Елена Краузова
Робот, не петляй: как российский стартап Marvelmind Robotics учит миниатюрные машины лучше "видеть"
“Жизнь робота тяжела: много заданий, потеряться легко, – говорит Максим Третьяков, основатель компании Marvelmind Robotics. – Робот-помощник, "коробочка" шириной 40 см, должен пройти в дверной проем 90 см, для этого ему нужно очень точно знать свои координаты — в 100-1000 раз точнее, чем GPS/GLONASS”. Изобретатель достает чемоданчик: четыре стационарных датчика для стен, еще несколько мобильных (для корпуса робота), роутер (флешка для ноутбука).
Соединенные в сеть по радиосвязи маяки на стенах смогут обмениваться информацией с модемом, центральным контроллером системы, до 50 раз за секунду. Положение движущегося объекта определяется с точностью до 2 см. Третьяков представил работающую систему весной 2015 года, сейчас его тестовые наборы покупают университеты в России, США и Европе, Lufthansa и Boeing. Чем российский “внутрикомнатный GPS” понравился заказчикам?
Из Nokia в стартап
Третьяков, выпускник зеленоградского МИЭТа, начал строить роботов почти 15 лет назад, в офисе Nokia в Финляндии. Радиоинженеры, устроившиеся на зарплату в крупные российские компании, могут годами ждать, пока их разработки станут продуктами, а отечественные корпорации не привыкли работать на результат, говорит Третьяков. Поэтому узнав, что однокурсник прошел конкурс в американскую Motorola, он рассылал резюме в зарубежные офисы компаний от LG до HP, но в итоге получил место в Nokia Mobile Phones. Вначале Третьяков занимался разработками для сотовых телефонов, потом — для базовых станций. Параллельно он получил MBA в Helsinki School of Economics. “Мне просто стало надоедать, что я, будучи подчиненным, из-за неэффективного управления вынужден распоряжаться своим временем неоптимально. Я начал думать о менеджерских позициях, а там уже и до идей о своем бизнесе недалеко", — говорит предприниматель.
В свободное время Третьяков развивал фирму Marvelmind. Эта фирма разработала платформу-конструктор для проектирования роботов (аналог сегодняшнего Arduino) и на ее основе делала роботов для университетов. Третьяков закончил только несколько заказов, после чего, по предложению Nokia, переехал работать из Финляндии на Украину, а оттуда — в Азербайджан. Вернулся к работе с роботами он только в 2010 году, когда оказался в Москве.
Компания занялась более сложными автономными роботами — они перемещались, обходили препятствия, перевозили грузы. Но инженерам не хватало простого решения, которое бы научило машины хорошо ориентироваться. Как оказалось, трекинг перемещающихся объектов на улице отлично решается технологиями GPS и ГЛОНАСС, но внутри зданий спутниковая связь не ловится, а ориентация по wi-fi или bluetooth (по базовым станциям сотовых операторов) слишком неточна. Третьяков задумался, как сделать indoor-навигацию доступной, чтобы устройство могло само определить, где оно находится в данный момент, какие препятствия его ждут и как их обойти. Популярные маячки i-Beacon, которые помогут посетителю торгового центра дойти до нужного магазина и даже полки с товаром, или привести посетителя огромного музея к самому интересному для него экспонату, дают точность в несколько метров, а не сантиметров. Технологии LIDAR (лазерное или световое “сканирование”) слишком дороги (сенсоры стоят до $50 000). А способы определения перемещений робота вроде одометрии (подсчет оборотов колес и угла их поворота) или магнитометрии предполагают использование в совокупности с другими методами позиционирования. Как быть тем, кому нужны одновременно точность и низкая цена?
Ультразвук-навигатор
Выбор Третьякова пал на ультразвуковые сенсоры. Принцип работы системы не нов — с ним экспериментировали и в советских НИИ, и в MIT. Маяки располагаются в заданных точках и по очереди испускают ультразвуковой сигнал. “Сосед” принимает сигнал и рассчитывает разность времени приема сигналов от каждого устройства. Такое “общение” маяков координирует по радио центральный роутер. Зная начальные координаты передатчиков, а также то, как быстро прошел от каждого из них ультразвуковой сигнал до другого, можно узнать координаты мобильного маяка.
В 2009 году системы на ультразвуковых датчиках обсуждались на форумах российских разработчиков роботов, точность позиционирования тогда достигала 5 см, но дальше тестовых наборов, где датчики были соединены проводами, дело не шло.
Что нового сделала Marvelmind? Ноу-хау стали алгоритмы синхронизации всех маяков без потери скорости обновления данных и с надежным обновлением. Второе новшество — свои алгоритмы для фильтрации данных о расстояниях, которые используются для расчета координат мобильных маяков (в них важно отделить сигнал от "шума"). Продумывать пришлось не только архитектуру решения, но и схемотехнику — подбирать эффективные, но маленькие процессоры, долгоживущие аккумуляторы и т.д.
Marvelmind Robotics притормозила с роботами и начала продажи маяков ($59 за каждый) и их комплектов ($349 за набор). Тестовые автономные роботы с датчиками Marvelmind Robotics нарезали “восьмерки”, круги и прямоугольники по маршрутам, задаваемым за несколько секунд. Им давали задания перевозить грузы (около 2 кг) из одной точки в другую, меняя направления на лету. Раньше для такой быстрой навигации надо было чертить на полу метки или даже прокладывать провода. Правда до сих пор большую часть тестов Marvelmind Robotics проводит в своем офисе на Таганке или в Сколково — пробираться в офисы или торговые центры сложнее. «Когда мы предлагали поставить на стены датчики, а еще снимать камерой бегающего робота — на нас иногда смотрели как на террористов», – говорит Третьяков.
Поводырь для развозчиков тапочек
Первыми покупателями Marvelmind Robotics стали американские фирмы и университеты, конструирующие роботов. Например, роботам, которые уже ориентировались по LIDAR, инерциальным датчикам и одометрии, устанавливали и мобильный маяк от российских разработчиков — ультразвуковая система навигации и существующие методы дополняют друг друга. Как разные органы чувств помогают человеку ориентироваться в мире, так и для робота — чем больше источников информации, тем лучше, поясняет Третьяков. Если на пути ультразвукового сигнала между датчиками возник человек или, например, напольная вешалка для одежды — робот не “слепнет”.
"Проблема indoor-навигации — глобальная, то, как Marvelmind подступается к ней, имеет все шансы изменить отрасль”, – говорит Олег Кивокурцев, основатель проекта Promobot. Его выставочный робот должен был работать в дилерском центре одного из производителей автомобилей, и для автономной навигации разработчики тестировали маяки Marvelmind. На тестовых испытаниях система Marvelmind давала заявленную точность, говорит Кивокурцев. LIDAR, который хотели встроить в робота изначально, не работал бы в автоцентре — лучи лазера отражались бы от поверхностей кузовов, и Marvelmind оказался наиболее точным методом.
Разработкой московского стартапа заинтересовались также создатели коптеров — команда испанских студентов, которым нужно было, чтобы беспилотник на соревновании летал по все той же “восьмерке”. Как выяснил Третьяков, датчики-высотометры позволяют беспилотникам удерживать заданную высоту, но для контроля над перемещениями в горизонтальной плоскости решений меньше.
К создателям Marvelmind Robotics обратился и американский стартап, который делает роботов-помощников для отелей. Они развозят забывчивым гостям зубную пасту, шапочки для душа или тапочки. Стали сотрудничать с компанией и разработчики российских рекламных роботов, чтобы те могли перемещаться по конференц-залам. Затем к создателям Marvelmind Robotics обратились создатели контроллеров для виртуальной реальности (VR) — с новыми датчиками человек может не стоять на месте, а перемещаться — каждый шаг будет спроецирован на движения виртуального персонажа.
“Решение выглядит очень заманчиво для производителей VR-оборудования, — уверен Олег Мусин, один из разработчиков российского VR-шлема Fibrum. – Но есть проблема — частота обновления положения датчика в 16 Гц. Для комфортного погружения в VR частота обновления положения человека в пространстве должна быть не меньше 30 Гц, и эта цифра сильно зависит от показываемой сцены. В особенно динамичных сценах шутеров от первого лица нужная частота доходит до 50-60 Гц”. Систему Marvelmind можно использовать в VR для трекинга сразу нескольких объектов с большой точностью и скоростью, но только в качестве дополнения к другим системам, отмечает Мусин.
В 2016 году комплекты заказали Boeing и Lufthansa, американский гигант по обслуживанию оборудования для добычи полезных JoyGlobal и производитель спецтехники Caterpillar. Представители компаний просто нашли сайт стартапа в Google. Для каких именно “пилотов” они сделали покупку, представители корпораций не сообщили, говорит Третьяков. Он предполагает, что его датчики используются для доставки автоматическими погрузчиками или отслеживания погрузчиков в ангарах.
Рынок поворотливых роботов
Создание системы обошлось Marvelmind Robotics в несколько десятков тысяч долларов. Сборочное производство у Marvelmind Robotics — в Китае, в России — вся разработка. Продажи идут через компании в России, США и Финляндии. “Набор стоит $350, а оформление по всем таможенным документам каждой “коробки” обошлось бы под $1000, – говорит Третьяков. – В России на данный момент можно успешно разрабатывать софт и отсюда продавать его. Но с “железными” продуктами сложностей неизмеримо больше, что делает экспорт в небольших объемах экономически невозможным”.
Пока клиенты покупают от одного до трех наборов (это приносит стартапу от $300 до $1000). Общая сумма продаж превышает $30 000, но предприниматель надеется, что те, кто закупил наборы для оценки в рамках пилотных проектов на несколько месяцев, начнут делать более крупные заказы. Предзаказы на новые партии уже есть, выручка проекта по итогам 2016 года вырастет до $100 000, надеется Третьяков.
Проблемы с точностью позиционирования роботов в помещениях действительно серьезны — роботы могут терять траекторию и просто останавливаться на пути, возвращение им ориентации на местности потребует вмешательства человека, соглашается Сергей Мальцев, сооснователь проекта RoboCV. RoboCV разрабатывает X-MOTION — систему технического зрения и комплекс программного обеспечения для складской техники, которые за счет связи по wi-fi, лазерного сканера LIDAR и видеокамеры превращают погрузчики или тягачи в автономные машины. Точность позиционирования — около 10 см, X-MOTION позволяет технике самой “видеть” препятствия и грузы, просчитывать сценарии поведения и выбирать нужный. “Сейчас многие разработчики роботов пытаются отойти от использования инфраструктуры для навигации. Заказчики хотят автоматизировать существующие бизнес-процессы, но экономически эффективно, а это нечасто позволяют сделать те или иные виды маяков или меток, – отмечает Мальцев. – Marvelmind как раз инфраструктурное решение. Но для определенных задач максимальная надежность навигации может быть очень важна, так что стартап может найти своих покупателей".
Сейчас Marvelmind адаптирует систему для работы вне помещений, текущая точность которой измеряется в метрах. Системы GPS с сантиметровой точностью уже есть (например, их рассчитывает использовать Google в своих автономных авто), но антенны-тарелки для фокусировки GPS-сигнала для них обходятся от $1000, а сверхчувствительный приемники стоят еще дороже. Принцип работы системы на улице останется тем же — нужно только сделать корпус и все ее части устойчивыми к погодным условиям.
Возможно, пока стартап работает в узкой нише, но зато стал в ней лидером по техническим характеристикам и цене, говорит Третьяков. Следующая цель — превратиться из изготовителя компонентов для роботов в производителя законченных роботов. Развитие мобильной электроники создает все предпосылки для появления роботов, которые будут делать поставленные задачи, принимая решения самостоятельно, считает Третьяков. Раньше массивные и не слишком точные сенсоры, гироскопы, акселерометры стоили до $200, сегодня, когда для миллиардов смартфонов и планшетов комплектующие выходят с заводов в Китае, их можно купить уже за $3-4. Та же незаметная пока революция происходит с системами питания, с камерами высокого разрешения, с процессорами. "Как Т-1000 во втором “Терминаторе” собирался по каплям жидкого сплава в человека — так же сейчас собирается воедино этот рынок, – резюмирует предприниматель. – За место на нем поборются и сегодняшние производители мобильных устройств, и новые игроки. Уверен, что и мы на этом рынке найдем место”.
Фото Marvelmind Robotics