Практическое руководство по технологии и движущим силам рынка робототехники объемом 135 млрд. долл.
Введение
Во второй половине прошлого века сумел выжить только один вид роботов — массивные однорукие голиафы, царящие у промышленных конвейеров. Эти промышленные роботы предназначены для решения конкретных задач. Скажем, для точечной сварки или создания резьбы на конце трубы. Они неказисты, но во второй половине XX века они трансформировали промышленное производство, а вместе с ним картину мало- и среднеквалифицированного труда в значительной части США, Азии и Европы.
Последние несколько лет вы, возможно, чаще стали слышать о роботах и робототехнике. Это потому, что впервые после дебюта в 1961 г. Unimate корпорации GM, который считается первым промышленным роботом, это направление вновь начинает трансформировать мировую экономику.
Только на этот раз эффект будет шире. Гораздо шире.
Сегодня роботы проникают в офисы, больницы и школы, эти отнюдь не промышленные среды, а также на склады, в центры реализации и малые производственные центры. Все чаще и чаще они появляются на наших дорогах и летают над нашими головами.
И это лишь некоторые области, в которых роботы быстро наращивают свою привлекательность, выполняя работу эффективнее, надежнее и за меньшие деньги, чем было возможно прежде.
У многих это вызывает восхищение, у многих других — озабоченность. Потрясающие темпы развития промышленности ставят множество вопросов.
В данном руководстве, предназначенном для предприятий, рассматриваются крупные вопросы. И оно предоставит вам контекст, чтобы вы могли составить себе представление о других вопросах. Кроме того, оно познакомит вас с отраслью, которая готовится до 2019 г. управлять расходами на сумму 135,4 млрд. долл. С той отраслью, значение которой для коммерческой деятельности и повседневной жизни в ближайшие десятилетия невозможно переоценить.
Что такое робот?
Специалисты по робототехнике обсуждают этот вопрос за кружкой пива. Победителей нет. Потому что любое определение будет чрезмерно строгим или слишком общим.
Ваша стиральная машина — это робот? А современная высокотехнологичная автомашина, в которой протекают тысячи процессов, о которых водитель не подозревает? На деле это несколько напоминает определение порнографии, которое дал судья Поттер Стюарт: вы узнаете робота, когда увидите его.
Вам нужно более точное определение?
Робот — это программируемая машина, которая физически взаимодействует с окружающим ее миром и способна автономно или полуавтономно выполнять сложные серии действий.
Почему в последние годы в отрасли достигнут столь большой прогресс?
Тому есть четыре причины:
- падение цен на сенсоры;
- разработка открытого кода;
- быстрое создание прототипов;
- слияние различных технологий.
Сенсоры
Спрос на мобильный компьютинг пошел на пользу разработке робототехники, поскольку привел к падению цен на сенсоры, их быстрому совершенствованию и миниатюризации. Цена каждого акселерометра измерялась сотнями долларов. Теперь же любой смартфон может определять ускорение, а также снимать прекрасное видео, фиксировать географическое положение и предлагать маршрут движения, взаимодействовать с другими устройствами и использовать сразу несколько частот. Такая функциональность необходима роботам, чтобы эффективно маневрировать в нашем мире.
Другой движущей силой является повсеместное распространение устройств Интернета вещей (IoT). К 2025 г. будет насчитываться 100 млрд. подключенных к Интернету устройств, приносящих доход в 10 трлн. долл. Впервые сенсоры, которые захватывают и пересылают данные о давлении, крутящем моменте и положении, стали стоить гроши, что вызвало бум в разработке робототехники.
Подобным же образом цены на лидарные и инфракрасные датчики, которые прежде были самыми дорогими сенсорными устройствами для самоуправляемых роботов, рухнули на 90% в значительной мере благодаря агрессивной разработке самоуправляемых автомашин Google Waymo и др. А 3D-камеры, которые были доступны только наиболее щедро финансируемым командам исследователей и разработчиков и титанам Голливуда, теперь может купить любой благодаря некоторой умной работе с алгоритмами.
Разработка открытого кода
В 2009 г. в докладе на международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации (ICRA) миру была представлена операционная система ROS (Robotic Operating System). ROS является первой стандартной ОС для разработки роботов. Кроме того, это бесплатная ОС с открытым исходным кодом, гибкая по самой своей сути, освобождающая разработчиков робототехники от требующего непомерных затрат времени создания ОС с нуля.
В области персонального компьютинга есть много пользователей открытого кода. Но поскольку патентованные операционные среды вроде Windows первыми получили широкое распространение, варианты Open Source всегда были альтернативой чему-то другому. В робототехнике дело обстоит иначе. Здесь открытый код является сейчас нормой, что вызвало шквал разработок с помощью коллег.
Организация Open Robotics, в ведении которой находится ROS, представила также симулятор робототехники под названием Gazebo, который позволяет инженерам тестировать роботов в виртуальной реальности, не подвергая оборудование риску.
Какие последствия имело появление ROS и Gazebo? 18 из 23 участников конкурса DARPA Robotics Challenge использовали робототехнику под управлением ROS и 14 применяли Gazebo для тестирования своих принимавших участие в конкурсе гуманоидов в виртуальных средах.
Подтверждением служат инвестиции. В 2015 г. свыше 150 млн. долл. венчурного капитала было вложено в компании, разрабатывающие роботов под управлением ROS.
Быстрое создание прототипов
Хотя нам еще предстоит увидеть, вызовут ли 3D-принтеры фундаментальные изменения в том, как (и где) производятся потребительские товары, влияние аддитивного производства на разработку робототехники огромно Согласно сайту Robotics Tomorrow, который отслеживает положение в отрасли, «3D-принтеры позволяют создателю за считанные часы (или дни) перейти от заумной концепции к реальному продукту».
Принтеры на производстве и в университетских инжиниринговых подразделениях, некоторые из которых допускают печать из нескольких материалов и металла, значительно понизили входной порог для разработки роботов. Нужны доказательства? Просто посмотрите, сколько проектов в области робототехники представлено сейчас на сайте Kickstarter.
Когда инженеры могут создавать компоненты прототипов на своем рабочем месте, за этим следуют инновации.
Слияние технологий
Необычайный успех мобильного компьютинга привел не только к падению цен на сенсоры, но и к ускорению усовершенствований распознавания голоса и объектов, которые находят четкое применение в робототехнике. Сенсоры трехмерных игр помогают роботам ориентироваться в хаосе неструктурированного мира человека. А такие компании, как Google, Amazon и Apple, прикладывают большие усилия, чтобы перенести обладающие ограниченными возможностями платформы искусственного интеллекта в Интернет и в жилища.
Все это сопровождается предсказуемым увеличением из года в год вычислительной мощности, а также распространением технологий облаков и IoT. Сложите все это вместе и вы увидите, что всего за последние несколько лет достигли зрелости многие технологии, которых ожидала робототехника.
Роботы занимают рабочие места. Оправданы ли опасения?
Обреченность и уныние
Слышите этот звук? Это открывается ящик Пандоры. Очень умные люди высказывают диаметрально противоположные мнения по данной проблеме. И я рекомендую проявлять крайнюю осторожность по отношению к тем, кто высказывается по этим вопросам с безапелляционной уверенностью.
Разумеется, есть предвестники плохих новостей. В недавнем исследовании National Bureau of Economic Research рассмотрено влияние растущего применения промышленных роботов на локальные рынки труда в США с 1990 по 2007 гг. и делается вывод о «большом и устойчивом негативном воздействии роботов на занятость и уровень зарплаты в зонах замены». Согласно историческим данным, замещенные роботами рабочие места не были адекватно заменены новыми возможностями, появившимися благодаря роботам. Этот довод часто используют технические специалисты.
Эти выводы не являются прогностическими и должны восприниматься в соответствующем контексте: нынешний бум в робототехнике в основном начался после 2007 г., и трудно связать влияние роботов на занятость в столь различных отраслях, как производство и здравоохранение.
Но опасения достаточно реальны, чтобы на них обратили внимание большие шишки. Например, Билл Гейтс поддержал введение налога на роботов — взимание сбора с выполняемой роботами работы, который заменил бы подоходный налог, утрачиваемый правительством, когда робот начинает выполнять работу вместо человека. Южная Корея ближе всех подошла к такому видению ситуации и похоже готова лишить налоговых стимулов компании, вкладывающие средства в автоматизацию. Президент страны озабочен тем, что более высокая безработица в эпоху робототехники вызовет необходимость в создании мощной системы социальной защиты, что станет большой проблемой, поскольку правительство будет собирать меньше налогов, за счет которых должна создаваться такая система в период кризиса занятости.
Недавний отчет Price Waterhouse Cooper показывает, что в результате автоматизации к началу
Но подобные выводы неизбежно носят спекулятивный характер. Это обусловлено целым рядом казалось бы надежных прогнозов по поводу будущего занятости, когда машины смогут делать многое из того, что сейчас делают люди.
Все не так просто.
У другой стороны в этом споре имеется веский довод, что автоматизация привела к потере рабочих мест на региональном уровне, но к увеличению количества рабочих мест в целом. Одной из сторонниц такого взгляда является торговая ассоциация A3, выпустившая исследование, которое показывает, что с 1996 г. в периоды отсутствия рецессии росли как общая занятость, так и поставки роботов. «Для нас, — заявил мне президент A3 Джефф Бёрнстейн, — это означает, что роботы не уничтожали рабочие места».
Несколько лет назад International Federation of Robotics выпустила исследование, в котором рассматривалась робототехника в Китае, Японии, Бразилии и Индии. В этих странах по мере расширения использования роботов безработица снижалась.
Недавно IDC пришла к выводу, что к 2019 г. расходы на робототехнику достигнут 135,4 млрд. долл. против 71 млрд. два года назад. Согласно ее отчету, 32 млрд. из этой суммы придется на такие сервисы, как обучение, развертывание, интеграция и консалтинг, что означает создание множества новых рабочих мест.
Даже часто цитируемый отчет PWC не так уж пронизан обречённостью и унынием. Робототехника повышает производительность труда, а рост производительности обеспечивает благосостояние. Исторически это приводило к росту количества рабочих мест в секторе услуг, которые нелегко автоматизировать.
В методологии всех этих докладов имеется множество нестыковок. А главное в следующем. Точный метод прогнозирования, как технологии изменят будущее, это иллюзия. Что особенно верно, когда рассматриваемые технологии вызовут принципиальное изменение экономической парадигмы. В результате такой неопределенности Рэй Курцвейл может предсказывать утопию, а такой автор, как Мартин Форд — нечто гораздо более мрачное.
В конечном итоге, в докладе PWC делается вполне разумный, хотя и разочаровывающе расплывчатый вывод. Не вполне ясно, что произойдет. В среднем доходы до налогообложения должны возрасти с повышением производительности труда. Но блага не будут поровну распределены между группами с различным уровнем дохода или образования.
Какие роботы сейчас изменяют мир?
Есть много видов роботов, из которых можно выбирать. Но вам следует знать следующие:
- взаимодействующие (collaborative) роботы;
- роботы для телеприсутствия;
- роботы для автоматизации складского хозяйства и логистики;
- роботы для здравоохранения;
- самоуправляемые средства передвижения.
Взаимодействующие роботы
За последние несколько лет появилось новое поколение взаимодействующих роботов. В отличие от тяжелых промышленных роботов XX века эти взаимодействующие боты, большинство из которых имеет одну или несколько искусственных рук, обладает гибкостью и легко может быть перепрограммировано на лету. Многие модели обучаются, наблюдая за демонстрационными действиями человека.
Основная особенность, которая делает безопасными для взаимодействия роботов, выпускаемых такими компаниями, как Universal Robots, Rethink Robotics и ABB, заключается в их способности избегать нежелательных столкновений и, используя высокоточные датчики крутящего момента, определять, что они столкнулись с чем-то или с кем-то, с чем не должны были сталкиваться. Такая способность позволяет ботам функционировать вне защитных ограждений и рядом с людьми, что открывает новые возможности для роста производительности труда на промышленных предприятиях. Эти роботы могут быть обучены решению сложных задач и действовать после этого в качестве второй пары ловких рук, дополняя возможности квалифицированных рабочих. Отсюда слово «взаимодействие» в их названии.
Почему это является поворотным моментом?
Автоматизация повышается в таких отраслях, как производство автомобилей и электроники, и быстро проникает на выполняющие заказы склады. По мере снижения цен на многофункциональные платформы мелкие и средние производители начинают использовать роботов. Несмотря на это, правдоподобное будущее, когда роботы полностью заменят промышленных рабочих, маячит далеко на горизонте, и в ближайшее время, поскольку экономика отдает предпочтение гибридному подходу, главной проблемой является безопасность.
К 2022 г. объем рынка взаимодействующих роботов может достичь 3,3 млрд. долл.
Роботы для телеприсутствия
Роботы для телеприсутствия, которые являются новинкой, начинают получать широкое использование. Имеется несколько различных типов, начиная с простых моделей Double, которые, в сущности, представляют собой iPad на колесиках, и заканчивая Ava 500 компании iRobot стоимостью 30 тыс. долл.
Почему это является поворотным моментом?
В большинстве секторов растет количество работающих по контракту и фрилансеров, которые не могут находиться в офисе полный рабочий день, и офисы видят пользу в охоте за талантами по всем часовым поясам. Роботы для телеприсутствия предлагают на удивление адекватную альтернативу физическому присутствию. Я имел возможность опробовать несколько моделей, и возможность перемещаться по офису резко отличает их от простого звонка по Skype.
К 2023 г. объем рынка роботов для телеприсутствия может достичь 8 млрд. долл.
Складское хозяйство и логистика
В настоящее время из всех упомянутых здесь категорий роботов автоматизация складского хозяйства и логистики оказывает наибольшее воздействие на мировую торговлю.
Почему? Одним из ответов является Amazon. В 2012 г. компания за 775 млн. долл. купила Kiva Systems, которая выпускает системы автоматизации для складов. Центры реализации Amazon могут предложить поставку систем автоматизации в день заказа. Это сделало прочих розничных торговцев мира догоняющими.
Сегодня вы едва ли найдете стремящегося вести электронную коммерцию розничного торговца, который не обновлял бы свои операции с прицелом на автоматизацию. В результате покупки Kiva в 2012 г. образовался огромный пробел. Kiva была ведущим поставщиком решений для складской логистики. Ее технологию применяли такие гигантские компании, как Staples, Walgreens и Gap.
Теперь, наконец, несколько робототехнических компаний выводят на рынок продукты для логистики, заполняя пробел, образовавшийся после поглощения Kiva, и открывая перспективу автоматизации складов также перед малыми и средними розничными торговцами.
Некоторые решения являются модернизацией. Такое, например, как самоуправляемые тележки, которые могут быстро и автоматически передвигаться между упаковочными столами. Другие носят более всеобъемлющий характер, охватывая целые мили конвейерных лент и тысячи роботизированных подборщиков и захватывающих устройств.
Почему это является поворотным моментом?
Это немного напоминает вопрос, почему контейнерные перевозки стали поворотным моментом. Потому что они полностью изменили характер мировой торговли. Мировые продажи роботов для складов и логистики достигли в 2016 г. внушительной суммы в 1,9 млрд. долл. По прогнозу исследовательской фирмы Tractica, к 2021 г. объем этого рынка составит огромную суму в 22,4 млрд. долл.
Здравоохранение
На процветающем рынке роботизированной хирургии доминирует компания Intuitive Surgical, которая выпускает системы da Vinci Surgical System. Сейчас с помощью этих систем ежегодно проводятся сотни тысяч операций. Практически каждый имеющий выбор пациент с заболеванием простаты предпочитает такой вариант. Роботизированная хирургия быстро преодолела критический порог распространения. Рыночная капитализация Intuitive Surgical составляет сейчас 18,2 млрд. долл.
В ближайшие годы хирургические роботы будут играть гораздо более важную роль в здравоохранении. Компания Auris Surgical, основанная одним из учредителей Intuitive Фредом Моллом, привлекла полмиллиарда долларов несмотря на то, что у нее еще нет продукта, с которым можно выйти на рынок.
Но хирургия — не единственный путь проникновения роботов в здравоохранение. Роботы — персональные помощники, такие как разработанные компанией Aldebaran модели, вероятно, появятся вскоре в домах престарелых, особенно в странах, где происходит быстрое старение населения, например, в Японии.
Toyota открыла несколько лет назад институт Toyota Research Institute с бюджетом 1 млрд. долл., который разрабатывает сейчас роботов, способных действовать в неструктурированных и полуструктурированных средах, таких как больницы и другие лечебные учреждения.
А такие роботы, как TUG компании Aethon, уже перемещают грузы по покрытым линолеумом коридорам, в то время как робототехнические решения для телеприсутствия помогают в обучении и позволяют пациентам в удаленных районах связываться со специалистами по всему миру.
Почему это является поворотным моментом?
Хирургия с помощью роботов менее инвазивна, более точна и способна открыть новые горизонты для хирургического лечения. Auris, например, изучает неинвазивные хирургические инструменты для операций по поводу рака легких и горла. В более широком плане роботы могут снизить затраты на здравоохранение за счет автоматизации этапов операций и потенциально уменьшить при этом число ошибок.
К 2021 г. объем рынка медицинских роботов может составить 12,8 млрд. долл.
Самоуправляемые средства передвижения
Это сейчас яркая технология в робототехнике. Но автомобили, которые Google и Uber испытывают на дорогах Калифорнии, представляют только одно из применений технологии самоуправления.
Пока небольшие самоуправляемые средства передвижения оказали гораздо большее влияние на торговлю, поскольку они ловко маневрируют в структурированных и полуструктурированных средах предприятий и складов, где меньше случайностей, чем на открытой дороге.
Особенно созрела для автоматизации с помощью самоуправляемых средств передвижения обработка грузов. В значительной мере потому, что она представляет большую опасность для людей. Самоуправляемые роботы, оснащенные лидаром, видеокамерами и множеством других сенсоров, могут безопасно и быстро маневрировать в погрузочных доках и заводских цехах, избегая столкновений с рабочими.
К 2022 г. объем мирового рынка таких средств передвижения достигнет 2,8 млрд. долл.
Если вернуться к передвижению по дорогам, то самоуправляемые средства подают большие надежды, но на раннем этапе максимальный эффект дадут, вероятно, полуавтономные грузовики. Идея заключается в том, что при движении по шоссе, на что приходится основная часть времени, водители-дальнобойщики смогут передать управление своими машинами автопилоту, а на городских улицах с интенсивным движением вновь брать управление на себя.
В 2016 г. фирма Otto, которую в дальнейшем купила Uber за 680 млн. долл., организовала первую коммерческую доставку с помощью самоуправляемого крупнотоннажного грузовика.
Почему это является поворотным моментом?
Главным преимуществом является безопасность. Помимо некоторых гигантов в области технологии почти каждый крупный автопроизводитель реализует технологию самоуправления. От жизнеспособных полностью автономных легковых и грузовых машин нас отделяют еще лет десять или больше. И это без учета возможных задержек с регулированием. Даже когда технология станет доступна, потребуется время, чтобы перевести на нее существующий парк машин. Но не стоит заблуждаться. В будущем большинство машин на дорогах будут основную часть времени управлять собой сами. Когда это произойдет, количество аварий должно резко сократиться, а обстановка на дорогах улучшится.
К 2035 г. объем рынка самоуправляемых и полуавтономных средств передвижения может достичь 77 млрд. долл.
