Как «Сколтех» и MIT разрабатывают конкурента многорукого робота Apple

Материал написан при поддержке Сколтех

Интервью с аспирантом «Сколтеха» Дмитрием Мироновым о проекте автоматизированной системы разборки смартфонов и сотрудничестве с MIT.

«Сколтех» — молодой вуз, с самого основания сотрудничающий с Массачусетским технологическим институтом (MIT). На первой фазе преподаватели MIT помогали в разработке курсов и научных программ «Сколтеха», отборе профессоров.

Ядром сотрудничества между вузами стала грантовая программа The Next Generation Program. О взаимодействии по проекту «умной» автоматизированной системы разборки смартфонов рассказал аспирант лаборатории интеллектуальной космической робототехники «Сколтеха» Дмитрий Миронов.

Расскажите о себе — как вы попали в «Сколтех» и стали работать с MIT?

Мне 22 года, я закончил 57 математическую школу в Москве. После этого поступил в Физтех (МФТИ) на факультет общей прикладной физики. До третьего курса я верил, что буду теоретиком в области элементарных частиц, но потом понял, что хочу что-то делать руками и видеть результат своей работы, желательно в реальном мире.

Поэтому я стал экспериментатором в сфере физики элементарных частиц, занялся разработкой устройств с новым типом фотодетекторов — кремниевыми фотоумножителями. Это новый тип фотодетекторов, который придумали в России. Сейчас они используются во многих установках — например, в экспериментах ЦЕРН в Большом адронном коллайдере. Эти фотоумножители измеряют количество света, которое оставляют частицы и тем самым определяют их энергию.

Чуть позже я стал сотрудником ЦЕРНа, поработал там, участвовал в научных конференциях, сотрудничал с лабораторией DESY в Гамбурге, вел научную деятельность под руководством Михаила Владимировича Данилова (ученый в области физики элементарных частиц, доктор физико-математических наук, академик РАН — vc.ru). Но уже в магистратуре я понял, что моя группа уходит скорее в теорию. Мне же хотелось заниматься другим, работать с оборудованием.

В итоге я решил, что робототехника — это мой вариант. Пообщался со знакомыми и выбрал «Сколтех», потому что здесь в лаборатории робототехники есть современное оборудование, с которым мне хотелось иметь дело.

Когда я поступил, оказалось, что профессор Дмитрий Тетерюков, руководитель лаборатории робототехники в Сколтехе, активно ищет новых аспирантов для большого проекта, под который уже получили совместный грант с MIT.

Что это за большой проект и чем он интересен?

В мире больше двух миллиардов различных смартфонов, ежегодно производится еще 1,5 млрд таких устройств. Лишь малая часть из них — около 11% — перерабатываются. Все остальные «трубки» просто выбрасываются. Это, во-первых, не экологично, а во-вторых — не экономично.

Лаборатория робототехники из «Сколтеха» и команда MIT подали заявку в программу The Next Generation Program с проектом RecyBot. Это роботизированная система, с помощью которой мы хотим автоматизировать процесс разборки электроники — в частности, мобильных телефонов.

Уже после того, как команда MIT-«Сколтех» подала заявку на грант, Apple представила своего 29-рукого робота Liam, который занимается автоматической разборкой телефонов. Предполагается, что один такой робот может разбирать более миллиона iPhone в год.

На самом деле Apple достаточно хитра, и показала далеко не все. Например, в компании до сих пор не разобрались, как роботу отключать тонкие шлейфы в смартфонах Apple.

Это важно, потому что позволяет сохранять целиком компоненты, которые устаревают медленнее, чем сами модели телефонов. Хотя для переработки на материалы шлейфы достаточно просто разрезать.

Наша цель в рамках проекта — провести научные исследования, которые помогут реализовывать еще не решенные задачи. То есть, сделать то, чего никто еще не сделал.

Над чем конкретно вы работаете?

Отсоединение шлейфов и откручивание мелких винтов были научными темами, над которыми еще никто в индустрии не работал. Нам нужно было провести исследование, чтобы понять, как это делать быстро, качественно и разумно. Вдобавок к этому, мы проводим исследования в рамках концепции «Индустрии 4.0». Говоря упрощенно, речь идет о том, что все машины должны быть соединены в единую сеть и обмениваться данными с сенсоров, выполнять общие задачи, исходя из знаний, в каком они состоянии в данный момент.

Если говорить о задачах сборки электроники — тут все довольно понятно. Роботам нужно просто достаточно качественно выполнять набор действий. Человек задает алгоритм, машины его выполняют. Задача разборки, в которой входной параметр не настолько детерминирован, гораздо сложнее в реализации.

Наша установка должна уметь разбирать мобильные телефоны разных моделей в автоматическом режиме. Мы хотим, чтобы машина могла учиться сама. При этом, ей нужно будет выполнять разные действия с одним телефоном — откручивать винты, вынимать платы, отклеивать стекла, вынимать аккумулятор. Все эти действия проще выполнять с помощью разных роботов. Здесь мы и приходим к воплощению концепции «Индустрии 4.0» — созданию одной системы из маленьких взаимодействующих между собой роботов.

Вы создаете систему полного цикла — автоматизированная разборка, распределение деталей на утилизацию и повторное использование?

Сейчас мы нацелены на то, чтобы сделать прототип системы, которая будет разбирать аппараты до уровня отдельных компонентов. Как можно использовать эти компоненты в дальнейшем? Множество вариантов.

Например, нам предстоит сделать систему удаления аккумуляторов. Не секрет, что аккумуляторные батареи — литий и тяжелые металлы — очень загрязняют окружающую среду. Аккумулятор нужно вынимать с большой осторожностью. Все остальные детали — проще. Это зависит от того, насколько они ценны.

Для нашей модели будет достаточно научиться сортировать детали, основываясь на том, из какого основного материала они состоят. То есть, нужно отделить пластиковый корпус, платы, в которых можно обратно выплавить медь и золото из контактов, ну и так далее.

Как выглядит ваш прототип?

Сейчас наш прототип — это робот, который умеет откручивать винты. В нем есть как «железная», так и софтверная часть — компьютерное зрение. Робот с помощью камеры смотрит на свою рабочую зону, находит и распознает винты, понимает, куда ему нужно привезти откручивающую головку, привозит ее, откручивает винты.

Используя этот прототип, как тестовую установку, мы измеряем эффективность нашего алгоритма, параметры откручивания винтов, которые в дальнейшем могут быть использованы на производстве. Одна из наших задач — опубликовать статью про научные новшества, которые мы реализуем в нашем проекте.

Вторая задача — сделать цепочку из нескольких роботов, которые должны уметь передавать друг другу телефон и изменять его ориентацию для последующей обработки — это значительно ускоряет процесс и делает его автономным. Понятно, что у таких роботов должны быть общие рабочие области. Но когда много роботов действуют в одной области, у них могут возникать проблемы с пересечением траекторий.

Наша цель — сделать так, чтобы роботы взаимодействовали, но не мешали друг другу, они должны четко синхронизировать свои действия. То есть, второй этап нашей работы — разработка эффективного алгоритма для планирования траектории множества роботов с пересекающимися рабочими зонами.

Будут ли результаты проекта применены на практике, и каким образом?

У ребят из MIT есть контакты с крупными компаниями, которые занимаются переработкой электроники.

Надо отметить, что в США телефоны часто предоставляются вместе с контрактами мобильных операторов. В том числе поэтому, они чаще меняются. Если развивать проект по разборке и утилизации там — у него есть бизнес-составляющая. Во-первых, можно заработать деньги на простой переработке, во-вторых, государство спонсирует «зеленые технологии», поощряет внимание к экологии. Такой проект можно продать большой корпорации для улучшения ее имиджа и налоговых льгот.

Полученные на разных этапах проекта знания могут применяться на практике разными компаниями. Более того, они могут вырасти в ряд параллельных решений. Мы можем применять знания в прикладном контексте для решения специфичных задач каких-либо производств.

Например?

Например, в качестве летней стажировки студенты «Сколтеха» поедут на завод Samsung под Калугой, где будут заниматься автоматизацией закручивания винтов на телевизорах. Экспертиза с откручиванием у нас уже есть, а это близкие задачи, для их оптимизации нужны одни и те же данные. Сейчас такие работы производятся вручную, что не слишком эффективно — было бы здорово, если бы наши знания помогли их автоматизировать.

Сколько времени длится проект RecyBot?

Проект рассчитан на три года. Стартовал он в прошлом году. В декабре 2019 года мы должны представить результаты проекта.

В чем состоит коллаборация, кто из MIT задействован в проекте?

Со стороны MIT проект возглавляет профессор Камаль Юсуф Томи (Kamal Youcef Toumi) — глава департамента мехатроники MIT. Он читал у нас несколько лекций в рамках курса «Динамические системы и контроль». С ним мы обсуждали все детали проекта. В ноябре в «Сколтехе» проходила конференция, на которую приезжал аспирант MIT Ю Ву (You Wu). Мы презентовали друг другу и более широкой публике планы по проекту с обеих сторон.

В целом же, мы регулярно — каждую неделю — связываемся по Skype, рассказываем о прогрессе, делимся планами. У нас шесть студентов-магистров будут защищать дипломы по этому проекту. Несколько из них осенью поедут в MIT, чтобы продуктивно поработать с коллегами. Они отвезут туда наш прототип, чтобы мы могли устраивать удаленные эксперименты. Это, опять же, очень в духе «Индустрии 4.0» — все роботы подключены к интернету, можно передавать знания удаленно.

#Сколтех