«Трал Патруль»: автономный охранный робот

В описании, разумеется, присутствует изрядная доля шутки. Эти люди — никакая не шайка, а коллектив технологической компании «СМП-Роботикс», давно работающей на рынке охранных систем видеонаблюдения (хотя все ее ключевые лица действительно очень молоды и невероятно талантливы). И они, кроме шуток, производят одного из самых продвинутых роботов в мире.

Робот «Трал Патруль», призванный заменить собою обычных живых охранников, способен контролировать территорию 24 часа в сутки. Он состоит из автономной самодвижущейся платформы SRX и следящей камеры с углом обзора 360 градусов. Роботу особенно хорошо удается патрулировать территории, на которых не должно быть посторонних, — заводы, электростанции, промышленные объекты. Во время работы он не требует какого-либо внимания со стороны оператора и, лишь обнаружив присутствие человека, включает режим слежения и передает сигнал на пульт. Такие машины уже трудятся на олимпийской стройке в Сочи.

То, что делает робота по-настоящему уникальным, — это система визуальной ориентации, на которую машина полагается целиком и полностью. «Трал Патруль» способен автономно передвигаться по маршруту, объезжать препятствия, в том числе возникающие внезапно, избегать столкновений с людьми и даже самостоятельно принимать решение об изменении маршрута по мере необходимости — к примеру, если нужно преследовать злоумышленника.

Робот видит мир перед собой примерно так же, как человек, — с помощью двух видеокамер, расставленных на некотором расстоянии друг от друга. И благодаря сложнейшей программе он умеет понимать и интерпретировать то, что видит. Анализируя контрастные участки изображения, робот выделяет на них отдельные объекты. Опираясь на разницу между левой и правой картинкой, он делает выводы о размерах объектов и расстоянии до них.

Маршрут для робота не программируется и не рисуется на карте. В качестве первого знакомства оператор просто проводит машину по патрулируемой местности на радиоуправлении. Анализируя изображение с камер, робот выделяет для себя опорные точки, визуальные ориентиры на маршруте. После первой же прогулки «за ручку» «Трал Патруль» готов выходить на работу самостоятельно.

Здесь-то и начинается самое интересное. С первого и до последнего дня робот учится. Каждый раз, проходя по маршруту, он запоминает его изменения, вновь записывая опорные точки. Облик маршрута не может измениться резко: смена дня и ночи, приход зимы, первый снег, даже ремонт дороги протекают плавно, чтобы «ученик» успевал отыскивать в картинке знакомые ориентиры и записывать в память новые. «Опытный» робот поделится знаниями с новичками: чтобы обучить новых патрульных всем премудростям, достаточно скопировать базу данных с одной машины на другие.

Описанный выше подход к автономному передвижению уникален. «Обычно для сканирования местности перед машиной применяются лидары (сканирующие лазеры), — говорит гендиректор "СМП-Роботикс" Алексей Полубояринов, — однако лидар с необходимыми характеристиками стоит более $30 000, при этом в дождь он оказывается абсолютно бесполезен. Некоторые производители используют для ориентирования высокоточный GPS, но в условиях плотной городской застройки или в лесу среди деревьев его точность падает ниже допустимого уровня. Еще более сложный и ненадежный путь — разметка маршрута радиометками. Ведь малейшее неожиданное препятствие в этом случае заставит робота полностью потеряться в пространстве».

На самом деле видеокамеры — не единственные органы чувств охранного робота. У него есть инерциальные датчики, то есть акселерометры и счетчики оборотов колес. Инерциальная и визуальная системы ориентирования дополняют друг друга. «Вестибулярный аппарат» машины постоянно накапливает погрешность, однако визуальные ориентиры помогают ее нивелировать. С другой стороны, инерциальные датчики помогают роботу не растеряться, если маршрут вдруг станет выглядеть по-другому — к примеру, выпадет снег, уедут ранее припаркованные машины, загорятся уличные фонари.

Очевидно, что главное ноу-хау «СМП-Роботикс» — сложнейший алгоритм интерпретации видеоизображения. В систему управления роботом входит несколько вычислителей. Один из них отвечает за обработку картинки: фильтрацию, повышение четкости, сопоставление контрастных объектов, оценку их достоверности (исключение ложных сопоставлений) и создание карты глубин. Схема построения пути проезда, основанная на 16-ядерном процессоре с параллельной архитектурой, позволяет сравнять частоту выдачи управляющих сигналов с частотой кадров 25 Гц. Кстати, именно скорость вычислений, а вовсе не возможности шасси определяет максимальную скорость движения машины. На сегодняшний день она составляет 7 км/ч.

Отдельный контроллер отвечает за управление силовой установкой. Это малошумные электродвигатели (маршевый и рулевой) и железо-фосфатные аккумуляторы, заряда которых хватает на 40 км пробега при температуре -10°С. «Если предположить режим, при котором 5-минутные перегоны между наблюдательными пунктами чередуются с 10-минутным сканированием местности, то робот может работать 16 часов без подзарядки», — поясняет Алексей Полубояринов. Возможен и более равномерный режим — два часа зарядки через каждые 25 км пробега.

Кстати, опционально на «Трал Патруль» может быть установлена система беспроводной индукционной зарядки. В этом случае робот будет самостоятельно приезжать на зарядную станцию по мере необходимости. Опция особенно полезна в труднодоступных местах со сложными климатическими условиями.

Наконец, камера слежения, установленная на железном патрульном, также имеет собственную вычислительную систему. Она способна распознавать человека и удерживать его в поле зрения, передавая картинку на пульт охраны по Wi-Fi или GPRS.

120-килограммовая машина построена на стальной пространственной раме и не лишена некоторых внедорожных способностей. Она передвигается как по асфальту и тротуарной плитке, так и по грунтовым парковым дорожкам с высокими корнями, и по 10-сантиметровому снегу. Зимой машине могут понадобиться шипованные шины. Подвеска робота весьма сложна и тонко настроена. Система визуального ориентирования довольно плохо переносит вибрации, поэтому машине необходим действительно мягкий ход.

Стеклопластиковый кузов патрульного производится на предприятии НПО «Стеклопластик» недалеко от Зеленограда. Он достаточно прочен, чтобы перетерпеть град или выдержать падение веток с деревьев. Вандализм или попытки хищения роботу практически не угрожают: ведь изображение с видеокамер передается на пульт охраны и записывается высококачественным видеорегистратором. «Закон запрещает ставить на машину устройства, позволяющие ей самостоятельно защищаться от людей, — говорит Алексей, — но светошумовая граната или баллончик со слезоточивым газом, срабатывающие по удаленной команде оператора, допустимы».

«СМП-Роботикс» — это не только ноу-хау, это еще и здоровый бизнес. Алексей Полубояринов с удовольствием делится стратегическими планами, которые учитывают и потребности будущих заказчиков, и конъюнктуру рынка, и даже выращивание новых гениев из студентов родного МИЭТа.

Предсерийные образцы «Трал Патруль» уже находят своих покупателей в разных уголках России. В начале января будет запущено серийное производство в Твери, и это позволит снизить стоимость робота с нынешних 2 млн рублей до менее миллиона. По расчетам Алексея, охранник (включая налоги, социальное страхование, премии, отпускные) обходится предприятию в среднем в 900 000 рублей в год.

А на опытном производстве компании, где мы и побывали, по-прежнему кипит работа. На стеллажах мы насчитали около десятка различных рам и кузовов, видели несколько прототипов, в том числе с гусеничным движителем. И конечно же — неизменный блеск в глазах инженеров и программистов. Сейчас они работают над более крупной внедорожной версией охранного робота с полным приводом и шинами низкого давления. Ее назначение — патрулирование газопроводов, которые по большей части пролегают вдали от цивилизации.

Кроме того, автономная платформа SRX, на которой построен «Трал Патруль», годится не только для охраны. Ее модификации способны транспортировать до 50 кг полезной нагрузки и работать в торговле, рекламе, образовании и в сфере развлечений. Мы же надеемся, что «Трал Патруль» снимется в большом кино, главные герои которого будут похожи на молодых и талантливых инженеров из Зеленограда.