Во второй части доклада про роботизацию рассмотрим особенности этого процесса в сельском хозяйстве и на транспорте.
Автоматизация сельского хозяйства
В силу того, что в сельскохозяйственный труд достаточно простой и неквалифицированный, автоматизация коснулась сельского хозяйства (далее СХ) позднее, чем промышленности. Ещё так называемая "Зеленая революция", начавшаяся в 40-х годах и закончившаяся в 70-х годах 20 века, происходила за счет простой механизации СХ, а не автоматизации и роботизации. Реальные работы по автоматизации СХ начались уже в 21 веке.
В настоящее время роботизация СХ включает в себя следующие направления:
- Беспилотные трактора
В данный момент большинство беспилотных тракторов управляется дистанционно, оператор наблюдает и при необходимости корректирует действия техники. Без кабины, кондиционера, кучи экранов и элементов управления трактор становиться дешевле и экономичнее. В перспективе один оператор сможет управлять целым флотом беспилотных работников. Общий тренд - рост степени автономности тракторов. Мощное, тяжелое, быстрое, дорогого и управляемое человеком оборудование должно быть заменено небольшими, легкими, небыстрыми, недорогими и автономными роботами.
- Вертикальные фермы
По сути, вертикальная ферма представляет собой многоэтажную теплицу. Растения освещаются искусственным ультрафиолетовым освещением, а не солнечным светом. Стоимость урожая выше, чем при традиционном земледелии. Но зато урожай на таких фермах созревает быстрее, продуктивность выше, а расход воды ниже. Стартап AeroFarms открыл вертикальную ферму на территории бывшего сталелитейного завода. Площадь в 6500 кв. м производит в 390 раз больше продукции, чем обычная ферма, но потребляет на 95% меньше воды. Фермы можно размещать прямо в жилых кварталах, рядом с офисами, супермаркетами и ресторанами, что исключает затраты на транспортировку. Здесь для нас важно то, что такие фермы могут работать без участия человека.
- Роботы для борьбы с сорняками
Здесь есть два подхода. Либо используется технология ультрамалообъемного внесения, которая снижает использование химических средств защиты путём внесения препаратов индивидуально только для тех растений, которым это требуется. Либо полный отказ от использования пестицидов. Компьютерная технология видеофиксации идентифицирует сорняки, и система автоматически пропалывает грядку.
- Внесение удобрений и орошение
Традиционные оросительные системы неэффективно используют воду. Точное орошение, работающее с помощью автоматизированных систем, позволяет снизить расход ресурсов. Специальные агроботы могут перемещаться между рядами и осуществлять полив у основания каждого растения, используя определенное количество воды. Похожий подход используется и в разработке роботов для внесения удобрений.
- Мониторинг и анализ сельскохозяйственных культур
Новые технологии в производстве датчиков и подходы в картографировании обеспечивают фермеров детальной информацией о состоянии полей. Современные беспилотники предоставляют возможность собирать эти данные без вмешательства человека.
- Доильные роботы
Роботизированные доильные машины берут на себя определенный объем труда фермеров (например, кормление и доение коров без участия человека). Коровы сами определяют, когда их можно доить, а каждая из них получает индивидуальное обслуживание благодаря хомуту с передатчиками, которые показывают количество молока. Корова помещается в специальное стойло, в котором механические манипуляторы проводят дойку. Корова доится, чистится, и выталкивается из стойла, после процесс повторяется со следующей коровой из стада. Все это без участия человека. Различные типы доильных автоматов могут обслуживать стада от 100 или свыше 500 голов скота.
В 2016 году в мире в СХ насчитывалось 32 тыс. роботов. В том же году было продано более чем 300 тысяч тракторов с автопилотами. Из роботов 55% приходится на доильных роботов, 11%, 5%, 7% на роботов, занимающихся уходом за посевами, уборкой урожая и обработкой почвы соответственно. 22% составляют роботы, обслуживающие фермы (не молочные). По прогнозам, объем рынка агророботов достигнет $74,1 млрд. к 2024 году. Производство сельскохозяйственных роботов возрастет за это время по сравнению с 2016 почти в 19 раз до 594 тыс. единиц техники.
Роботизация позволяет решить следующие задачи в сельском хозяйстве:
- мониторинг и прогнозирование
- снижение себестоимости сельхозпроизводства
- улучшение качественных показателей
- снижение экологической нагрузки сельхозпроизводства
- повышение безопасности СХ производства
- снижение потребности в рабочей силе (особенно в сезонных рабочих)
Очевидная проблема роботизации в СХ - отсутствие универсальной применимости. Сложность и разнообразие агрономических методов и процессов вынуждает создавать узкоспециализированную технику, что повышает её стоимость.
Тем не менее, есть очевидные успехи. Так в рамках проекта “Безлюдный гектар” Университета Харпер Адамс на 2.5 акрах земли (около 10 тысяч квадратных метров) исследователям удалось вырастить и собрать урожай ячменя исключительно с помощью дистанционно управляемых роботов. Во многих странах проводят опыты с вертикальными фермами.
Автоматизация транспорта
Транспорт, в настоящее время, пожалуй, наименее автоматизированная отрасль экономики. Конечно, степень автоматизации различается в зависимости от вида транспортного средства. Поэтому необходимо рассмотреть различные виды транспорта.
- Автомобильный транспорт
Роботизированными автомобилями или робомобилями можно называть все виды автомобильного транспорта, прежде всего беспилотные, ориентированные на эксплуатацию без водителя. Также к этой категории относятся автосредства, роботизированные частично, например, способные двигаться без участия водителя в составе колонны или на длинных участках шоссе без выполнения маневров, т.е. сохраняя полосу движения и заданную скорость с учетом внешней среды.
В связи с этим разработана классификация робомобилей по степени автономности управления. Классификация содержит 6 уровней от отсутствия контроля автоматики над машиной до системы, которая может двигаться самостоятельно до любой точки назначения.
Сейчас полностью автономные автомобили не могут ездить по дорогам общего пользования ни в одной стране мира из-за законодательных запретов. Есть несколько проблем, препятствующих развитию робоавтомобилей:
- Безопасность решений
На данный момент ещё несовершенная автоматика не всегда может правильно среагировать в чрезвычайной ситуации
- Утрата возможности самостоятельного вождения автомобиля
Есть опасения, что человек, управляющий автомобилем, работающим в полуавтономном режиме, не сможет адекватно среагировать при чрезвычайной ситуации
- Необходимость реагировать на непредсказуемые действия людей — пешеходов и других водителей
- Этические проблемы, в том числе: моральная, финансовая и уголовная ответственность за аварии, решения, принимаемые автомобилем перед потенциально фатальным столкновением
Однако у беспилотных автомобилей есть и важные преимущества:
- кардинальная минимизация ДТП и практически полное исключение человеческих жертв, отсюда значительное снижение расходов на страхование и медицину быстрого реагирования;
- снижение стоимости транспортировки грузов и людей за счёт экономии на заработной плате и времени отдыха водителей, а также экономии топлива;
- повышение эффективности использования дорог за счёт централизованного управления транспортным потоком.
- появляется возможность самостоятельно перемещаться на роботизированном автомобиле для людей без водительских прав
- экономия времени, ныне затрачиваемого на управление ТС.
Постепенно идёт процесс законодательного признания робоавтомобилей. Так, в октябре 2017 года стало известно, что в США, вероятнее всего, разрешать эксплуатацию автомобилей без педалей и руля. Представители Национального управления безопасности дорожного движения США заявили, что находятся в поиске решений по удалению всех барьеров, препятствующих развитию беспилотного транспорта. В Китае уже проходили тесты беспилотников, но с рядом ограничений. Недавно появились новости, что власти все же разрешат тесты беспилотных технологий на дорогах общего пользования. Масштабная беспилотная программа действует в Канаде. Власти сделали ставку на смягчение законодательства в том, что касается тестов, чтобы привлечь стартапы и автопроизводителей в страну.
Автобусы — удобная цель для автоматизации. Они ездят по маршруту и их степени свободы априори ограниченны. Поэтому до появления гражданских беспилотных автомобилей, появились беспилотные автобусы.
Впервые беспилотные автобусы появились на дорогах общего пользования в Китае, 2 декабря 2017 года в городе Шэньчжэне. По тестовому маршруту протяженностью 1,2 км отправились четыре «умных» автобуса Alphabus. Они ехали со скоростью от 10 до 30 км/ч и сделали по пути три остановки. Вся поездка заняла около пяти минут.
Однако наиболее революционным моментом в роботизации транспорта должно стать появление полностью беспилотных автомобилей.
Суммарное число регистрируемых за год автономных автомобилей в мире, согласно прогнозам вырастет с 0.2 млн. по итогам 2020 года до 24 млн. по итогам 2030 года. Число автономных робомобилей в активной эксплуатации на конец 2030 года составит 71 млн. Речь идет об автомобилях со степенью автономности "3" и "4". К 2040 году объем продаж автономных машин превысит 40% мирового рынка легковых автомобилей. Рынок беспилотных транспортных средств увеличится с текущих $1,3 до $84 млрд., продажи автономных автомобилей в абсолютных значениях достигнут 36 млн. штук.
С 27 августа 2018 года в Токио заработала первая в мире служба беспилотных такси. Пассажиры могут проехать на беспилотном такси по фиксированному маршруту протяженностью около 5,3 км между двумя районами города. Чтобы опробовать инновацию, пассажиру нужно забронировать и оплатить поездку с помощью мобильного приложения.
Постепенно, в больших городах будут возникать сервисы обмена или аренды автомобилей (такси нового поколения), так что частное автовладение уйдёт в прошлое. Машины будут курсировать по популярным маршрутам, чтобы быстрее отзываться на вызовы, услуги аренды будут предоставлять самые разные компании, от специализированных в этой области до просто крупных предприятий или гостиниц. Дешевые службы такси сделают владение персональным автомобилем, который используется только 1-2 часа в день, невыгодным. Также могут исчезнуть другие виды общественного транспорта, такие как автобусы, трамваи, метрополитен.
Услуги по аренде беспилотных грузовиков для предприятий, заменят сегодняшние услуги по грузоперевозкам и фрахту. Так, шведская компания Einride сообщила, что разработанные её инженерами самоуправляемые грузовые фургоны поступят в продажу уже этой осенью. Самоходный транспорт сможет самостоятельно перемешаться по дорогам общего пользования без вмешательства водителя. Компания разработала маршрут между городами Гётебург и Хельсигборг, по которому уже осенью будут курсировать двести беспилотных грузовиков.
- Беспилотные поезда.
Поезд наиболее удобный вид транспорта для автоматизации. Поезд не может отклониться от маршрута и количество нештатных ситуаций, которые могут произойти в дороге, достаточно невелико. Ещё более удобен в этом плане метрополитен, где движение осуществляется в изолированном пространстве. В отличие от других видов транспорта, роботизация поездов не создает почти никаких правовых и этических проблем.
Активные испытания беспилотных поездов проводились в ряде стран еще в конце 1940-х годов. А первые образцы автомашиниста для поездов пригородного сообщения за рубежом появились в середине 1960-х, например, в Сан-Франциско (США).
Сейчас беспилотные пассажирские поезда курсируют в 20-странах мира. В первую десятку самых протяженных беспилотных железнодорожных линий входят такие города, как Дубай (протяжённость 80 км), Ванкувер (68 км), Сингапур (65 км), далее следуют Лилль, Пусан, Париж, Куала-Лумпур, Тулуза; далее Тайбэй и Токио (по 25 км). В Ванкувере действует система лёгкого метро SkyTrain. Это самая протяжённая в мире система скоростного транспорта с полностью автоматизированным управлением. В копенгагенской подземке в поездах метро нет машиниста, а управление происходит благодаря полностью автоматизированной системе ATC.
В Австралии горнодобывающая и металлургическая компания Rio Tinto в рамках проекта AutoHaul были созданы несколько беспилотных грузовых составов, разработчики собираются запустить беспилотные поезда в 2018 году. До этого поезда на автопилоте ездили в сопровождении машинистов-контролёров, сами составы управлялись удалённо и прошли, таким образом, около ста километров. Если проект окажется удачным, в Rio Tinto планируют запустить первый в мире беспилотный грузовой поезд дальнего следования.
- Беспилотные корабли
Степень автоматизации управления кораблями в настоящее время достаточно высокая. На кораблях потребность в экипаже снижается и уже сейчас многие крупные суда, перевозящие по 10 тысяч контейнеров, управляются экипажем в 30 человек и меньше.
Разработки беспилотных кораблей начались совсем недавно, и пока что опытные образцы проходят тестирование.
Первый в мире беспилотный грузовой корабль под названием «Яра Биркеланд» на электрической тяге начнет курсировать в 2018 году, поставляя удобрения по 37-мильному маршруту у южного побережья Норвегии. По современным стандартам, электрический корабль будет небольшим - на 100-150 контейнеров. По данным Wall Street Journal, он будет стоить $25 млн., что примерно в три раза больше, чем обычный корабль такого же размера, но сэкономит до 90% ежегодных операционных расходов за счет отсутствия топлива и экипажа.
На полностью автономное плавание «Яра Биркеланд» перейдет поэтапно. Сначала автопилот будет страховать бортовой экипаж, а удаленно судно начнет управляться с 2020 года.
Японские кораблестроительные и грузовые компании планируют вывести первые беспилотные корабли через 8 лет. А к 2035 году грузовое судно с автономным управлением обещает выпустить Rolls-Royce.
Критической сложностью на пути к полной автоматизации флота является необходимость передавать с корабля на берег большие объемы данных. Отсутствие канала с необходимой пропускной способностью было главным вызовом. Новое поколение спутников обещает решить эту проблему дешево и качественно. Помимо этого необходимо изменить законодательство и придумать способы защиты от пиратства.
В заключительной части будет дана общая оценка влияния автоматизации на мировую экономику.
