«ЗТ» продолжает серию материалов о развитии в нашем городе такого важного современного научного направления, как робототехника. В Коврове интерес к этой науке стараются пробудить в детях со школьной скамьи. В № 7 от 20 февраля («Школьная лаборатория – кузница инженерных кадров») наша газета писала о работе с технически одаренными ребятами. Сегодня же речь пойдет о развитии робототехники в Ковровской государственной технологической академии. Кафедру, которая так и называется «Робототехника и комплексная автоматизация», возглавляет в вузе кандидат технических наук, доцент Андрей Карпенков. Он отмечает, что выпускникам, которые хотят совершенствоваться в этой науке, необязательно уезжать в крупные города — Москву, Нижний Новгород, Санкт-Петербург: «В Коврове есть центр развития робототехники, который не уступает крупным всероссийским центрам, и в родном городе можно получить квалификацию совершенно не хуже. Далее, уже имея диплом на руках, поучаствовав в конкурсах, пообщавшись с командами из других городов, молодой специалист — уже с бОльшим пониманием своих целей развития – может определиться и в дальнейшем движении».
Из предыстории
Если обратиться к истокам, развитие современной кафедры робототехники и комплексной автоматизации начиналось в КГТА практически с основания вуза. О самой робототехнике тогда, конечно, речь не шла, но в 1969 году в учреждении, которое в то время было общетехническим факультетом Владимирского политехнического института (ВПИ), появилась секция «Приборы точной механики» (руководил ею к.т.н., доцент Римм Бесчастнов, долгое время возглавлявший вуз). В 1971 году общетехнический факультет стал ковровским филиалом ВПИ, в 1991 году — ковровским технологическим институтом и в 1996-м – уже академией.
В рамках секции «Приборы точной механики» развивались, появлялись новые специальности, ответвления. В 1994 году секция превратилась в кафедру «Приборостроения и автоматики управления». Во главе ее стал авторитетнейший человек, первый директор ВНИИ «Сигнал», доктор технических наук Юрий Сазыкин. В 2004-м кафедра разделилась на две: «Автоматику управления», ее продолжал возглавлять Юрий Михайлович, и «Приборостроение», руководил которой доктор технических наук Александр Симаков.
Робототехническая наука стала развиваться на базе кафедры «Автоматика управления». В 2013-м у руля этой кафедры встал наш собеседник — Андрей Карпенков, а в 2017-м она получила название «Робототехники и комплексной автоматизации», в связи с тем, что к тому моменту робототехника уже стала в ней основным направлением. В прошлом году в тесном сотрудничестве с ВНИИ «Сигнал» от кафедры робототехники КГТА «отпочковалась» еще одна — «Интеллектуальных информационных систем и комплексов специального назначения» (руководитель – к.т.н. Денис Варабин) – новое и перспективное для нашего вуза научное направление.
Совместно с «Сигналом»
Что главное для города в местном вузе? Конечно, его возможности как «кузницы кадров». Ковров – крупнейший промышленный центр Владимирской области, и на наших заводах квалифицированные инженерные кадры просто необходимы. Технический прогресс семимильными шагами идет вперед, и тут важно не отставать: ни предприятиям, ни академии.
— Развитие робототехники в нашем вузе началось очень давно – задолго до появления кафедры робототехники — и шло совместно с «Сигналом». Это взаимодействие продолжается и, уверен, будет продолжаться, потому что без него никуда! — говорит Андрей Карпенков. — Мы поставляем для предприятий, причем не только нашего региона, инженерные кадры, постоянно участвуем в совместных проектах, и у нас, если говорить про академию в целом, со всеми заводами налажено взаимодействие.
Но ВНИИ «Сигнал» пошел дальше — по пути создания в КГТА своей базовой кафедры, руководителем которой является заместитель генерального директора-руководитель проектов ВНИИ «Сигнал», кандидат технических наук Денис Варабин. К слову сказать, он был первым капитаном первой студенческой команды робототехники Red Eyes, которая победила на всероссийских соревнованиях в 2010 году. В качестве трофея ребята тогда получила «Газель», с которой через два месяца выиграла первые соревнования «Робокросс» (можно сказать, это наш первый крупный успех!) и, собственно, дальше продолжала выигрывать.
Денис Александрович тогда был студентом, сейчас, как я уже отметил, он заведующий базовой кафедрой «Интеллектуальных информационных систем и комплексов специального назначения».
Кроме того, в прошлом году была открыта лаборатория специальной робототехники имени Юрия Сазыкина. Когда он ушел из жизни, мы задумались, как лучше увековечить его память, и вышли с инициативой создать лабораторию. «Сигнал» поддержал. Поэтому сегодня имеем возможность находиться, — Андрей Сергеевич показывает вокруг, — в нашей вузовской лаборатории специальной робототехники и систем управления.
Лаборатория
Это не просто компьютерный класс, в который благодаря «Сигналу» было закуплено современное, в том числе аппаратное обеспечение, такое как: мобильные робототехнические конструкторы с лидарами (лазерными дальномерами, которые помогают определять расстояние с помощью света), видеокамеры, одометрические датчики…
— Мы, — продолжает Андрей Карпенков, — приверженцы практикоориентированного сквозного цикла подготовки студентов. Они у нас учатся создавать микроэлектронные компоненты, использовать системы технического зрения и т. д. Это все разрозненные дисциплины… Специалист же в робототехнике тот, кто знает не только отдельные части, но и умеет их интегрировать, понимает, как все работает в совокупности. Ребята, изучая дисциплины, на выходе получают готовый продукт мобильного робота, который умеет решать конкретные прикладные задачи. Пусть он лабораторный, не полевой, но цепочка — от идеи до реализации конкретного большого проекта в команде — при обучении прослеживается. И как раз благодаря этому оборудованию, мы можем все это вживую реализовать, а не просто рассказать в теории, потому что важно понимать, как теория будет работать на практике. Плюс нами закуплены микромеханические навигационные системы, системы виртуальной реальности. Даже есть идея по созданию виртуального мира, чтобы обучать ребят пользоваться тем оборудованием, которое производится на «Сигнале». Человек при этом находится как будто в реальных условиях, физика полностью реализуется, с помощью шлема и стикеров (пультов управления) внутри этого виртуального мира можно взаимодействовать с объектами, как в настоящем. «Сигнальское» оборудование не всегда есть «под рукой», и такое обучение очень удобно и для студентов, и для заказчиков. Заводам же важно не только продать и поставить оборудование, но и сопроводить его, научить им пользоваться, и это направление виртуальной реальности – с наименьшими затратами, но не менее эффективное – в этом им помогает.
Лаборатория была открыта совсем недавно, в декабре 2023 года. Но в учебный процесс она уже внедрена. Особенно активно используется при подготовке ко второму этапу конкурса национальной технологической инициативы «Пятый уровень». Чтобы было понятно, общий призовой фонд за победу в финале этого конкурса – 240 (!) млн рублей.
«Пятый уровень»
Что необходимо для участия в этом конкурсе, кроме знаний, талантов, ума? Созданное командой беспилотное транспортное средство, которое сможет осуществить грузоперевозки по тому или иному маршруту полностью в автоматическом режиме.
— В лаборатории мы выполняем и изучаем элементы в рамках различных дисциплин. Например, выполняем задачи по работе с системами технического зрения. Это не только видеокамеры или обработка изображения с помощью системы искусственного интеллекта, но и такие элементы, как автомобильные радары, которые ставятся на машины с адаптивным круиз-контролем, это и лидары – с ними нужно уметь работать и использовать информацию, которую они предоставляют, нужным образом обрабатывать ее, чтобы получить следующие знания: какие объекты робота окружают, куда и как они движутся – как в визуальном спектре, так и в невидимом диапазоне. Все это изучается для того, чтобы робот мог уверенно себя «чувствовать» в пространстве в любых погодных условиях.
На текущий момент команда «Робоинженеры» — это преподаватели и студенты КГТА, последние — в основном учащиеся третьего курса. Почему третьего? Потому что первые два пока «на подхвате», четвертому не до конкурсов, студенты готовятся к сдаче выпускных квалификационных работ. На первом этапе всероссийского конкурса национальной технологической инициативы – он проходил прошлой осенью — команда КГТА завоевала почетное второе место, опередив участников из питерских вузов и пропустив вперед только команду Московского автодорожного института.
— Мы их в «Робокроссе» в прошлом году обогнали, они нас здесь, — уточняет Андрей Карпенков. — «Пятый уровень» – конкурс, который направлен на преодоление технологических барьеров. То есть на создание таких проектов, которых в мире еще никто не делал. В данном случае, транспортного средства пятого уровня, которому можно поставить задачу: съезди туда-то, привези то-то, и дальше уже в процесс не вмешиваться. Транспортное средство должно все сделать самостоятельно, при этом самым безопасным образом как для окружающих, так и для себя. В мире таких разработок пока нет, но многие работают в этом направлении. Правительство России «под это дело» и запустило технологический конкурс. Первый его этап мы прошли. Хочу отметить, что мы были единственной командой, которая участвовала в конкурсе на грузовом транспортном средстве, используя механическую коробку передач, что сложнее, и единственной командой, беспилотник которой не нарушил ни одно правило ПДД. Даже победитель – команда МАДИ — заезжала за сплошную линию, а это значит, что в реальных условиях могли быть столкновения со встречным транспортом. Сам конкурс проходил на полигоне НАМИ – института, который разрабатывал президентский проект «Кортеж». Можно сказать, это головной центр в нашей стране по автомобильному транспорту. Здесь есть специальные категорированные трассы с большими уклонами, с лесом вокруг, с местами, где, к примеру, спутниковая система плохо работает – чтобы можно было протестировать беспилотники в различных условиях. Созданы в том числе и условия реального города: с пешеходными переходами, с электронными манекенами – взрослых, детей, велосипедистов и т.д., которые неожиданно появляются в разных местах. Каждой команде – по жребию – был задан маршрут. Его прохождение контролировали видеокамеры, но в каждом автомобиле в целях безопасности находился оператор, который при этом ни во что не имел права вмешиваться.
Второй этап конкурса состоится в июле, он будет являться допуском в финальную часть, которая планируется в сентябре-октябре.
На втором этапе все команды обязаны выступать на грузовых транспортных средствах, и не на одном, а на нескольких разных маршрутах, то есть конкурс усложняется, и это только повышает важность поставленных задач.
Для чего это нужно?
Чтобы участвовать в таком конкурсе, нужно провести огромную подготовительную работу – в первую очередь, научную. И решить много проблем.
— Это и проблемы навигации, – продолжает рассказывать Андрей Карпенков, — то есть нужно обеспечить точное позиционирование транспортного средства в любых погодных условиях. Точное – это не плюс-минус шесть метров – позиционирование, которое дают современные спутниковые навигационные системы, которые сейчас все используют в телефонах. Точность позиционирования должна быть не ниже 10 см. Система, которую мы используем, в нормальных условиях такую дает, но при их ухудшении точность позиционирования уменьшается, поэтому мы работаем над улучшением показателей.
«Плохие» условия, это, например, высотные здания, которые ограничивают видимость небосвода. Чем меньше спутников видно, тем навигационная задача хуже решается. А вот насколько важно обеспечить хорошее решение навигационных задач показывает, в том числе СВО. На спутниковую навигационную систему полагаться нельзя, поэтому мы разрабатываем систему визуальной одометрии, которая при известных начальных координатах по видеокамере позволяет определить направление и скорость перемещения объекта. Это не наше ноу-хау, в этом направлении развиваются многие. Но мы разработали и свое.
Вместе с моим коллегой, преподавателем КГТА и доцентом нашей кафедры Олегом Мартыновым, создали систему, которая устойчиво вычисляет параметры движения при перемещении по однородной монотонной поверхности, например, по чистому снегу. Почему это важно? Для оценки перемещения по видеокамере обычно нужен контраст, в снежном поле такого контраста нет, а наш метод позволяет делать вычисления и в подобных условиях.
Покажем, заинтересуем, научим!
Если еще совсем недавно робототехнику можно было назвать наукой будущего, то сейчас она уже стала наукой сегодняшнего дня. Кстати, если брать общемировую статистику, отмечает Андрей Карпенков, то наибольшее количество работ в направлении искусственного интеллекта, нейронных сетей – если брать по гендерному признаку – у женщин.
— А вот у нас на робототехнику девочек очень мало идет. На втором, третьем курсах их нет сейчас вообще, на первом – четыре, и это уже радует. Из опыта могу сказать, что проблем с учебой по нашей специальности у девчонок не бывает.
С нашим предприятием-партнером ВНИИ «Сигнал» мы развиваемся в том числе И в направлении высокоавтоматизированных систем. Но в то же время у нас есть центр инновационного развития школьников с направлением «робототехника», где занятия проходят бесплатно и где школьники могут работать со своими проектами.
Часть ребят, которые учились на этих курсах, затем в рамках профориентационной работы приходят в наш вуз. Студенты академии проводят с ними занятия – получается такая преемственность поколений! Школьники имеют возможность использовать вузовское оборудование, общаться со студентами, преподавателями – одним словом, погрузиться на какое-то время в городскую вузовскую среду.
Цель преследуется простая – заинтересовать школьников, показать им возможности академии, чтобы им захотелось в ней учиться. А что, кроме сильной материальной вузовской базы, современного оборудования, оснащения, важно для превращения студентов в хорошо подготовленных специалистов? Всякий скажет, главное — это преподавательский состав. Что касается преподавательского состава в «робототехнических» направлениях, то здесь просто «чувствуется» сотрудничество с ВНИИ «Сигнал».
— Мы приглашаем специалистов «Сигнала» для преподавания профильных дисциплин: по системам управления, например, по навигационным системам, — говорит Андрей Карпенков, — потому что «Сигнал» уникален тем, что там есть сильные научно-производственные комплексы по системам управления, по навигации, по гидравлике и т. д.
Большая часть «Сигнала» — это все-таки не производство, а разработка. В первую очередь, это научно-исследовательский институт, поэтому и концентрация научного персонала там большая. Привлекаем этот научный персонал для того, чтобы студентам доносить знания, так сказать, на передней волне прогресса. Это, к примеру, советник генерального директора «Сигнала» кандидат технических наук Сергей Филиппов, который участвует у нас и в государственной экзаменационной комиссии, и в подготовке ВКР (выпускных квалификационных работ); Денис Варабин, про которого мы уже говорили, ведет дисциплины по введению в специальность, проводит для ребят практику; Павел Воротнев преподает у нас микропроцессорную технику в робототехнике – все, что связано с микроэлектроникой; Елена Панулина — преподает метрологию; Алексей Солдатенков ведет ряд дисциплин по навигационным системам; Дмитрий Багаев преподает систему управления специализированными робототехническими системами. Он, кстати, изначально был руководителем той самой команды, которая в первых «Робокроссах» участвовала, команда называлась «Red Eyes» — «Красные глаза» (работать приходилось и днем, и ночью – отсюда и такое, по сути, шуточное название).
Полигон
А недавно на базе КГТА был создан и открыт учебный крытый полигон для беспилотных систем. 17 февраля на нем впервые состоялась межрегиональная гонка дронов. Этот проект академия реализует при поддержке Правительства Владимирской области. Как сообщил у себя на странице губернатор Александр Авдеев, вуз получил на эти цели субсидию в размере 7 млн рублей. «На первом этапе, — написал он, — построен и укомплектован полигон на площади порядка 400 кв. м. Второй этап начинается 20 февраля. Он включает в себя формирование материально-технической базы, подготовку методических пособий, программ и т.д. на новой площадке будут заниматься студенты и школьники для получения навыков операторов БПЛА. Также она подойдет для подготовки инженерно-технических кадров для беспилотной авиации».
— 2022 год показал, насколько это направление важно, и, соответственно, правительство нашей страны стало предпринимать шаги для его развития, — пояснил Андрей Карпенков. — Академия не должна отставать, поэтому было создано несколько центров: центр допризывной подготовки, проект по беспилотным авиационным системам «Кречет», которые направлены на обучение всех желающих, в том числе школьников, беспилотным авиационным системам: как их собрать, как ими управлять и т. д. Обучение бесплатно. Занятия ведут преподаватели и действующие студенты нашей кафедры «Робототехники и комплексной автоматизации», но для этой работы создан отдельный центр. Это проект полностью нашей академии. Реализуется они при поддержке Правительства области, и речь тут идет не только об обучении, но и о проведении научных работ в данной области. В том числе, направленных на производство беспилотных летательных аппаратов в самой академии. Но это уже – как планы на ближайшее будущее!
Инна БУЛАТОВА.
Фото: из архива КГТА.
