Как роботы будут взаимодействовать с людьми: интервью с Романом Мещеряковым.

— Роман Валерьевич, вы являетесь экспертом в области «киберфизических систем». Можете объяснить, что это такое?

— Киберфизические системы (КФС) представляют собой сложные организационно-технические системы, которые работают в физической среде. Они включают в себя вычислительные системы, которые собирают, обрабатывают и предоставляют информацию. Кроме того, они обладают функциями сенсорного восприятия и воздействия на физическую среду.

Среди известных примеров можно упомянуть IoT (Internet of Things) — «интернет вещей». Эта технология уже существует достаточно долго и включает в себя грид-системы (от англ. grid — решетка), промышленный интернет (Industrial Internet) и «умный дом» (Smart Home). В нашем веке активно развивается концепция IoE (Internet of Everything) — «интернет всего». 

Носимая электроника на «умной одежде» также является киберфизической системой. «Умная больница», «умная теплица» — всё это «умное». Существуют также расширения киберфизических систем, такие как социокиберфизическая система, в которой человек выступает как субъект и объект управления.

В нашей лаборатории мы изучаем различные аспекты теории и практики киберфизических систем и работаем в трех основных направлениях. 

Первое направление — робототехнические комплексы с различным базированием и средой перемещения (земля, воздух, вода, космос), которые функционируют в группах и взаимодействуют друг с другом. На борту летательного аппарата (хотя это могут быть и наземные, водные или подводные аппараты) располагается несколько вычислительных систем, которые создают единую вычислительную среду. Они могут работать как автономно, так и в группах. Объектами исследования являются методы и алгоритмы управления, взаимодействия, коммуникации, распределения задач и др.

Второе направление — эргатические системы, в которых присутствует человек. При решении таких задач мы определяем роль человека: что он должен делать, а что — робот (автоматизированная и (или) информационная система). Человек не только принимает решения, но и выполняет задачи, назначенные техническими средствами (в частности, роботами). Очень важно, чтобы человек имел визуальное представление данных и знаний, а также возможность их согласованной обработки.

Третье направление — кибербезопасность, то есть обеспечение безопасного функционирования киберфизических систем в различных условиях. Кроме обеспечения конфиденциальности и целостности информации при передаче и взаимодействии, особое внимание нужно уделять поддержанию доступности — чтобы информация между субъектами передавалась в соответствии с временными требованиями, необходимыми для выполнения функций системы.

— Можете рассказать, где находятся наши разработки в этой области на мировой карте? Насколько мы конкурентоспособны?

— В области человеко-машинного взаимодействия мы однозначно находимся на переднем крае науки. В сфере биоинтерфейсов, которые позволяют общаться человеку с компьютером не только через голос, текст и другие методы, но и с помощью биологических сигналов, получаемых от человека, наши исследования и разработки ценятся за границей. 

Мы проводим передовые исследования в области распределения задач между человеком и роботом. Как сейчас работают робототехнические системы? Либо работает робот, либо человек — последовательно по времени или параллельно в различных пространствах. Задачи жестко распределены, и их объединение (смешение) не допускается. Когда люди и роботы пересекаются в одном небольшом пространстве одновременно, возникают вопросы предсказания и прогнозирования поведения робота. Какой сценарий поведения ему следует выбрать? 

В области человеко-машинного взаимодействия мы однозначно находимся на переднем крае науки. За границей наши исследования и наработки высоко ценятся.

Например, в России в настоящее время запрещено одновременное нахождение беспилотных и пилотируемых летательных аппаратов в одном воздушном пространстве. Однако мы понимаем, что через некоторое время роботы станут частью нашего окружения так же, как смартфоны и умные устройства. В области распределения и взаимодействия у нас есть разработки мирового уровня. Мы также имеем хорошие наработки в области доступности киберфизических систем, обеспечения телекоммуникационных требований в различных шумовых условиях, повышения надежности каналов связи и представления информации для человека.

Недостаток вычислительных ресурсов и особенности электронной компонентной базы заставляют нас глубже прорабатывать модели и алгоритмы поведения. У нас сильные математические традиции, и мы способны разрабатывать методы и модели. Проблемы с российской элементной базой одновременно являются и ее преимуществом. 

Как в 1990-е годы, когда с вычислительной техникой у нас было не очень хорошо, мы решали проблемы за счет создания эффективного программного и алгоритмического обеспечения. Это стало причиной взрывного роста математических и программистских школ в области вычислительных систем. 

За границей было проще написать программу за пять минут, которая решала задачу за час, в то время как мы тратили час на написание программы, которая решала задачу за пять минут. В настоящее время мы возвращаемся к этому подходу. Сложности с материально-техническим обеспечением не позволяют нам в полной мере отвлекаться и реализовывать все наши идеи, поэтому мы вынуждены продумывать и реализовывать только перспективные решения. Некоторые классы задач невозможно решить даже с использованием передовых средств, включая нейроморфные или квантовые компьютеры. Так, например, NP-полные задачи мы решаем с помощью метаэвристик. 

— Можете привести примеры таких решений, которыми мы можем гордиться?

— Первое, что приходит на ум, это управление группой беспилотных летательных аппаратов для решения сложных задач. В зависимости от окружающей среды и внутреннего состояния БПЛА они могут перераспределять свои функции. Первая задача — сформировать такую группу. Вторая задача — поддерживать ее актуальность во время работы, поскольку могут возникнуть нештатные ситуации: разрядка батареи, поломка (например, сломанный винт) или изменения погодных условий. Мы умеем это делать, и это определенно одна из самых передовых технологий, которые существуют. 

Второе — различные виды интерфейсов управления, использующие биологические сигналы, включая электроэнцефалографию (ЭЭГ). Эти исследования мы проводим совместно с нашими партнерами — Воронежским государственным университетом, Институтом медико-биологических проблем РАН, Научно-исследовательским испытательным центром подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина, МФТИ и другими.

— Откуда берутся задачи и как они развиваются?

— Задачи формируются на основе реальных жизненных ситуаций, того, как развиваются технологии и куда движется мир. Изначально это могут быть поисковые или прикладные задачи, но из них вырастают фундаментальные задачи, требующие глубокой разработки математических, модельных, методических и алгоритмических основ, а также создания новых энергетических и двигательных решений, а также решения других физических проблем (как частей физического мира киберфизических систем). 

Наша главная цель — сделать жизнь человека лучше. Не просто легче, а именно лучше. Социальная сфера требует, чтобы с увеличением продолжительности жизни робот (или другая технология) стал помощником человека в его повседневных задачах. 

Нельзя не отметить роль технологий искусственного интеллекта, необходимых для реализации функций, чтобы система работала максимально понятно для человека. Пользователь хочет понимать, что произойдет в следующий момент, и только тогда он сможет доверять системе. 

Наша главная цель — сделать жизнь человека лучше. Не просто легче, а именно лучше.

В лаборатории выполняется ряд грантов РНФ, которые определяют фундаментальные основы построения элементов киберфизических систем, таких как смешанные команды, биологические интерфейсы, роботизированные медицинские системы, обеспечение кибербезопасности в киберфизических системах, визу