Робототехника. 1-Робототехника. Робототехника прорывные технологии, инновации, интеллектуальная собственность
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
2016 Т. 10 № 2 ФОРСАЙТ 7 Робототехника: прорывные технологии, инновации, интеллектуальная собственность Руководитель, Департамент правовых вопросов по беспилотным летательным аппаратам, Amazon. Адрес: 410 Terry Ave. North, Seattle, WA 98109-5210. E-mail: candrewkeisner@gmail.com Эндрю Кайснер Аннотация Р обототехника и прогресс в области создания ис- кусственного интеллекта — прорывные иннова- ции, обладающие значительными перспективами и способные радикально изменить экономические и социальные аспекты жизни общества. Исследования, посвященные развитию робототехники, пока немно- гочисленны. Данная статья восполняет пробел, анали- зируя создание и распространение инноваций в сфере робототехники и роль интеллектуальной собственно- сти в этом процессе. Авторы приходят к выводу, что робототехнические кластеры сосредоточены главным образом в США и странах Европы, но в последние годы динамично раз- виваются также в Корее и Китае. Инновационная экосис тема робототехники базируется на кооперацион- ных сетях, объединяющих независимых специалистов, научные организации и компании. Существенную роль в поддержке инновационной деятельности в рас- сматриваемой сфере играет государство, прежде всего путем грантового финансирования, размещения обо- ронных заказов и реализации национальных стра- тегий развития робототехники. Важным стимулом к созданию инноваций являются конкурсы и призы. Ключевые слова: робототехника; робот; искусствен- ный интеллект; инновации; патент; производственный секрет; интеллектуальная собственность; авторское право Патентование используется компаниями для защиты интеллектуальной собственности от посягательства третьих сторон, обеспечения свободы действий, лицен- зирования технологий и защиты от судебного пресле- дования. Максимальное количество патентных заявок в этой сфере зарегистрировано в Японии, Китае, Корее и США. Примечательна растущая патентная активность университетов и государственных научных организа- ций, прежде всего в Китае. Лидерство по числу патент- ных заявок среди секторов экономики традиционно принадлежит автомобилестроению и электронике, но новые игроки появляются, в частности, в таких обла- стях, как медицинские технологии и интернет. Помимо патентования для сохранения права собственности на инновации нередко использу- ются механизмы коммерческой тайны и защиты авторского права, прежде всего в отношении про- граммного обеспечения. Вместе с тем на начальных, доконкурентных стадиях инновационного процес- са все активнее развиваются открытые платформы, позволяющие субъектам робототехнической инду- стрии оптимизировать первоначальные затраты на создание инноваций. DOI: 10.17323/1995-459X.2016.2.7.27 Старший экономист, Отдел экономики и статистики ВОИС*. E-mail: julio.raffo@wipo.int Джулио Раффо * ВОИС — Всемирная организация интеллектуальной собственности (World Intellectual Property Organization, WIPO). Адрес: 34 chemin des Colombettes, CH-1211 Geneva 20, Switzerland Цитирование: Keisner A., Raffo J., Wunsch-Vincent S. (2016) Robotics: Breakthrough Technologies, Innovation, Intellectual Property. Foresight and STI Governance, vol. 10, no 2, pp. 7–27. DOI: 10.17323/1995-459X.2016.2.7.27 2016 Т. 10 № 2 ФОРСАЙТ 7 Старший экономист, Отдел экономики и статистики ВОИС*. E-mail: sacha.wunschvincent@wipo.int Саша Вунш-Винсент 8 ФОРСАЙТ Т. 10 № 2 2016 Стратегии Робототехника — это дисциплина, призванная смоделировать нашу жизнедеятельность. Род Групен (Rod Grupen), директор Лаборатории перцепционной робототехники (Laboratory for Perceptual Robotics) Массачусетского университета в Амхерсте (University of Massachusetts Armhurst) Д инамичное развитие робототехнической сфе- ры, появление умных роботов, искусственно- го интеллекта и возможные последствия этих процессов создают почву для оживленных дискуссий. Повышенное внимание к робототехнике обусловлено и тем фактом, что в Европе, США и Японии гуманоид- ные роботы уже испытываются в супермаркетах, шко- лах, больницах и домах престарелых. Инженеры, эко- номисты, юристы и другие специалисты рассуждают о возможных сферах применения и социально-экономи- ческом эффекте робототехнических инноваций. В част- ности, акцент ставится на потенциально позитивных (или негативных) эффектах от внедрения роботов для занятости населения и социальных последствиях по- явления искусственных компаньонов человека. Такие голливудские фильмы, как «Из машины» (Ex_Machina) или «Она» (Her), привлекли внимание общественности к способности искусственного интеллекта превзойти человеческий разум. Эксперты сходятся во мнении, что широкое распространение робототехнических иннова- ций неизбежно и может иметь далеко идущие послед- ствия. Однако несмотря на повышенное внимание к рас- сматриваемой области, развитие робототехнических инноваций и лежащей в их основе экосистемы остается малоизученным процессом. Притом что вопросы ин- теллектуальной собственности активно обсуждаются применительно к информационным, нано- или био- технологиям, этого нельзя сказать о робототехниче- ских инновациях, которым посвящены лишь отдельные давние публикации в специализированных журналах [Kumaresan, Miyazaki, 1999]. Задача нашей статьи — восполнить этот пробел, проанализировав инновационную систему в сфере ро- бототехники и роль интеллектуальной собственности. Мы обратимся к истории роботостроения, оценим его потенциальный вклад в экономическое развитие, рас- смотрим экосистему робототехнических инноваций и проанализируем значение различных форм интеллек- туальной собственности. Данная статья является частью серии исследо- ваний, выполненных в ходе подготовки доклада Всемирной организации интеллектуальной собствен- ности (ВОИС, World Intellectual Property Organization, WIPO) «Прорывные инновации и экономический рост» (Breakthrough Innovation and Economic Growth) [WIPO, 2015], где проанализирована корреляция между инно- вационной деятельностью, интеллектуальной собствен- ностью и темпами роста в шести областях прорывных инноваций (самолеты, антибиотики, полупроводники, 3D-печать, нанотехнологии и робототехника). Эволюция определения «робот» Робототехника — технологическая область, создающая роботов для различных сфер применения: в производ- стве автомобилей, строительстве, школах, больницах, домохозяйствах и др. В автопроме и других промыш- ленных секторах роботы-манипуляторы применяются уже не одно десятилетие. Однако новейшие научные до- стижения в таких сферах, как искусственный интеллект и когнитивные науки, позволили создать автономных «усовершенствованных» роботов с разносторонним по- тенциалом для решения экономических и социальных задач. В каком-то смысле благодаря кинофантастике для большинства людей «роботы» ассоциируются в основ- ном с гуманоидными роботами, которые, тем не менее, представляют лишь небольшую часть рассматриваемо- го направления. Энциклопедия «Британника» определяет робо- та как «любую автоматическую машину, выполня- ющую работу человека». В соответствии с опреде- лением Международной федерации робототехники (International Federation of Robotics, IFR) «робот — это рабочий механизм, программируемый по нескольким осям с некоторой степенью автономности и способный передвигаться в пределах определенной среды, выпол- няя поставленные задачи» [IFR, 2015]. В представлении большинства ученых и практиков робот — «любая ма- шина, способная воспринимать окружающую среду и реагировать на нее на основе самостоятельно принима- емых решений» [Springer, 2013, pp. 1–5]. Ключевым отличием роботов от других машин счи- тается «автономность»: робот способен интерпретиро- вать среду, в которой находится, и адаптироваться под поставленные задачи. Роботы эволюционируют от за- программированного автоматизма к полуавтономным и более автономным сложным системам. Полностью ав- тономные системы могут действовать самостоятельно и принимать «решения» без участия человека. Исходя из общего определения, дистанционно управляемые устройства не могут считаться «робо- тами». Тем не менее некоторые из них все же призна- ются таковыми. В число «дистанционных» устройств робототехники входят роботы телеприсутствия, управ- ляемые на расстоянии андроиды, роботизированные хирургические устройства, экзоскелеты и беспилотные летательные аппараты (БПЛА) (их также называют «дронами»). Это же относится к некоторым игрушкам и учебному оборудованию. Полуавтономные устройства частично управляют- ся людьми, однако в отличие от «дистанционных» пре- доставляют информацию, которая облегчает операто- рам выполнение задач и помогает в управлении такими системами. Например, в эту группу входят полуавтома- тические устройства, все чаще используемые в автомо- билях, и некоторые промышленные роботы, нуждаю- щиеся в получении четких инструкций от оператора. Полностью автономные устройства способны са- мостоятельно принимать «решения» в среде своего на- значения и выполнять задачи без помощи человека. Как 2016 Т. 10 № 2 ФОРСАЙТ 9 правило, они не могут творчески мыслить, хотя и про- ектируются для непредсказуемых ситуаций, в которых невозможно заранее прописать все решения. Искусственный интеллект — самостоятельная об- ласть теории вычислительных машин и систем, изучаю- щая возможности создания устройств, способных при- нимать разумные решения. В этом их принципиальное отличие от полностью автономных устройств, хотя и отчасти размытое. Некоторые специалисты относят искусственный интеллект к сфере робототехники, но все же чаще его выделяют в самостоятельное направ- ление, хотя и способное оказать значительное влияние на робототехнику. Подобная точка зрения основана на предположении, что искусственный интеллект может не иметь аппаратного воплощения, а существовать са- мостоятельно, без привязки к какому-либо устройству. Робототехника: ретроспективный обзор От промышленных манипуляторов к автоматизации В своей типичной конструкции роботы известны давно. История робототехники началась в Древней Греции с «автоматонов» — неэлектронных движущихся машин с подвижными элементами. Однако в современном пони- мании роботы появились в результате индустриализа- ции как средства выполнения повторяющихся операций. В последние годы активно развиваются два техно- логических направления, связанных с применением промышленных роботов [IFR, 2012]. Первое — систе- мы, позволяющие людям или компьютерам управлять роботами в дистанционном режиме. Второе — механи- ческие манипуляторные системы, такие как «руки» или «ноги», для передвижения и оперирования объектами. Пилотный промышленный робот-манипулятор был создан в 1937 г. в виде небольшого крана. В 1942 г. со- трудники компании DeVilbiss Co. Виллард Поллард (Willard Pollard) и Харолд Роузланд (Harold Roselund) запатентовали программируемый механический рас- пылитель краски. В разработку механических рук и ног большой вклад внес Уильям Уолтер (William Walter), сконструировавший первого автономного робота в конце 1940-х гг. (патент США 2 679 940). Однако про- рыв, обусловивший появление робототехники как ин- дустрии, произошел в середине 1950-х гг., когда Джордж Девол (George Devol) изобрел и запатентовал автома- тическую программируемую руку-манипулятор [Nof, 1999]. В 1956 г. он вместе с Джозефом Энгельбергером (Joseph Engelberger), которого многие ученые считают «отцом робототехники» 1 , основал компанию Unimation. Это положило начало коммерческому применению про- мышленных роботов [Rosheim, 1994]. Впоследствии механические манипуляторы-руки совершенствовались. Например, первый компьютери- зованный вращающийся электрический манипулятор был разработан в Технологическом институте Кейса при Университете Кейс Вестерн Резерв (Case Institute of Technology, Case Western Reserve University) в США. В 1969 г. в Стэнфордском университете (Stanford University) изобрели «программируемый универсаль- ный манипулятор», выполняющий сложные сбороч- ные операции, для целей автоматизации производства [Scheinman, 2015]. Для массового изготовления таких манипуляторов Виктор Шайнман (Victor Scheinman) ос- новал компанию Vicarm Inc., сыгравшую важную роль в развитии робототехники и впоследствии (в 1977 г.) приобретенную фирмой Unimation. Роботы, основанные главным образом на разработ- ках упомянутых изобретателей и фирм, применяются на конвейерных линиях General Motors в США с 1961 г. [IFR, 2012]. В Европе промышленный робот Unimate впервые появился в Швеции в 1967 г. Норвежская ком- пания Trallfa в 1969 г. вышла на рынок с пилотным окра- сочным роботом. В 1973 г. первых роботов представили компании ABB Robotics и KUKA Robotics. Необходимо отметить, что функциональность и системы управле- ния механическими компонентами роботов непрерыв- но совершенствовались. В середине 1960-х гг. японские компании нача- ли разработку и производство собственных роботов на основе лицензионного соглашения с Unimation. К 1970 г. роботы активно использовались в автомо- бильной промышленности США и Японии. К концу 1980-х гг. Япония (в первую очередь благодаря специ- ализированным робототехническим подразделениям компаний Fanuc, Matsushita Electric Industrial Company, Mitsubishi Group и Honda Motor Company) стала миро- вым лидером в этой сфере. Одновременно были разработаны роботы-упа- ковщики. Например, Федеральный технологический институт Лозанны (Federal Institute of Technology of Lausanne), создавший робота Deltа, получил 28 патен- тов на соответствующие изобретения, которые модер- низировали упаковочную отрасль. Первый полноценный гуманоидный робот, скон- струированный в Университете Васеда (Waseda University, Япония), стал основой для последующих многочисленных инноваций, прежде всего в области интерфейсов взаимодействия с человеком. Несмотря на ранние свидетельства использования «ног» для пере- движения машин в докомпьютерную эпоху, основные прорывы, обеспечившие создание электромеханиче- ских устройств, способных передвигаться на ногах, бы- ли сделаны в 1960-е и 1970-е гг. Но и по сей день, несмо- тря на многочисленные последующие исследования, эта технология не обеспечивает значимого коммерческого эффекта. Автономные системы на основе искусственного интеллекта и коммуникаций Модернизируя роботов, исследователи сосредоточи- лись на автономности и человеко-машинном взаимо- Кайснер Э. и др., с. 7–27 1 Отметим, что многие ученые и практики, особенно те, кто относит удаленно управляемые устройства к сфере робототехники, считают ее «отцом» Николу Теслу — отчасти на том основании, что в 1898 г. он запатентовал дистанционно управляемый корабль (патент США № 613 809). 10 ФОРСАЙТ Т. 10 № 2 2016 Стратегии действии. Новые разработки в смежных областях, таких как искусственный интеллект, мехатроника, навигация, восприятие, распознавание объектов и обработка ин- формации, открывают новые возможности для разви- тия робототехники [Kumaresan, Miyazaki, 1999]. В частности, инновации в области программно- го обеспечения и искусственного интеллекта послу- жат базой для создания роботов нового поколения, способных эффективно маневрировать и обходить препятствия. В середине 1980-х гг. Рэндалл Смит (Randall Smith) и Питер Чизман (Peter Cheeseman) [Smith, Cheeseman, 1986] совершили прорыв в разра- ботке алгоритмов, позволяющих роботам планиро- вать маршруты своего передвижения. Исследование проблемы «синхронной локализации и картирования» (Simultaneous Localization and Mapping, SLAM) помогло разработать алгоритмы SLAM, применяемые многими робототехническими компаниями по сей день, хотя и с некоторыми модификациями. Алгоритмы играют все более важную роль в принятии роботами сложных решений, например имитации эмоций. В настоящее время разрабатывается программное обеспечение, по- зволяющее моделировать работу человеческого мозга; совершенствуются лингвистические навыки и меха- низмы принятия решений. Развитие коммуникаций, сенсоров и процессоров позволит роботам эффективнее использовать инфор- мацию, подключаться к сложным интеллектуальным сетям. В настоящее время инновации направлены пре- имущественно на интеграцию программного и аппа- ратного обеспечения, т. е. на создание так называемых интегрированных робототехнических и интеллектуаль- ных операционных систем. Широкие перспективы для роботостроения сегодня связываются с разработкой автономных транспортных средств и дронов. Вклад робототехники в экономику По некоторым оценкам, оборот рынка промышлен- ных роботов в 2014 г. составил 29 млрд долл., включая стоимость программного обеспечения, периферийных устройств и инженерных систем (табл. 1). Количество проданных роботов приблизилось к 230 тыс. (по срав- нению с примерно 70 тыс. в 1995 г.) (рис. 1а). В предсто- ящие несколько лет прогнозируется дальнейший дина- мичный рост их производства. По объемам отгрузки робототехники лидирует Азия, за ней следуют Европа и Северная Америка, тогда как в Южной Америке и Африке продажи незначитель- ны. Примечательно, что на первое место вышел Китай, хотя всего лишь 20 лет назад в этой стране роботов не было вообще. Второе место по закупке промышленных роботов принадлежит Корее 2 Главными драйверами автоматизации остаются ав- томобильная промышленность и электроника (рис. 1б). Инновации обеспечат возможности для более гибкого и мелкомасштабного производства. Все большее распространение получают сервисные роботы, применяемые в сельском хозяйстве, добываю- щих отраслях, транспортной сфере (включая обширную область автоматических воздушных и наземных транс- портных средств), здравоохранении, образовании, ис- Химические продукты, резиновые и пластмассовые изделия 6 Фармацевтика и косметика 1 Продукты питания и напитки 4 Другие секторы 21 Автомобилестроение 39 Электротехника / электроника 20 Металлы и машины 9 Рис. 1. Основные показатели мировой торговли промышленными роботами а) Динамика поставок промышленных |