Адаптация роботов на производстве выходит на новый уровень. Американский проект создания новых производств ищет свои преимущества перед конкурентами

Новый способ обучения заводских роботов может революционизировать методы производства беспилотных летательных аппаратов и другого оружия военными, что позволит наладить крупномасштабное производство вблизи линии фронта. И помимо поля боя, это показывает возможный путь продвижения вперед в следующую эру производства, что является центральной темой конкуренции между Соединенными Штатами и Китаем, которую Национальная оборонная стратегия называет “опережающим вызовом”.

В статье, опубликованной в январском номере Международного журнала экстремального производства (International Journal of Extreme Manufacturing), излагается трансформационное видение аддитивного производства, управляемого искусственным интеллектом, или AAM. Современные заводские роботы способны выполнять только определенное количество жестких движений, их трудно адаптировать к новым задачам, и они требуют узкоспециализированных мест на производственных площадях. Они не могут видеть, когда их неправильно выстраивают в линию или когда они допускают ошибки. Новая система, разработанная международной командой исследователей из Калифорнийского государственного университета в Нортридже, Национального университета Сингапура, Лаборатории реактивного движения НАСА и Университета Висконсин—Мэдисон, использует высококвалифицированных инженеров для обучения роботов гораздо более полному спектру движений, сходных с человеческими, что позволяет им: воспринимают и (на базовом уровне) понимают, что они делают. В сочетании с технологией 3D-печати эта платформа открывает возможность для комплексного производства электроники, например, небольших беспилотных летательных аппаратов, которые меняют облик поля боя.

Но это также затрагивает ключевой вопрос, лежащий в основе всеобъемлющей борьбы за власть между Соединенными Штатами и Китаем: как увеличить производственную мощь США? До того, как президент Дональд Трамп сделал восстановление производства основным направлением своей президентской деятельности, Белый дом Байдена предпринял ряд различных политических шагов с той же целью, включая использование более низких и постепенных тарифов, сопровождаемых грантами и другими стимулами. Пентагон выступил с несколькими инициативами по реорганизации производства таких товаров, как микроэлектроника, ссылаясь на доминирование Китая в этих секторах как на стратегическую проблему. Закон о чипах и науке от 2022 года, который предусматривает выделение более 52 миллиардов долларов на отечественное производство полупроводников, отражает признание обеими партиями того факта, что промышленный потенциал лежит в основе военной и экономической мощи.

Без надежного внутреннего доступа к критически важным технологиям США рискуют столкнуться с задержками в эксплуатации, скомпрометировать системы вооружений и ослабить потенциал сдерживания в будущих конфликтах. Но Соединенные Штаты испытывают острую нехватку квалифицированных работников для достижения этих целей. И такие институты, как NIST, а также руководители отрасли прогнозируют, что даже при государственных инвестициях на создание такой рабочей силы уйдет не менее семи лет. Министр торговли Говард Лютник (Howard Lutnik) заявил в этом месяце, что робототехника и автоматизация могут сыграть ключевую роль в возрождении промышленного производства в США. Несколько американских робототехнических компаний настаивают на разработке национальной стратегии по продвижению автоматизации производства. Однако нынешнее состояние заводской робототехники не оправдывает надежд на быстрый переход к автоматизации производства. В отчете Boston Consulting Group за 2019 год отмечается очевидное: производственным роботам не хватает адаптивности и ловкости людей-работников, а роботам не хватает способности решать проблемы, которые по-прежнему являются ключевыми для реального производства товаров. С 2019 года ситуация мало изменилась, о чем свидетельствуют споры и смущающие публичные демонстрации робота Optimus, разработанного Tesla. Вопросы о том, действительно ли Оптимус автономен или это просто сложная марионетка, управляемая человеком, указывают на большую неопределенность в отношении того, как именно создавать по-настоящему гуманистических роботов. Вот почему эта новая статья так важна.

Традиционные методы производства, даже роботизированные, “требуют большого количества хорошо подготовленных инженеров”, — говорит соавтор Бинбин Ли из Калифорнийского государственного университета в Нортридже. И даже самые совершенные 3D-принтеры часто требуют ручного ввода данных для проектирования, выбора технологического процесса или последующей обработки.

Концепция AAM компании paper включает в себя полную автономию: от компьютерной подготовки проектной модели и раскроя до планирования, оптимизации процессов и послепечатной обработки — все это управляется парком сотрудничающих роботов или беспилотных летательных аппаратов. Эта интеграция будет особенно важна для производства в космосе, отсюда интерес и поддержка со стороны НАСА. Ли сказал, что он также поддерживает контакты с военными подрядчиками и управлением эксплуатационных испытаний и оценки Министерства обороны по проекту, связанному с обороной, который может начаться в мае, если будут получены окончательные разрешения. AAM в значительной степени опирается на то, что авторы называют сенсорно-интегрированным дизайном: использование множества датчиков видимого света, тепла и других явлений для создания своего рода восприятия в программном “мозге”. Этот мозг, который отличает завтрашних заводских роботов от сегодняшних, будет состоять из четырех уровней: “слой знаний”, лежащий в основе модели, собирает данные с датчиков, симуляций и прошлых операций. “Уровень генерирующих решений” использует инструменты искусственного интеллекта, такие как большие языковые модели и графики знаний, для моделирования процесса принятия решений. “Операционный уровень” реализует решения, касающиеся аппаратного обеспечения, программного обеспечения и роботизированных систем, а “когнитивный уровень” наделяет машины свободой действий, позволяя им рассуждать, действовать и даже размышлять.

Ли сказал, что эксперты-люди по-прежнему будут играть решающую роль в этом процессе, но они будут больше похожи на руководителей, чем на операторов. Вместо того чтобы выполнять ручные задачи, выходящие за рамки компетенции робота, человек будет помогать роботам разрабатывать, совершенствовать и апробировать способы борьбы с неожиданностями. В идеале ИИ должен стать достаточно умным, чтобы действительно задуматься о том, как улучшить человеческие проекты с помощью того, что авторы называют “инструментами генеративного проектирования”, включая диффузионные модели, 3D-реконструкцию и поля нейронного излучения. Нерфы экстраполируют глубину и объем изображений точно так же, как это делает мозг, чтобы автоматизировать проектирование и создание 3D-объектов по простым эскизам или фотографиям. “Эти достижения открывают путь для создания 3D-контента, потенциально приближая нас к реализации принципа ”Что вы думаете, то и получаете"", — пишут авторы. “Исследуя обширные дизайнерские возможности, эти инструменты создают инновационные решения, которые традиционные методы могут не учитывать”. В военном контексте это означает, что солдат в полевых условиях может отсканировать сломанную деталь, а система, усовершенствованная искусственным интеллектом, может перепроектировать и напечатать замену с минимальным контролем — возможность, которая может значительно сократить потребности в персонале и материально—техническом обеспечении на фронте.

Министерство обороны, включая DARPA, уделяет все большее внимание безопасному, масштабируемому производству по требованию в сложных логистических условиях. Метод AAM — производства с замкнутым циклом, использующий множество датчиков и передающий данные в многоуровневую интеллектуальную систему, — предлагает план не только для более интеллектуального производства, но и для гибких, адаптивных производственных возможностей, которые могут изменить направление развития промышленности. Но, помимо баз, рамочная программа показывает путь к возвращению производства в Соединенные Штаты. Это имеет значение для более широкой конкуренции с Китаем, который использует свой промышленный потенциал не только для достижения экономического господства, но и для производства огромных запасов оружия.