Больше не научная фантастика: человеческие машины — что гуманоидные роботы могут делать лучше, чем любые другие машины

Больше, чем просто ИИ: главная проблема, которая все еще тормозит триумф гуманоидных роботов

Долгое время остававшиеся лишь научной фантастикой, они теперь выходят на производственные площадки реального мира: наступает новая эра автоматизации, движимая гуманоидными роботами, которые больше не действуют как специализированные машины в защищенных зонах, а как универсальные помощники рядом с нами. Этот сдвиг парадигмы стал возможен благодаря слиянию двух мегатрендов: революционных достижений в области искусственного интеллекта, позволяющих роботам учиться посредством наблюдения, и высокотехнологичных сенсорных и исполнительных технологий, которые позволяют им совершать движения, подобные человеческим.

Хотя такие автомобильные гиганты, как BMW и Mercedes-Benz, а также глобальные логистические компании, уже запускают первые пилотные проекты по автоматизации монотонных и физически сложных задач, путь к массовому внедрению всё ещё усеян значительными препятствиями. Ограниченный ресурс аккумуляторов, нерешённые проблемы безопасности и всё ещё высокая стоимость приобретения замедляют повсеместное внедрение. Тем не менее, прогнозы пессимистичны, и глобальная гонка за технологическое превосходство между США и Китаем уже в самом разгаре. Находимся ли мы в начале революции, которая окажет долгосрочное влияние на наш рабочий мир и общество, или это всего лишь шумиха с нерешёнными проблемами начального периода? Этот обзор проливает свет на текущее состояние дел, самые серьёзные проблемы и далеко идущие видения новой эры робототехники.

Подходит для:

• Анализ рынка и обзор человекоподобных роботов с полезной нагрузкой 10 кг и более для покупки и аренды

Новая эра роботов: почему человекоподобные машины могут повлиять на будущее автоматизации

Стоим ли мы на пороге смены парадигмы в робототехнике? В то время как традиционные промышленные роботы десятилетиями служили специализированными «рабочими лошадками» в ограниченных производственных зонах, новое поколение человекоподобных роботов прокладывает себе путь в ряды рабочей силы. Вопрос уже не в том, появятся ли эти машины, а в том, как быстро они одержат победу и какую роль сыграют в нашем будущем.

Что делает человекоподобных роботов такими особенными?

Что отличает гуманоидного робота от обычного промышленного робота? Ответ кроется в фундаментальной философии его конструкции. Гуманоидный робот имеет человекоподобную структуру тела с двумя руками, двумя ногами и подвижной верхней частью тела. Такая конфигурация открывает совершенно новые возможности, позволяя машинам работать в условиях, изначально разработанных для людей.

Ключевое преимущество заключается в их универсальной адаптивности. В то время как традиционные роботы разрабатываются специально для решения конкретных задач и часто требуют значительных изменений в рабочей среде, гуманоидные роботы теоретически могут быть развернуты в любом месте, где работают люди. Они используют те же двери, лестницы и рабочие поверхности, а также те же инструменты и машины.

Какие технологические достижения позволят совершить прорыв?

Как десятилетия исследований внезапно превратились в готовую к выходу на рынок технологию? Ответ кроется в конвергенции нескольких технологических достижений. С одной стороны, развитие электромеханических приводов и значительное усовершенствование сенсорных технологий создали аппаратную основу. Современные человекоподобные роботы оснащены сложными системами камер, лидарами, микрофонами и силомоментными датчиками. Тактильные датчики позволяют им определять, контактируют ли они с предметами или людьми.

С другой стороны, искусственный интеллект стал важнейшим инструментом для создания гуманоидных роботов. Прорывы в этой области происходят быстрее, чем ожидали даже эксперты. Генеративные модели ИИ революционизируют возможности взаимодействия с роботами и могут стать ключом к созданию для роботов моделей мира, которые они смогут использовать для навигации в окружающей среде.

Как большие поведенческие модели меняют управление роботами?

Что происходит, когда роботов перестают программировать, а начинают обучать? Boston Dynamics демонстрирует совершенно новый подход на примере своего робота Atlas: большие модели поведения (LBM). Они позволяют роботу обучаться сложным задачам посредством наблюдения, а не детального программирования каждого движения.

Технология работает аналогично языковым моделям: Atlas может обучаться как простым действиям по захвату и перемещению предметов, так и более сложным манипуляциям, таким как завязывание веревки, поворот барного стула или расстилание скатерти. Особенно примечательно, что эти задачи было бы крайне сложно реализовать с помощью традиционных методов программирования роботов, поскольку они связаны с деформируемой геометрией и сложными последовательностями манипуляций.

Где уже сегодня работают человекоподобные роботы?

Какие компании уже используют гуманоидных роботов на практике? Список коммерческих применений пока невелик, но, безусловно, впечатляет. Компания Agility Robotics выступила пионером в этой области со своим роботом Digit. В середине 2024 года компания подписала многолетний контракт с поставщиком логистических услуг GXO. Роботы Digit используются на текстильной фабрике, где они снимают ящики с транспортных стеллажей и устанавливают их на конвейерные ленты.

Компания BMW уже около года тестирует гуманоидных роботов калифорнийской компании Figure на своём заводе в Спартанберге, штат Калифорния. Роботы Figure 02 берут детали из листового металла с транспортной стойки и устанавливают их в приспособление. Mercedes-Benz также тестирует гуманоидных роботов техасской компании Apptronik в своём цифровом производственном кампусе в Берлине и на производственных предприятиях. Роботы Apollo пока выполняют относительно простые задачи: транспортируют компоненты или модули на производственную линию или выполняют первичный контроль качества.

Почему именно автопроизводители являются пионерами?

Что делает автомобильную промышленность идеальным полигоном для испытаний гуманоидных роботов? Отрасль сталкивается с рядом проблем, которые могут решить гуманоидные роботы. Во-первых, острая нехватка квалифицированных рабочих, особенно в физически сложных областях. Во-вторых, современные методы производства требуют большей гибкости, которую не могут обеспечить традиционные стационарные роботы.

Гуманоидные роботы обладают решающим преимуществом: их можно интегрировать в существующие производственные линии без необходимости значительных модификаций. Это особенно ценно в условиях существующих объектов, где требуется автоматизация. Благодаря своей человекоподобной форме роботы могут использовать те же инструменты и рабочие места, что и люди.

Какие проблемы ограничивают его использование?

Почему гуманоидные роботы до сих пор не получили широкого распространения? Главные препятствия кроются в нескольких критически важных областях. Производительность аккумулятора представляет собой фундаментальную проблему. Современные гуманоидные роботы работают от аккумулятора всего от 2 до 4 часов. Для практического использования необходимо увеличить время работы до 4–5 часов с помощью быстрой зарядки в течение одного часа.

Проблема заключается в энергоёмкости вертикального движения. Стояние и устойчивая ходьба в вертикальном положении требуют огромных вычислительных мощностей, что, соответственно, потребляет большое количество энергии. Ходьба на двух ногах менее эффективна, чем перекатывание. У гуманоидного робота весом около 80 кг и объёмом тела 80 литров ограниченное пространство для аккумуляторов, учитывая конечности, двигатели, электронику и конструктивные элементы.

Насколько сложна механическая конструкция?

Что делает разработку гуманоидных суставов такой сложной? У человека 140 настоящих суставов, а с учётом так называемых «ложных» суставов, таких как межпозвоночные диски, их число возрастает до 212. С другой стороны, гуманоидному роботу приходится довольствоваться примерно 48–68 суставами. Это сокращение приводит к снижению подвижности и объясняет, почему даже самые продвинутые роботы кажутся «жёсткими в бёдрах».

Требования к технологиям суставов чрезвычайно высоки. Гуманоидные роботы требуют сверхкомпактной конструкции, объединяющей двигатели, редукторы, приводы, энкодеры и датчики в единый модуль. При этом они должны обладать малым весом, низким энергопотреблением, низким тепловыделением и высокой скоростью реакции. Требования значительно различаются в зависимости от положения в теле: суставы ног должны выдерживать большие нагрузки и создавать высокие крутящие моменты, а суставы рук и запястий должны быть оптимизированы для точности и компактности.

Какие существуют риски безопасности?

Почему безопасность является главным препятствием для массового внедрения гуманоидных роботов? В отличие от традиционных промышленных роботов, работающих в закрытых помещениях, гуманоидные роботы предназначены для непосредственного взаимодействия с людьми. Это создаёт совершенно новые проблемы безопасности.

Важнейшей проблемой является контроль равновесия. Когда робот движется на двух ногах, надёжная система управления должна обеспечивать равновесие. В случае отказа системы управления робот может упасть и травмировать находящихся рядом людей. Гуманоидные роботы часто бывают большими, тяжёлыми и мощными. Без надлежащих мер безопасности они могут непреднамеренно травмировать людей в результате столкновений, раздавливания или падений.

Ситуацию ещё больше осложняет отсутствие общепринятых стандартов безопасности для динамически устойчивых промышленных мобильных роботов. Хотя Международная организация по стандартизации (ИСО) создала комитет для разработки правил безопасности, сами стандарты всё ещё находятся в стадии разработки.

Когда человекоподобные роботы станут экономически выгодными?

Сколько будет стоить гуманоидным роботам коммерчески привлекательная альтернатива? Цены падают значительно быстрее, чем ожидалось. В настоящее время большинство гуманоидных роботов стоят от 200 000 до 250 000 долларов. Член совета директоров Mercedes-Benz по производству Йорг Бурцер заявил: «Затраты будут иметь решающее значение... если они достигнут двузначной суммы в тысячу долларов — что вполне возможно — всё станет очень интересно».

Оптимистичные прогнозы предсказывают значительное снижение затрат. Немецкая консалтинговая компания Nexery ожидает, что к 2030 году средняя цена продажи составит 55 000 долларов. Morgan Stanley прогнозирует, что к 2050 году средняя цена продажи человекоподобного робота снизится до 50 000 долларов, что почти эквивалентно стоимости года человеческого труда в странах с высоким уровнем дохода.

Анализ затрат становится особенно интересным, если учесть общее время работы. Если робот работает две восьмичасовые смены в день, то стоимость робота стоимостью 16 000 долларов США фактически составит менее 2,75 доллара США в час с поправкой на амортизацию за трёхлетний период.

Насколько большим может стать рынок?

Каких экономических результатов может достичь гуманоидная робототехника? Прогнозы значительно различаются, но все они указывают на огромный потенциал роста. По оценкам Morgan Stanley, к 2050 году объём рынка гуманоидных роботов может достичь 5 триллионов долларов, включая связанные с ними цепочки поставок, а также услуги по ремонту, обслуживанию и поддержке. К 2050 году в эксплуатации может находиться более 1 миллиарда гуманоидных роботов.

Самый амбициозный прогноз исходит от генерального директора Tesla Илона Маска, который предсказывает, что к 2040 году в мире будет десять миллиардов человекоподобных роботов — это больше, чем 9,2 миллиарда человек, которые, по прогнозам ООН, будут жить на Земле в 2040 году. В начале 2024 года Goldman Sachs прогнозировал, что к 2035 году объем рынка составит 28 миллиардов долларов — это в шесть раз больше предыдущей оценки.

Новое измерение цифровой трансформации с «Управляемым ИИ» (искусственным интеллектом) – платформа и решение B2B | Xpert Consulting - Изображение: Xpert.Digital

Здесь вы узнаете, как ваша компания может быстро, безопасно и без высоких барьеров для входа внедрять индивидуальные решения на основе ИИ.

Управляемая платформа ИИ — это ваш комплексный и простой в использовании пакет решений для искусственного интеллекта. Вместо того, чтобы разбираться со сложными технологиями, дорогостоящей инфраструктурой и длительными процессами разработки, вы получаете готовое решение, адаптированное под ваши потребности, от специализированного партнера — часто в течение нескольких дней.

Краткий обзор основных преимуществ:

⚡ Быстрое внедрение: от идеи до внедрения в эксплуатацию — всего за несколько дней, а не месяцев. Мы предлагаем практичные решения, которые приносят мгновенную пользу.

🔒 Максимальная безопасность данных: Ваши конфиденциальные данные остаются у вас. Мы гарантируем безопасную и соответствующую требованиям обработку данных без передачи третьим лицам.

💸 Отсутствие финансового риска: вы платите только за результат. Высокие первоначальные вложения в оборудование, программное обеспечение или персонал полностью исключены.

🎯 Сосредоточьтесь на своей основной деятельности: сосредоточьтесь на том, что у вас получается лучше всего. Мы возьмём на себя всю техническую реализацию, эксплуатацию и обслуживание вашего ИИ-решения.

📈 Перспективность и масштабируемость: ваш ИИ растёт вместе с вами. Мы обеспечиваем постоянную оптимизацию и масштабируемость, а также гибко адаптируем модели к новым требованиям.

Подробнее об этом здесь:

• Управляемое решение на основе ИИ — промышленные услуги ИИ: ключ к конкурентоспособности в секторах услуг, промышленности и машиностроения

Какие страны лидируют в развитии?

Где находятся центры инноваций в области гуманоидной робототехники? Наблюдатели рынка считают США и Китай явными лидерами. Международная федерация робототехники насчитывает 46 компаний по всему миру, разработавших гуманоидных роботов с ногами: восемь в Северной Америке, 21 в Китае и шесть в Японии и Корее.

В Китае правительство много лет назад поставило чёткие цели развития этой области и оказывает отрасли существенную поддержку. В США огромные суммы венчурного капитала вкладываются в стартапы в области робототехники. Также наблюдается большой интерес к их использованию в военных и охранных целях, что привело к значительному финансированию со стороны DARPA и Министерства обороны США.

Подходит для:

• Конец автоматизации? Больше, чем просто машины: узнайте, как роботы думают, чувствуют и работают независимо

Какую роль играет Германия в гуманоидной робототехнике?

Сможет ли Германия догнать её в области гуманоидной робототехники? Единственным немецким игроком, добившимся значительных успехов в этой области, является компания Neura Robotics из Метцингена, недалеко от Штутгарта. Основанная в 2019 году, компания специализируется не столько на гуманоидных роботах, сколько на «когнитивных роботах». Из пяти роботов в её программе только один является гуманоидом.

Немецкий исследовательский центр искусственного интеллекта (DFKI) активно работает над будущим гуманоидной робототехники. Исследовательский отдел систем искусственного интеллекта для обучения роботов (SAIROL) разрабатывает алгоритмы управления, основанные на самообучении, для гуманоидных роботов. Центр инноваций в области робототехники DFKI в Бремене исследует инновационные методы безопасного и самообучающегося управления роботами.

Каковы основные области применения?

В каких областях гуманоидные роботы найдут своё применение в первую очередь? Первые коммерческие применения будут сосредоточены в логистике и производстве, где задачи носят повторяющийся и структурированный характер. Более 90% гуманоидных роботов, прогнозируемых к 2050 году, будут использоваться в промышленности и коммерческих целях, а менее 10% — в домашних хозяйствах.

В производстве человекоподобные роботы могут выполнять широкий спектр задач: управление станками, загрузка производственных линий, транспортировка заготовок между рабочими станциями, сборочные работы, загрузка и разгрузка станков, сварка, завинчивание, полировка и шлифовка, склеивание и дозирование, осмотр и контроль качества, а также покрасочные работы.

Как меняется способ работы с детерминированного на автономный?

Что означает смена парадигмы от детерминированной к автономной робототехнике? В то время как движения традиционных роботов запрограммированы до мельчайших деталей, гуманоидные роботы способны воспринимать и анализировать окружающую среду и, по крайней мере, в определённых пределах, принимать самостоятельные решения о своих действиях.

Эта трансформация применима не только к гуманоидным роботам, но и к стационарным или колёсным роботам. ИИ изначально независим от конструкции и может использоваться в различных «воплощениях». Тем не менее, гуманоидные роботы обладают уникальными преимуществами благодаря своей универсальности и способности адаптироваться к человеческой среде.

Какие существуют альтернативные концепции?

Всегда ли две ноги — лучшее решение? Многие разработчики и пользователи задаются вопросом, действительно ли двуногий робот — оптимальное решение, или же четырёхногий может быть более подходящим. Четвероногие роботы уже используются продуктивно: робот-собака «Спот» от Boston Dynamics уже некоторое время бродит по заводам Audi и BMW, сканируя оборудование и создавая цифровые двойники заводов.

Компания Apptronik разработала своего робота Apollo по модульному принципу. В зависимости от сферы применения заказчик может установить торс на подвижной колёсной базе или на стационарной. Эта гибкость показывает, что не для всех задач требуется полностью гуманоидный робот.

Какие отрасли будут преобразованы в первую очередь?

Где трансформация, вызванная человекоподобными роботами, будет ощущаться быстрее всего? Логистическая отрасль находится в авангарде. GXO Logistics, один из крупнейших в мире поставщиков услуг контрактной логистики, рассматривает человекоподобных роботов как потенциальное решение проблемы нехватки рабочей силы и спроса на адаптивную автоматизацию. Роботы берут на себя выполнение повторяющихся, физически сложных задач, освобождая людей для более безопасной и творческой деятельности.

В автомобильной промышленности BMW, Mercedes-Benz и другие производители демонстрируют, как гуманоидные роботы могут быть интегрированы в существующие инициативы iFactory. Эта стратегия цифрового производства направлена ​​на повышение эффективности, устойчивости и гибкости производства.

Каковы долгосрочные общественные последствия?

Как гуманоидные роботы изменят мир труда? Хотя автоматизация потенциально может привести к сокращению 85 миллионов рабочих мест к 2025 году, она одновременно создаст 97 миллионов новых рабочих мест, многие из которых связаны с управлением и обслуживанием роботов. В обрабатывающей промышленности к 2030 году 2,1 миллиона рабочих мест могут остаться вакантными, при этом обслуживание и программирование роботов станут одними из самых востребованных профессий.

Гуманоидные роботы не просто устраняют рабочие места, а меняют их. Они берут на себя выполнение обычно опасных, повторяющихся и физически сложных задач, переводя людей на более ценные должности, такие как программирование роботов, техническое обслуживание, оптимизация процессов и контроль качества.

Какие этические вопросы возникают?

Какие социальные и этические соображения необходимо учитывать? Ключевой вопрос заключается в том, что именно общество в конечном итоге хочет «позволить» технологии и какие рамки оно для неё устанавливает. Внедрение гуманоидных роботов требует тщательного анализа гарантий занятости и принятия рабочей силы.

Использование роботов в частных домах и при уходе за пожилыми людьми требует особой осторожности. Из соображений безопасности гуманоидные роботы будут попадать в эти зоны только на завершающих этапах разработки. Один из экспертов заявил: «Пока не будет доказано, что гуманоидный робот никогда не упадёт на ребёнка, он не будет работать и в домашних условиях».

Как развиваются производственные мощности?

Когда гуманоидные роботы поступят в продажу в больших количествах? Первые производители уже разрабатывают планы серийного производства. Компания Figure объявила о планах создания завода по производству роботов, где будут производиться гуманоидные роботы. На старте серийного производства мощность составит 12 000 роботов в год.

Компания Apptronik заключила партнерство с контрактным производителем Jabil из Флориды, который теперь будет производить роботов Apollo по всему миру. Tesla ставит амбициозные производственные цели: внутренние планы по выпуску около 10 000 роботов Optimus должны быть реализованы в 2024 году, а серийное производство версии 2 мощностью 10 000 роботов в месяц запланировано на 2025 год.

Что определяет успех или неудачу?

Какие факторы определят широкое внедрение гуманоидных роботов? Успех зависит от решения ряда критически важных задач. С технической точки зрения, необходимо добиться прогресса в области прочности, устойчивости, энергоснабжения, управления двигателями и искусственного интеллекта. С экономической точки зрения, для достижения экономии за счёт масштаба необходимо продолжать снижать издержки и увеличивать объёмы производства.

Решающее значение будут иметь нормативные стандарты безопасности и правовая база. Необходимо добиться общественного признания новых технологий. Значительная часть разработок осуществляется внутри технологических компаний, что требует огромных инвестиций, значительно превышающих государственные. Это приводит к отсутствию прозрачности и затрудняет реалистичную оценку реального прогресса.

Чем гуманоиды отличаются от традиционных промышленных роботов?

Чем конструктивно гуманоидные роботы отличаются от традиционных систем автоматизации? Традиционные промышленные роботы оптимизированы для решения конкретных задач и имеют значительно меньше сочленений, что делает их более простыми в управлении, быстрыми и надежными. Поэтому они и впредь будут основой автоматизации для производственных задач, требующих высокой скорости и точности.

С другой стороны, гуманоидные роботы — универсалы. Их сила заключается не в скорости или точности выполнения отдельных задач, а в их универсальности и адаптивности. Теоретически они могут выполнять любую задачу, которую может выполнить человек, хотя, возможно, медленнее или с меньшей точностью. Эта гибкость делает их особенно ценными в динамичных средах с часто меняющимися требованиями.

Какие технологические прорывы еще ожидаются?

Какие инновации могут обеспечить окончательный прорыв? Твердотельные аккумуляторы обещают более высокую плотность энергии, повышенную безопасность и более длительный срок службы по сравнению с традиционными литий-ионными аккумуляторами. Эта технология может решить проблему плотности энергии и позволить гуманоидным роботам работать дольше.

В области актуаторной техники разрабатываются новые концепции шарниров, такие как привод Архимеда, который обещает высокие крутящие моменты при компактной конструкции и бесшумной работе. Достижения в материаловедении могут позволить создавать более лёгкие и прочные компоненты.

Насколько реалистичны оптимистичные прогнозы?

Реалистичны ли прогнозы на триллионы долларов или преувеличены? Мнения экспертов разделились. С одной стороны, технические проблемы, выходящие за рамки технических демонстраций, всё ещё значительны. С другой стороны, разработки ускоряются в геометрической прогрессии благодаря огромным частным инвестициям и конкуренции между технологическими гигантами.

Более широкое промышленное применение ожидается не ранее, чем через пять-десять лет. Для снижения затрат необходимо увеличение объёмов производства. Ожидается, что внедрение гуманоидных роботов будет происходить относительно медленно до середины 2030-х годов, ускоряясь в конце 2030-х и в 2040-х годах.

Что это означает для будущего сферы труда?

Как будет развиваться взаимодействие человека и робота? Будущее — не в замене людей роботами, а в разумном сотрудничестве. Гуманоидные роботы будут дополнять человеческие навыки, а не заменять их. Они будут выполнять физически сложные, повторяющиеся или опасные задачи, в то время как люди смогут сосредоточиться на творческой, стратегической и межличностной деятельности.

Это развитие требует масштабных инвестиций в переподготовку и непрерывное образование. Компании, внедряющие гуманоидных роботов, сообщают о среднем росте расходов на обучение сотрудников на 35%. Появляются новые профессии: инструкторы и супервайзеры роботов, специалисты по техническому обслуживанию, проектировщики процессов и специалисты по креативному решению задач.

Гуманоидная робототехника переживает переломный момент. Хотя техническая основа заложена, а первые коммерческие внедрения демонстрируют возможности, остаются ещё серьёзные проблемы. Успех будет зависеть от того, сумеет ли отрасль найти баланс между техническими инновациями, коммерческой жизнеспособностью, нормативной определённостью и общественным признанием. Следующие пять-десять лет будут иметь решающее значение для определения того, займут ли гуманоидные роботы всё пространство вокруг человека или пока останутся нишевой технологией.

☑️ Поддержка МСП в разработке стратегии, консультировании, планировании и реализации.

☑ Создание или перестройка стратегии ИИ

☑️ Пионерское развитие бизнеса

Konrad Wolfenstein

Буду рад стать вашим личным консультантом.

Вы можете связаться со мной, заполнив контактную форму ниже, или просто позвонить мне по телефону +49 89 89 674 804 (Мюнхен) .

Я с нетерпением жду нашего совместного проекта.

Xpert.Digital — это промышленный центр с упором на цифровизацию, машиностроение, логистику/внутреннюю логистику и фотоэлектрическую энергетику.

С помощью нашего решения для развития бизнеса на 360° мы поддерживаем известные компании, начиная с нового бизнеса и заканчивая послепродажным обслуживанием.

Аналитика рынка, маркетинг, автоматизация маркетинга, разработка контента, PR, почтовые кампании, персонализированные социальные сети и привлечение потенциальных клиентов являются частью наших цифровых инструментов.

Дополнительную информацию можно узнать на сайте: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus