технологии, разработанные в США и лицензированные в 60-х годах для использования в той же Японии. К примеру, корпорация Cincinnati Milacron, третий крупнейший производитель робототехники в США, подтолкнула японскую компанию Matsushita Electric к тому, чтобы заняться роботами, именно когда предоставила той лицензию на технологию. В 1989 году Milacron стала американским дистрибьютором маленьких роботов для спаивания предметов, произведенных той самой компанией Matsushita.

Почему же Япония так обожает роботов? Дело здесь не только в экономике. Японские бизнесмены и члены правительства считают роботов ключевым инструментом в борьбе с острой нехваткой рабочих рук в стране. Альтернативы предполагали бы перевод всех трудозатратных операций за границу или же допуск иммигрантов в Японию. Первый вариант лишил бы ее производственных навыков. Тадааки Тигуса, директор японского подразделения компании McKinsey & Co., утверждает: «Если можно полностью автоматизировать производство, ехать в Юго-Восточную Азию просто незачем». Второй же вариант - иммиграция - неприемлем в однородном, порой даже расистском японском обществе.

И в то время, как китайцев, филиппинцев или корейцев в Японии ожидал бы не слишком теплый прием, подобной предвзятости в отношении роботов нет. Японцев будто готовили к эре роботов с помощью положительных образов в популярной культуре с начала 50-х годов - а это намного раньше, чем в США. Японские производители игрушек выпустили миллионы игрушечных роботов, а в мультфильмах и комиксах из Страны восходящего солнца множество героев-роботов. Прототипом им послужил Астробой, персонаж, придуманный в Японии в 1953 году и позднее привезенный в США.

Фредерик Шодт, автор книги «Королевство роботов», считает, что японцам положительное отношение к роботам прививается с юного возраста: «Астробой в Японии так же популярен, как Микки Маус и Дональд Дак в Америке. Это милый, дружелюбный мальчик-робот, который всегда борется за справедливость».

Сейчас в популярной западной культуре роботов в основном делают положительными персонажами, от R2-D2 в киноэпопее «Звездные войны» до мультяшной семейки Джетсонов из будущего. Однако в западной традиции роботов зачастую изображали и бездушными человекоподобными машинами или отрицательными героями - так было в немом фильме 1927 года «Метрополис», снятом в 1927 году Фрицем Лангом, и пьесе «R.U.R.», написанной в 1920 году чешским драматургом Карелом Чапеком. В пьесе словом «робот» назывались рукотворные монстры, атакующие и убивающие своих хозяев.

В Японии же дружелюбные и миролюбивые роботы, как многие надеются, должны решить проблемы нехватки рабочего персонала. Число выпускников школ не растет, и желающих пачкать руки становится все меньше. Наохиде Кумагаи, заместитель директора подразделения робототехники в компании Kawasaki Heavy Industry, полагает: «Молодежь скорее пойдет работать в гостиницы или рестораны фастфуда, чем на фабрики». Избегать тяжелой работы на заводе не так уж и накладно: в 1989 году среднестатистический выпускник японской школы получал от работодателей 2,5 предложения трудоустройства.

Роботы - это не просто замена человеческому труду. Что-то они могут выполнять лучше, чем люди. Тосицугу Иноуэ, старший инженер подразделения робототехнических разработок в компании Matsushita, считает, что «роботы становятся незаменимыми, потому что они могут предложить точность, качество и чистоту, которых не может предложить человек». Так, роботы выполняют действия с определенной скоростью и не совершают ошибок, и легче осуществлять контроль производства.

В то время, как компоненты становятся более миниатюрными, роботы становятся все более необходимыми для повышения качества и прибыли в производстве всего - от больших интегральных схем (некоторые «чистые комнаты» в Японии уже не обслуживаются людьми) до наручных часов и видеомагнитофонов. Справедливо и обратное утверждение: благодаря роботам японские производители могут делать продукцию еще более миниатюрной. Процесс меняет самую ее суть. Многие потребительские электронные устройства разрабатываются с нуля с таким расчетом, чтобы их собирали исключительно роботы.

На заводе записывающих видеокамер компании Victor Co. of Japan (JVC) в Иокогаме царит пугающая тишина. Автоматически управляемая система бесшумно доставляет пластины с компонентами 64 роботам, выполняющим 150 задач по сборке и проверке. Два сотрудника обслуживают роботов, собирающих на одной производственной линии восемь моделей устройства. До 1987 года, когда роботов установили, компании для выполнения этой работы было нужно 150 человек. Не менее важно и то, что JVC начали заново проектировать камеры и их компоненты. Некоторые детали нужно рассматривать чуть ли не под микроскопом, а все для того, чтобы сборка роботами была более эффективна. Роботы также обеспечивают определённую гибкость процесса: они работают круглосуточно, поэтому не нужно оплачивать сверхурочные, больничные или премии.

Члены правительства, задействованные в промышленном планировании, предоставляют с 70-х годов целую серию поощрительных мер для исследований и разработок в области робототехники, а также для их практического применения. Правительство разрешает ускоренную амортизацию средств производства с целью приобретения сложных роботов. Оно учредило собственную компанию по сдаче роботов в аренду по низкой цене для частных предпринимателей. Министерство международной торговли и промышленности Японии предоставляет малым и средним компаниям беспроцентные займы на покупку роботов. Ведомство также инвестирует $150 млн в проектирование роботов для работы с опасными веществами на атомных электростанциях или для борьбы с пожарами на нефтеперерабатывающих заводах. Такое невозможно представить в США, потому что это очень похоже на политическое регулирование промышленности.

Но если отвлечься от политики и разницы менталитетов, то возникает вопрос: почему Соединенные Штаты настолько отстали от Японии в сфере применения роботов на производстве? Роджер Нэйджел, управляющий по вопросам автоматизации в компании International Harvester (сейчас известной как Navistar) в начале 80-х годов и в настоящее время преподаватель в Лихайском университете в Пенсильвании, считает: «Компании, продававшие роботов, просто напросто лгали о мощности своего оборудования и условиях их эксплуатации». После двух лет безуспешных попыток устранить программную ошибку в роботе для загрузки и выгрузки штампованных деталей из-под пресса Нэйджел решил утилизировать робота. Заказчики из японских компаний, вероятно, работали бы в более тесном сотрудничестве по проектированию вместе с поставщиком и внедряли бы идеи инженеров и даже сотрудников по сборке на их собственной рабочей площадке.

Причиной раздутых ожиданий стало то, что американские инженеры в робототехнику зачастую приходили из сферы искусственного интеллекта и не имели почти никакого опыта работы в производственном цеху. Они были без ума от мысли о механическом человеке, а идею эту, в свою очередь, подхватили в руководящих органах компании, надеясь заменить живых сотрудников и управлять безлюдными фабриками. В результате получились слишком сложные с технической точки зрения роботы, которые были очень дорогими и с поставленными задачами в процессе производства не справлялись.

Деннис Висноски, бывший вице-президент GCA Industrial Systems Group, некогда второго по величине производителя роботов в США, объясняет: «Американские компании делали робототехнические руки настолько сложными, что во многих случаях у таких роботов просто не было шансов доказать свою пользу в производственной среде». Японцы же, напротив, начали с роботов попроще, как, например, машины для точечного спаивания частей на автомобильных заводах. Затем японские инженеры стали создавать более сложные устройства, какими являются, к примеру, роботы, проверяющие покраску корпуса автомобиля с помощью визуальных сенсоров.

В США роботы так и не продвинулись дальше автопроизводителей и первого звена их поставщиков. По данным проведенного компанией Deloitte & Touche опроса, значительную пользу от внедрения новой технологии ощутило менее 30% американских производителей. Двумя годами ранее эта цифра составляла 60%.

Такая ситуация наверняка тревожит и тех, кто помнит печальную историю производства в США станков с числовым программным управлением. Технологию разработали в Массачусетском технологическом институте в 50-х годах, а затем ее развивали японцы. Джордж Криссолорис, преподаватель инженерной механики в том же Массачусетском институте, считает: «С технологической точки зрения Соединенные Штаты не сильно преуспели в продвижении данной сферы промышленности». Чтобы успешнее конкурировать с производителями-экспортерами, японским компаниям требовались более сложные станки. И что же в результате? Когда американские компании опомнились и осознали необходимость сложных высококачественных инструментов для производства, им пришлось обратиться к Японии.

Одна из главных причин, по которым производители в США не занимаются робототехникой так же основательно, как их японские конкуренты, - то, что в Америке компаниями обычно управляют продавцы или бухгалтеры. В Соединенных Штатах инженеры-технологи обычно не в почете. Совсем другое дело - Япония: здесь они часто компаниями управляют. Самые известные из них - Соитиро Хонда в компании Honda и Акио Морита в Sony. Назвать же имена американских промышленников, которые поднялись по карьерной лестнице с самых низов на самый верх, как автопроизводитель Генри Форд или исследователь Чарльз Кеттеринг из General Motors, напротив, весьма затруднительно. В то время как японцы уважают промышленных сотрудников, американцы носят на руках предпринимателей и инвесторов. Теперь ясно, почему в США инженер-технолог с парой лет опыта за спиной зарабатывает только $37 000 в год, а разработчик программных продуктов - $44 000. Зачем умному американскому мальчишке возиться с роботами и линиями сборки, если он может сколотить состояние, создав новую программу для персонального компьютера или разработав хеджинговую стратегию для инвестиционной фирмы?

Японцы, в свою очередь, более терпеливы и готовы ждать высокого дохода дольше. По словам Эдвина Мэнсфилда, директора Центра экономики и технологии при Пенсильванском университете, если бы японцы использовали стандартную американскую формулу в 30% прибыли на инвестированный капитал (а не 20%, как принято в Японии), объем инвестиций в робототехнику упал бы в два раза. Японцы предпочитают более простое сравнение. Средняя цена промышленного робота составляет $40 000, приблизительно столько же, сколько годовой доход вместе с премиями у квалифицированного рабочего на фабрике компании Nissan. Но цена роботов падает, а затраты на оплату труда растут. Если инвестировать сейчас, то можно сэкономить деньги через десять лет.

Стоит ли ожидать возвращения роботов в США? Да, со временем. Компании, которые отказывались от роботов для выполнения сложных операций, теперь снова внедряют их в работу для более простых заданий. Корпорация Deere, например, решила снять роботов с линии аэрозольной покраски, но применяет их, чтобы закручивать ряд из 20 одинаковых болтов на коробке передач трактора. Это скучная, монотонная работа с высоким риском человеческой ошибки. Вместо того чтобы роботизировать все и вся, некоторые компании делают роботов частью обширных преобразований во всем производственном процессе. Компания Electrolux разработала новый пылесос вертикальной компоновки таким образом, чтобы его было легко собирать роботам и сотрудникам нового автоматизированного завода стоимостью $40 млн в Бристоле в штате Виргиния.
Все это будет делаться не быстро и не сразу. Самый новый робот в Японии будет применяться в строительстве. Компания Komatsu спроектировала робота, устанавливающего панели массой до 500 килограмм на внешние стены зданий и таким образом увеличивающего производительность труда в шесть раз. Компания Shimizu выпускает своих собственных роботов для того, чтобы распылять огнеупорное покрытие на уличные сооружения, размещать потолочные панели в зданиях, штукатурить полы и укладывать бетонные блоки в туннелях.

Есть ли до всего этого какое-то дело строительной отрасли Соединенных Штатов? Нисколько. Дэвид Панос, сотрудник университета Карнеги - Меллон в Питтсбурге, ассистент директора Центра полевой робототехники, пытающегося разжечь интерес к роботам в строительстве, сетует: «По сути, не происходит ничего. Одна и та же история. Для Америки важна краткосрочная перспектива. Для японцев - долгосрочная». Вдобавок к этому крупные строительные объединения противятся внедрению роботов, так как видят в них угрозу трудоустройству обычных людей.

Изобретено в США, используется в Японии. Кажется, где-то такое мы уже видели.

Перевод Антона Бундина

В Японии планируют активно заниматься робототехникой для решения проблем, связанных с падением рождаемости, старением населения и снижением экономической продуктивности. Реалистичны ли эти планы и насколько они помогут в решении проблем, с которыми сталкивается страна?

Представляю пересказ статьи Kalyan M Kemburi в издании Eurasiareview.com . В 2014 году премьер Японии Абэ представил пятилетний план внедрения роботов в производство, цепочки поставок, строительство и здравоохранение для решения известных проблем, с которыми сталкивается страна. Япония не идет каким-то революционным путем - аналогичные планы реализуются, например, в Китае. В то же время есть "национальный колорит" - японцы планируют интегрировать роботов практически во все сегменты общественной жизни и экономики.

Сейчас достаточно непросто судить о том, насколько реалистичны эти планы, и даст ли роботизация революционные последствия для рынка Японии к 2020 году. В любом случае эта тема достойна самого пристального внимания, ведь речь идет о третьей по размеру экономике мира. Успех или неудача роботизации Японии окажет существенное влияние на положение дел в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Давайте попробуем разобраться в том, что подталкивает Японию к активной роботизации и с каким препятствиями приходится иметь дело.

Драйверы

В Японии действуют "классические" факторы: старение населения, сокращение рождаемости, сокращение производительности. Все, как у всех развитых экономик. Но в Японии эти факторы носят более острый характер и требуют принятия самых решительных мер.

В частности ожидается, что население Японии в ближайшие 35 лет сократится на 30 млн человек, т.е. с текущих 126 млн до 95 млн к 2050 году. И при этом стране придется иметь дело со стареющим населением - ожидается, что доля людей в возрасте от 65 лет вырастет в ближайшие 10 лет от 20% по итогам 2005 года до 40%. Это окажет существенное давление на систему социальной защиты, которая еще в 2012 году обходилась стране в фантастические $1.3 трлн. Одновременно растут расходы страны на здравоохранение, особенно производственных рабочих.

В правительстве уверены, что сервисные роботы смогут решить часть проблем, в частности, с каждым годом они смогут брать на себя все большую долю забот о пожилых людях, что позволит удерживать под контролем расходы на этй сферу.

Япония сталкивается с постоянным сокращением рынка рабочей силы, что ведет к увеличению расходов на оплату труда и стагнации производительности в сфере услуг. Для того, чтобы поддерживать уровень 1995 года, когда в Японии работало 87 млн человек, страна должна была бы привлекать по 600 тысяч иммигрантов в год в ближайшие 50 лет, на что никто в Японии не готов сейчас и вряд ли решится в ближайшие годы. Сейчас в Японии рынок рабочей силы сократился уже до 80 млн.

Сервисный сектор в Японии многие годы показывает низкую производительность, лишь около 60% от американской. Производственный сектор стагнирует из-за высокой себестоимости. В Boston Consalting Group уверены, что только автоматизация и роботизация обладают тем потенциалом, который может поддержать шаткую экономику за счет снижения на рабочую силу на производстве на 25%, а также за счет роста производительности труда в секторе услуг.

Робореволюция 2020. Институциональные и социальные препятствия

Созданный в Японии Инициативный совет робореволюции заявляет, что роботицаия обладает потенциалом для решения социальных проблем, таких как решения с нехваткой рабочей силы, освобождая людей от переутомления, а также повышая производительность труда в различных отраслях, начиная от обрабатывающей промышленности и до медицинского обслуживания и ухода за больными, а также в сельском хозяйстве, строительстве и поддержании работы инфраструктуры. Обобщая, можно заключить в Японии намерены интегрировать роботов во все сферы повседневной жизни.

Несмотря на мощную производственную базу и накопленный опыт в области технологий автоматизации и роботизации, на пути к робореволюции японцам придется столкнуться с рядом институциональных и социальных препятствий.

экзоскелеты Panasonic

Прежде всего, история не раз демонстрировала, что японские производители с трудом справляются с превращением прототипов в коммерчески доступные продукты. В области робототехники это особенно заметно. Япония нередко выступает лидером исследований, но затем превращается в покупателя решений, которые выпущены в других странах с использованием японских идей. Можно вспомнить хотя бы замечательных роботов андроидного типа Asimo, Honda и HRP-4C, AIST. На момент выхода прототипов - каждое из этих изделий вызвало настоящий фурор в мире, их показывают президентам и возят по выставкам. И несмотря на то, что с момента появления прототипа прошло уже несколько лет, эти роботы так и не превратились в коммерческие изделия, и в Японии продается аналогичный робот Pepper, разработанный во Франции.

Есть, конечно, исключения, например, экзоскелеты компании Cyberdyne - медицинские, для повседневного использования, для постоянной работы с тяжестями, для пожилых, но это исключение скорее подчеркивают правило.

Вторая проблема связана с другим противоречием. Японские университеты и исследовательские центры находятся на переднем крае технологических инноваций. Одновременно с этим традиционные для японцев опасения любого риска препятствуют развитию в стране венчурного подхода, не дают развиваться стартапам, что лишает почвы попытки коммерциализации разрабатываемых прототипов. Один из примеров - судьба компании Schaft. Этот стартап, организованный двумя профессорами Токийского Университета, разработал интересного двуногого робота, но не смог найти финансирование в Японии. В итоге в 2012 году компанию поглотил американский Google.

Андроид Geminoid HI-2 и его создатель Хироши Ишигуро

Третья проблема также из числа системных. В Японии традиционно сильна механика и умение разрабатывать сложные конструкции. Но создание роботов требует все большего от программистов, а здесь у Японии нет технологического превосходства над США. Вдобавок в Японии в большинстве случаев стремятся создавать проприетарные системы, что отсекает от участия в процессе разработки новых продуктов внешних исполнителей и других желающих тратить силы и время на новинку. В робототехнике хорошо заметно, как это замедляет процесс появления новых идей и решений.

роборуки Toshiba готовы справиться с разбором радиоактивных завалов Фукусимы

Четвертая проблема - снижение интереса японцев к специализации в области инжиниринга и других технологических профессий, особенно в академичской сфере. Этот тренд в Японии действует уже более двух десятилетий, но в последние годы он стал ощущаться особенно значительно.

музыкальная группа Z-machines - только роботы

Пятое. Япония долгие годы оставалась мировым лидером в области промышленных роботов, особенно роботов для автоматизации сборочных производств в автопроме. Fanuc и Yaskawa и сегодня входят в Топ-4 крупнейших в мире производителей промышленных роботов, но на этом рынке значительно выросла конкуренция, поскольку в нескольких странах предприняты серьезные усилия по развитию собственного производства промышленных роботов. Их с успехом разрабатывает и продают по всему миру и швейцарская ABB Robotics, и германская KUKA Robotics, и с недавних пор тайваньский Foxconn. Первый эшелон подпирают растущие производители промышленных роботов в США, Южной Корее, Китае, Дании и так далее. Уже в 2013 году в Китае работало больше промышленных роботов, нежели в Японии. Только в провинции Guandong, где сосредоточено большинство китайских промышленных производств, в роботизацию инвестировано $154 млрд. В Южной Корее также планируют утроить объемы продаж роботов к 2018 году (в 2012 году они составляли $1.8 млрд). Правительство страны намерено вложить в поддержку робототехники до $1 млрд. В Евросоюзе и в США действуют программы EU SPARC Project и National Robotics Initiative, которые нацелены на ускорение R&D в робототехнике.

Таким образом, для того, чтобы японская робореволюция состоялась, японцам нужно будет преодолеть ряд барьеров, некоторые из которых имеют глубокие корни в культуре страны и потому вряд ли окажутся легко преодолимыми. Можно ли прогнозировать, что Стране восходящего солнца не вполне удастся прыжок в будущее, основанный на повсеместной роботизации?

Компания Токио Дэнрёку, являющаяся оператором аварийной атомной электростанции «Фукусима дай-ити», прекратила попытки вернуть назад робот-зонд, который остается без движения внутри одного из реакторов АЭС. Токио Дэнрёку впервые запустила этот робот с дистанционным управлением внутрь защитной оболочки реактора №1 в пятницу. Этот змееобразный робот длиной 60 сантиметров должен был провести изучение повреждений внутри защитной оболочки. Однако он остановился, продвинувшись примерно на 10 метров.

Представители компании также отложили планы проведения в понедельник аналогичного изучения внутри той же защитной оболочки с использованием другого робота. Как они объяснили, такое решение было принято из-за того, что кабель первого робота в канале защитной оболочки препятствует прохождению туда второго зонда.

Эх, и это ЯПОНИЯ! В моем воспаленном мозгу там уже «по улицам роботы должны ходить» !

Тем временем в «дикой России» …

Специальный мобильный робот СТР-1, участвовавший в ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС.

В 2009 году компания ЗАО «Диаконт» работала на Билибинской АЭС, где первый энергоблок подошел к окончанию 30-летнего проектного срока эксплуатации. Станция состоит из четырех одинаковых энергоблоков общей электрической мощностью 48 МВт с реакторами ЭГП-6 (водно-графитовый гетерогенный реактор канального типа). Там с применением робототехнических аппаратов провели диагностику кожуха реактора и металла бака биологической защиты (ББЗ) энергоблока № 1. Процесс контролировался с помощью специальной телевизионной системы. Такие комплексы выявляют дефекты сварных соединений. Изобретения, которые содержит конструкция, позволяют повысить качество диагностики и существенно сократить дозозатраты. Робот может управляться всего одним человеком. Комплекс состоит из двух роботов, первый из которых – диагностический – обследует металл и зачищает поверхность, а второй – ремонтный – наносит на дефекты герметизирующую наплавку для их устранения. Комплекс сконструирован так, что робот должен проникать в реакторное пространство через отверстие диаметром со спичечный коробок. Уникальность комплекса в том, что он способен перемещаться не только по сложным горизонтальным участкам, но и по вертикальным, и проводить контроль в автономном режиме. Также к ремонту билибинского блока подключили ООО «Пролог». Его специалисты провели осмотр газового контура реактора и бака биологической защиты первого энергоблока Билибинской АЭС. Они выполнили вырезку образцов основного металла верхней плиты реактора для дальнейшего исследования его состояния. Вся работа заняла больше полутора лет, в настоящее время этот блок находится в эксплуатации.

или еще раз по простому: корпуса реакторов за время прохудились и требовался или серьёзный ремонт корпуса или заглушение. Для ремонта требовался доступ внутрь активной зоны. Естественно это было крайне противопоказано. Однако же наши робототехники сумели сделать двух змееобразных роботов, которые провели обследование корпуса и сварочные работы. диаметр механизма был 5 см. Только через эту трубу был доступ. Первый робот с ультразвуковым сканером произвёл обследование, второй со сварочным аппаратом и механизмом замены электродов (по типу степлерных скоб было размещение) произвёл сварку на прохудившихся местах.

Робот MIS осматривает внутреннюю часть корпуса реактора в ходе планового ремонта АЭС «Бюже», Франция.

И опять про «Фукусиму»:

Удивительно и то, что для работы на аварийной «Фукусиме» потребовались роботы иностранных компаний, ведь Япония уже в 1980-е годы лидировала в разработке и производстве роботов и робототехники. К тому же толчком к разработке роботов, действующих в жесткой радиационной обстановке, стал инцидент 1999 года, произошедший именно на японском топливном заводе «Токаимура», в ходе которого трое рабочих получили переоблучение, причем двое из них умерли. В то время все согласились, что в чрезвычайных ситуациях робот незаменим. И в 2001 году были изготовлены шесть роботов, плод совместных разработок четырех компаний, в том числе Hitachi, Mitsubishi и Toshiba. Но, когда в марте 2011 года эти роботы действительно потребовались, оказалось, что устройства списаны и разобраны.

Что же произошло? Эксплуатирующие компании были так твердо уверены, что никакой аварии на АЭС произойти не может (а возражения воспринимали как сомнения в квалификации персонала и как упрек себе лично), а работники так противились присутствию роботов, что экспертная группа, в которую вошли представители TEPCO, KEPCO и государства, постановила: роботы на АЭС не нужны. И от роботов избавились. А ведь за 10 лет практической эксплуатации на АЭС можно было бы существенно улучшить их характеристики. Один из участников оперативной группы по устранению последствий аварии на АЭС «Фукусима» в раздражении бросил: «У всех роботов атомной отрасли есть одна общая черта: их нет, когда они нужны больше всего».

Все эти битвы поднимают вопрос более широкого плана. Первопроходец разработки искусственного интеллекта Марвин Мински писал о своем потрясении неспособностью атомной отрасли приготовиться к непредвиденной ситуации. Самую большую проблему он видит в том, что АЭС проектируются без учета возможности работы удаленно управляемых устройств. И это при том, что другие сферы человеческой деятельности давно стали учитывать возможности и нужды роботов. Например, в оборудовании, предназначенном для подводных работ, напротив, многие клапаны и приводы разработаны с учетом возможности использования роботизированных манипуляторов. Заводы по производству автомобилей ныне проектируются с приоритетной интеграцией робототехники, и даже существует медицинское оборудование, специально разработанное для робототехнических платформ.

Медленный прогресс роботов для АЭС объяснить непросто, существуют лишь мнения и идеи. Одно из таких мнений заключается в том, что тема роботов и атомной энергетики тесно переплетена с их восприятием обществом и политикой. Эйдзи Коянаги, заместитель директора японского научно-технического центра «Будущее робототехники», полагает, что финансирование японской робототехники ядерного реагирования иссякло после аварии 1999 года на заводе «Токаимура», потому что страна пыталась создать впечатление кропотливой работы по созданию практически абсолютно безопасной атомной энергетики. А выделение финансирования означало бы, что ситуация может оказаться настолько опасной, что вместо людей понадобятся роботы. Изменится ли такое отношение после «Фукусимы» и каким образом Япония восстановит доверие к своему важнейшему источнику энергии, нам еще предстоит узнать.

СЛАБОСТИ РОБОТОВ

Отчего выполнить восстановительные работы на станции оказалось сложнее, чем остановить утечку нефти на тысячеметровой морской глубине? С одной стороны, станция усеяна обломками, что усложняет доступ даже для спасательных команд. Разумеется, в опасные районы можно отправить роботов и не рисковать человеческими жизнями. Но застрявший робот означает не только потерю дорогостоящего устройства, но и ухудшение доступа других роботов к труднодоступным местам.

У малого робота ограничена производительность, а большой – неповоротлив. К примеру, на «Фукусиме» слабосильному роботу PackBot (компания iRobot) никак не удавалось открыть дверь, снабженную круглой ручкой. А когда iRobot прислала робота побольше, оказалось, что у него трудности с прохождением лестничных клеток. Один из японских роботов Quince стоимостью в $ 6 млн застрял в ограниченном пространстве станции и спустя 2,5 года после аварии все еще остается в плену.

Помимо трудностей с ловкостью передвижения и управления устройством, роботы на АЭС из-за интенсивного облучения сталкиваются с проблемами надежности беспроводной связи. Ионизирующее излучение может повредить электронику физически, нарушив структуру полупроводниковых кристаллов порождением лавины электронов и смещая порог открывания полевых транзисторов. В любом случае меняются рабочие характеристики отдельных электронных компонентов, что приводит к отказу. Устройства, защищенные от радиоактивного излучения, тестируются путем измерения получаемой ими полной дозы (чаще в зивертах) до наступления неисправности. Но радиоактивные повреждения носят статистический характер, поэтому «выживание» устройства никогда не гарантируется. Передаваемые роботами изображения здания АЭС «Фукусима» искажались по мере приближения устройства к радиационно «горячим» точкам.

Могут возникать и проблемы со связью. После «Фукусимы» в NEDO разработали гибридную сотовую сеть для удаленного управления роботами, в которую входили как проводные, так и беспроводные ячейки. Реакторные здания были относительно невелики и полностью покрывались гибридной сетью. Тем не менее, их толстые бетонные стены, блокирующие гамма-лучи, делали вероятным трудности с беспроводной связью или ее невозможность.

Другой проблемой стал японский закон о радио. Из-за плотной населенности страны этот закон очень строг в отношении напряженности электрического поля и допускает мощность передатчика максимум в 10 мВт. В этом случае расстояние беспроводной связи внутри помещения составляет максимум 50 метров. Поэтому для использования более мощных радиоволн с целью управления роботами на аварийной «Фукусиме» потребовалось получить специальное разрешение от Министерства внутренних дел и коммуникаций. Выбрали устройства 2.4 GHz Contec (для робота – FX-DS540-STDM с дипольной антенной, а для операторского центра FX-DS540-LNKM-S с антенной Yagi), а также одноваттные усилители.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАРАБОТКИ

Что же дальше? Недавно Mitsubishi представила устойчивых к радиации роботов MEISTeR (Maintenance Equipment Integrated System of Telecontrol Robot), которые смогут более производительно работать на очистке АЭС «Фукусима». Эти роботы могут сгибаться, как человеческая рука, благодаря семи степеням подвижности, каждый из них способен поднимать до 15 кг груза. Наконечник манипулятора разработан таким образом, чтобы на него можно было быстро и легко закрепить различные инструменты, например, пилу, перфоратор или дрель. Компания утверждает, что разработала специальный инструмент, который может взять пробы поверхности стен и бетонных полов в загрязненных районах с глубины до 70 мм (около 2,5 дюйма). MEISTeR весит 440 кг, имеет размеры 130 см в высоту, 70 см в ширину и 125 см в длину. Он может двигаться со скоростью до 2 км / ч, причем как по ровной горизонтальной поверхности, так и по пересеченной местности. Робот даже может подниматься и спускаться по лестнице с высотой лестничных ступеней до 22 см, благодаря четырем независимо движущимся танковым трекам. Действия робота дистанционно управляемы, ожидаемая продолжительность времени работы в автономном режиме составляет два часа. Он оборудован электроникой, которая будет надежно работать в условиях радиации. Важно, что эти устройства снабжены логическими схемами, которые в случае, скажем, утечки в гидравлике смогут послать сигнал тревоги прежде, чем наступит отказ. А это означает, что их можно быстро и дешево отремонтировать.

Помимо роботов-аварийщиков, существуют интересные разработки, позволяющие проводить инспекции, так сказать, «в мирное время» – без останова реактора и без риска для операторов. Так, корпорация AREVA в 2007 году создала группу NETEC (Non-Destructive Examinations Solutions Technical Center) – технический центр по решениям недеструктивных инспекций, – в котором трудятся более 50 ученых и инженеров. Здесь разрабатывают новые технологии осмотров и новые датчики. Из разработок АREVA на сегодня испытаны и протестированы, к примеру, системы инспекции корпуса реактора MIS7 и TWS, существенно уменьшившие время остановки реактора.

Подводный робот SUSI может плавать в теплоносителе первичного контура реактора, что с помощью ультразвукового и визуального тестирования позволяет осмотреть внутриреакторные конструкции с целью подтверждения безопасности этих компонентов для дальнейшей эксплуатации. Этот робот недавно уже был применен для осмотра одной из АЭС США, название которой не раскрывается.

JASPER позволяет осуществить безопасную инспекцию стержневой сборки системы управления и защиты ядерного реактора. Новый RANGER для осмотра трубопроводов парогенераторов легко вводится на место, подлежащее осмотру.

Однако большинство подобных перспективных разработок, хоть и протестировано, но пока не прошло испытание в боевых условиях аварий или неисправности работы реактора.

2. Начнём с промышленных роботов, производимых множеством различных фирм, таких как Kawasaki, Toshiba, FAUNC, Nachi и др. Этот тип роботов считается одним из самых старых и их назначение производить различные рутинные операции по переносу предметов с места не место, сварке и резке деталей, окраске, сортировке и сборке. Внешне такие роботы обычно выглядят как механическая рука, вращающаяся в различных направлениях с высокой скоростью. На конце руки закреплён "рабочий" орган, с помощью которого робот захватывает предметы или производит нужные операции. В качестве "глаз" у роботы выступает видеокамера, определяющая местоположение предметов, ориентацию их в пространстве, цвет и форму.

10. Другой большой класс роботов это роботы-помощники. Созданные для выполнения работ, они могут выглядеть и как коробки с колёсиками и как люди - все зависит от целей их создания. Например, это могут быть роботы-пылесосы и роботы-тележки. Например эти два робота, от компании Daiwa House могут самостоятельно перемещаться по офису, собирая пыль с полу или перевозя грузы между различными точками.

12. Или не пылесос а адская роботизированная косилка на гусеничном ходу, для скашивая всего, что встретится у неё на пути.

13. Другие роботы ориентированы для помощи по дому и могут управляться удалённо. Робот фирмы Yaskawa позиционируется как помощник одиноким инвалидам и пожилым людям. Управляемый человеком из другого города он может собирать предметы, переносить их, передавать звук и видео.

14. Робот-мойшик стёкол. Две части этого робота находятся по разные стороны стекла, а удерживает их магнитное притяжение.

15. Робот-информационное табло. Согласитесь, такая форма рекламы куда более привлекает, чем одиноко висящий на стене монитор.

16. Робот-пациент зубного кабинета. Служит для обучения молодых дантистов, управляется голосом и, в ответ на команды, открывает рот, вращает головой, голосом сообщает о самочувствии...

17. Робот-тренажёр верховой езды. Не уверен, насколько это эффективно, по сравнению с живой лошадью, однако выглядит одновременно и забавно и внушительно.

19. Роботов-андройдов можно смело выделять в отдельный класс, несмотря на то, что их назначение может быть самым различным, начиная от научных исследований и заканчивая развлекательными функциями. Робот-андройд должен внешним видом, способом передвижения и взятия предметов, походить на человека. Вот несколько образцов и начнём с андройда-девушки по имени HRP-4C от научной группы AIST. Девушка обладает развитой мимикой лица, может танцевать и петь.

Вот видео с одним её выступлением.

21. Собственно говоря, на видео отчётливо видно слабое место всех современных андройдов, а именно ноги и походка. При все развитой пластике рук, роботы пока не умеют быстро и резво передвигаться. Другие, представленные на выставке андройды это HRP-2 и HRP-4 от Kawada Group. Первый робот этой серии увидел свет ещё в 1997 году. Роботы умеют ходить, выполнять гимнастические движения, самостоятельно подниматься из лежачего положения, отслеживать заданную цель

Видео с демонстрацией базовых возможностей HRP-4.

23. Робот проекта RoboThespian явно недоумевает, почему человек решил пообедать прямо за стойкой выставочного стенда, на глазах у всей публики. Ведь работа на публику это его занятие, постольку поскольку он робот-актёр. Мимика, развитые движения руками, поставленный голос - всё это его отличает других собратьев.

Весёлое видео посвящённое этому весёлому андройду.

24. А вот кошечка Kokoro I-Fairy - к андройдам уже не относится, ибо ходить она не умеет. Это робот-рассказчик. Зато она всегда сидит на музыкальной системе, умеет распознавать лица, речь и говорить различными голосами.

25. Кстати, у всех андройдов имеется пульт управления, посредством которого, человек может в любой момент взять управление на себя. Так-же пульты, есть и у всех промышленных роботов. На всех пультах имеется большая красная кнопка экстренного выключения, именно та, которую так долго искал Ури в фильме "Приключения Электроника".

27. Никото - робот, совсем недавно, разработанный в Японском технологическом университете. Что умеет хбз:))

28. Вообще, множество университеты представили очень много своих студенческих разработок. Именно студенческих, а не от научных групп, то есть эти роботы сделаны вручную на занятиях из подручных запчастей. Все многообразие очень напоминает страницы журнала Моделист-конструктор выпусков эдак 70х годов. Электронная начинка у них, конечно, полностью современная и, скорее всего, стандартная, а отличаются друг от дружки они способами передвижения и, разумеется, внешним видом. Ниже с десяток фотографий ездящих, ползающих и шагающих живых механизмов.

37. Ещё одна студенческая разработка - прототип будущих экзоскелетов для увеличения возможностей организма и повышения качества жизни инвалидов. По сути это усилители мускул. Например, я держу 50 килограмм риса и не чувствую усталости и тяжелого веса, потому что надетый экзоскелет поддерживает руки, спину и не дает им опускаться и сгибаться под тяжестью груза. А вообще, данная модель позволяет носить на руках до 150 килограмм.

39. Серийные образцы подобных систем могут уже сегодня помочь как при поднятии тяжестей, так и при старческой слабости рук и ног. Система, отследив попытку сгибания ноги, начнет помогать это делать, таким образом "ведя" конечность, предотвращая внезапный срыв под тяжестью тела.

43. Роботы наблюдатели, спасатели и исследователи не обязательно должны обладать интеллектом или работать про программе как андройды. От них требуется совсем другое, а именно умение передвигаться по различной местности например, среди обломков, взбираться по лестницам и видеть вокруг себя. Некоторые их них созданы для перемещения под водой.

50. Некоторым компаниям, если они хотят успешно продавать свою продукцию в России нужно незамедлительно подумать о смене названия. Данная фирма не производит своих роботов, но занимается модификациями и доработками различных других моделей для необычного применения. Например, Hiro от Kawada стал барменом, а Nao от французской компании Aldebaran Robotics научилась качаться на качелях.

54. Вообще, Nao весьма интересная и перспективная платформа в классе бытовых и образовательных роботов. Открытый код, высокая подвижность базовой модели, изначально встроенная система распознавания объектов, звуковая система и не маленькие размеры сулят ей большое будущее на фоне конкурентов. Единственный недостаток, присущий практически всем современным системам - не реалистичная ходьба.

Посмотрите презентационный видео ролик про Nao и она вам понравится.

55. А вот это один из моих роботов, оставшихся в Новосибирске. Особенность данной платформы, называемой RobpBuilder в том, что детали робота можно соединять разными способами и получить не только человека, но и собаку, паука, кран и много другое. На выставке он был представлен под другой торговой маркой.

56. Кстати, таких маленьких роботов тоже можно научить выполнять удивительные вещи. Например, стандартный набор для сборки робота от Kondo, после сборки научили кататься на велосипеде.

Видео про то, как робот Kondo KHR-3　катается на велосипеде.

57. Терапевтические роботы, созданные для общения с пожилыми людьми и детьми. Издают звуки, двигают лапами и хвостами, реагируют на прикосновения, а некоторые умеют распознавать лица и речь.

Видео про　социального робота-медведя Тедди.

60. Помимо роботов, на выставке были представлены разнообразные комплектующие для них и программируемые системы, такие как трёхмерные принтеры, создающие объекты из пластика. Самый большой имел размеры с холодильник. На фотографиях представлен внешний вид, процесс создания изделия и готовые образцы.