Облачная робототехника - Cloud robotics

Облачная робототехника - это область робототехники, которая пытается задействовать облачные технологии, такие как облачные вычисления , облачное хранилище и другие Интернет-технологии, основанные на преимуществах конвергентной инфраструктуры и общих сервисов для робототехники . При подключении к облаку роботы могут извлечь выгоду из мощных вычислительных, хранилищ и коммуникационных ресурсов современного центра обработки данных в облаке, которые могут обрабатывать и обмениваться информацией от различных роботов или агентов (других машин, интеллектуальных объектов, людей и т. Д.) . Люди также могут делегировать задачи роботам удаленно через сети . Технологии облачных вычислений позволяют наделить роботизированные системы мощными возможностями при одновременном сокращении затрат за счет облачных технологий. Таким образом, можно создавать легкие, недорогие и умные роботы с интеллектуальным «мозгом» в облаке. «Мозг» состоит из центра обработки данных , базы знаний , планировщиков задач, глубокого обучения , обработки информации, моделей среды, коммуникационной поддержки и т. Д.

Составные части

Облако для роботов потенциально имеет как минимум шесть важных компонентов:

  • Предлагает глобальную библиотеку изображений, карт и данных об объектах, часто с геометрическими и механическими свойствами, экспертную систему , базу знаний (например, семантическую сеть, центры обработки данных) ；
  • Массивно-параллельные вычисления по запросу для статистического моделирования на основе выборки и планирования движения, планирования задач, совместной работы с несколькими роботами, планирования и координации системы ；
  • Совместное использование роботами результатов, траекторий и политик динамического управления, а также поддержка обучения роботов ；
  • Совместное использование людьми кода, данных и проектов с открытым исходным кодом для программирования, экспериментов и конструирования оборудования ；
  • Руководство и помощь человека по запросу для оценки, обучения и устранения ошибок;
  • Расширенное взаимодействие человека и робота различными способами (база знаний семантики, сервис Apple SIRI like и т. Д.).

Приложения

Автономные мобильные роботы
Беспилотные автомобили Google - это облачные роботы. Автомобили используют сеть для доступа к огромной базе данных Google карт, спутников и модели окружающей среды (например, Streetview) и объединяют ее с потоковыми данными с GPS, камер и 3D-датчиков для отслеживания своего собственного положения в пределах сантиметров, а также с прошлыми и текущими схемами движения. чтобы избежать столкновений. Каждый автомобиль может узнать что-то об окружающей среде, дорогах, вождении или условиях, и он отправляет информацию в облако Google, где ее можно использовать для улучшения характеристик других автомобилей.
Облачные медицинские роботы
медицинское облако (также называемое кластером здравоохранения) состоит из различных сервисов, таких как архив болезней, электронные медицинские записи, система управления здоровьем пациентов, практические услуги, аналитические услуги, клинические решения, экспертные системы и т. д. Робот может подключаться к облако для предоставления клинических услуг пациентам, а также для оказания помощи врачам (например, робот для совместной хирургии). Кроме того, он также предоставляет услугу сотрудничества, обмениваясь информацией между врачами и медицинскими работниками о клиническом лечении.
Вспомогательные роботы
Отечественный робот может быть использован для здравоохранения и жизни мониторинга для пожилых людей. Система собирает данные о состоянии здоровья пользователей и обменивается информацией с облачной экспертной системой или врачами, чтобы облегчить жизнь пожилым людям, особенно людям с хроническими заболеваниями. Например, роботы могут оказывать поддержку, чтобы не допустить падения пожилых людей, экстренную поддержку здоровья, такую ​​как болезни сердца, болезни крови. Лица, ухаживающие за пожилыми людьми, также могут получать уведомления от робота в экстренной ситуации через сеть.
Промышленные роботы
Как подчеркивается в Плане « Индустрия 4.0» правительства Германии , «Промышленность находится на пороге четвертой промышленной революции. Под воздействием Интернета реальный и виртуальный миры становятся все ближе и ближе друг к другу, образуя Интернет вещей. Промышленное производство будущего будет характеризоваться сильной индивидуализацией продуктов в условиях очень гибкого (крупносерийного) производства, широкой интеграцией клиентов и деловых партнеров в бизнес-процессы и процессы создания добавленной стоимости, а также объединением производства и высококачественных услуг, ведущих к такому называемые гибридными продуктами ". В производстве такие облачные роботизированные системы могут научиться выполнять такие задачи, как заправка проводов или кабелей или выравнивание прокладок на основе профессиональной базы знаний. Группа роботов может обмениваться информацией для выполнения некоторых совместных задач. Более того, потребитель может размещать индивидуальные заказы на продукцию для производственных роботов напрямую с помощью онлайн-систем заказов. Еще одна потенциальная парадигма - роботизированные системы доставки покупок. После размещения заказа складской робот отправляет товар в автономный автомобиль или автономный дрон, чтобы доставить его получателю.

Исследовать

RoboEarth финансировался Седьмой рамочной программой Европейского Союза для исследований и проектов технологического развития, в частности, для изучения области облачной робототехники. Цель RoboEarth - позволить роботизированным системам использовать опыт других роботов, открывая путь к быстрому развитию машинного познания и поведения и, в конечном итоге, к более тонкому и сложному взаимодействию человека с машиной. RoboEarth предлагает инфраструктуру облачной робототехники. База данных RoboEarth в стиле World-Wide-Web хранит знания, созданные людьми и роботами, в машиночитаемом формате. Данные, хранящиеся в базе знаний RoboEarth, включают программные компоненты, карты для навигации (например, местоположения объектов, модели мира), знания о задачах (например, рецепты действий, стратегии манипуляции) и модели распознавания объектов (например, изображения, модели объектов). RoboEarth Cloud Engine включает поддержку мобильных роботов, автономных транспортных средств и дронов, которые требуют больших вычислений для навигации.

Rapyuta - это фреймворк облачной робототехники с открытым исходным кодом, основанный на RoboEarth Engine, разработанный исследователем робототехники из ETHZ. В рамках этой структуры каждый робот, подключенный к Rapyuta, может иметь защищенную вычислительную среду (прямоугольные блоки), дающую им возможность переносить тяжелые вычисления в облако. Кроме того, вычислительные среды тесно связаны друг с другом и имеют широкополосное соединение с хранилищем знаний RoboEarth.

KnowRob - это расширенный проект RoboEarth. Это система обработки знаний, которая сочетает в себеметоды представления знаний и рассуждений с методами получения знаний и обоснования знаний в физической системе и может служить общей семантической структурой для интеграции информации из различных источников.

RoboBrain - это крупномасштабная вычислительная система, которая учится на общедоступных Интернет-ресурсах, компьютерных симуляциях и реальных испытаниях роботов. Он аккумулирует все, что связано с робототехникой, в всеобъемлющую и взаимосвязанную базу знаний. Приложения включают создание прототипов для исследований в области робототехники, бытовых роботов и беспилотных автомобилей. Цель столь же очевидна, как и название проекта - создать централизованный, постоянно подключенный к сети мозг, к которому могли бы подключиться роботы. В проекте доминируют Стэнфордский университет и Корнельский университет. И проект поддерживается Национальным научным фондом, Управлением военно-морских исследований, Управлением армейских исследований, Google, Microsoft, Qualcomm, Фондом Альфреда П. Слоана и Национальной инициативой робототехники, целью которых является развитие робототехники, чтобы помочь сделать США более конкурентоспособны в мировой экономике.

MyRobots - это сервис для подключения роботов и интеллектуальных устройств к Интернету. Его можно рассматривать как социальную сеть для роботов и интеллектуальных объектов (например, Facebook для роботов). Благодаря общению, совместной работе и совместному использованию роботы также могут извлекать выгоду из этих взаимодействий, делясь информацией со своих датчиков, дающей представление о своем видении своего текущего состояния.

COALAS финансируется программой европейского приграничного сотрудничества INTERREG IVA Франция (Ла-Манш) - Англия. Проект направлен на разработку новых технологий для людей с ограниченными возможностями посредством социальных и технологических инноваций, а также посредством социальной и психологической целостности пользователей. Цели - создание когнитивной внешней вспомогательной живой системы с кластером здравоохранения в облаке с бытовыми сервисными роботами, такими как гуманоид, интеллектуальная инвалидная коляска, которые подключаются к облаку.

ROS (операционная система роботов) предоставляет экосистему для поддержки облачной робототехники. ROS - это гибкий и распределенный фреймворк для разработки программного обеспечения для роботов. Это набор инструментов, библиотек и соглашений, которые призваны упростить задачу создания сложного и надежного поведения роботов на самых разных роботизированных платформах. Библиотека для ROS, представляющая собой чистую реализацию Java, называемую rosjava, позволяет разрабатывать приложения Android для роботов. Поскольку у Android быстро развивающийся рынок и миллиард пользователей, это будет иметь большое значение в области облачной робототехники.

Проект DAVinci - это предлагаемая программная среда, цель которой - изучить возможности распараллеливания некоторых алгоритмов робототехники в виде задач Map / Reduce в Hadoop . Проект направлен на создание среды облачных вычислений, способной предоставить вычислительный кластер, построенный на стандартном оборудовании, предоставляющий набор роботизированных алгоритмов как SaaS и совместный обмен данными в роботизированной экосистеме. Эта инициатива не является общедоступной.

C2RO (C2RO Cloud Robotics) - это платформа, которая обрабатывает приложения в реальном времени, такие как предотвращение столкновений и распознавание объектов в облаке. Раньше из-за большого времени задержки эти приложения не обрабатывались в облаке, поэтому требовалось вычислительное оборудование внутри системы (например, графический процессор или графический процессор). C2RO опубликовала рецензируемую статью на IEEE PIMRC17, показывающую, что ее платформа может сделать автономную навигацию и другие службы ИИ доступными для роботов - даже тех, у кого ограниченное вычислительное оборудование (например, Raspberry Pi) - из облака. В конце концов, C2RO заявила, что является первой платформой, продемонстрировавшей облачный SLAM (одновременная локализация и отображение) на RoboBusiness в сентябре 2017 года.

Noos - это сервис облачной робототехники, обеспечивающий централизованный интеллект подключенным к нему роботам. Сервис был запущен в декабре 2017 года. Используя Noos-API, разработчики могли получить доступ к сервисам для компьютерного зрения, глубокого обучения и SLAM. Ноос был разработан и поддерживается Ortelio Ltd .

Rocos - это централизованная платформа облачной робототехники, которая предоставляет инструменты и инфраструктуру разработчика для создания, тестирования, развертывания, эксплуатации и автоматизации парка роботов в любом масштабе. Платформа, основанная в октябре 2017 года, была запущена в январе 2019 года.

Ограничения облачной робототехники

Хотя роботы могут извлечь выгоду из различных преимуществ облачных вычислений, облако не является решением всей робототехники.

  • Управление движением робота, которое в значительной степени полагается на датчики (в реальном времени ) и обратную связь с контроллером, может не сильно выиграть от облака.
  • Задачи, выполняемые в реальном времени, требуют встроенной обработки.
  • Облачные приложения могут работать медленно или быть недоступными из-за ответов с большой задержкой или сбоев в сети. Если робот слишком полагается на облако, сбой в сети может оставить его «безмозглым».

Вызовы

Исследования и разработки облачной робототехники связаны со следующими потенциальными проблемами и проблемами:

Риски

  • Экологическая безопасность . Концентрация вычислительных ресурсов и пользователей в среде облачных вычислений также представляет собой концентрацию угроз безопасности. Из-за своего размера и значимости облачные среды часто становятся объектами атак виртуальных машин и вредоносных программ-ботов, атак методом грубой силы и других атак.
  • Конфиденциальность и безопасность данных. Размещение конфиденциальных данных у поставщиков облачных услуг предполагает передачу значительной части контроля организации над безопасностью данных поставщику. Например, каждое облако содержит огромный объем информации от клиентов, включая личные данные. В случае взлома домашнего робота пользователи могут подвергнуться риску своей личной конфиденциальности и безопасности, например, план дома, снимок жизни, вид из дома и т. Д. Преступники могут получить доступ к нему и передать его в окружающий мир. Другая проблема возникает, когда робот взломан и контролируется кем-то другим, что может подвергнуть пользователя опасности.
  • Этические проблемы - необходимо учитывать некоторую этику робототехники, особенно облачной робототехники. Поскольку робот подключен через сети, к нему могут получить доступ другие люди. Если робот выходит из-под контроля и выполняет незаконные действия, кто должен нести за это ответственность.

История

Термин «облачная робототехника» впервые появился в публичном лексиконе как часть выступления Джеймса Каффнера в 2010 году на Международной конференции IEEE / RAS по гуманоидной робототехнике под названием «Облачные роботы». С тех пор «облачная робототехника» стала общим термином, охватывающим концепции обмена информацией, распределенного интеллекта и обучения флота, которое возможно с помощью сетевых роботов и современных облачных вычислений. Каффнер был частью Google, когда он представил свою презентацию, и технологическая компания дразнила свои различные инициативы в области облачной робототехники до 2019 года, когда она запустила платформу Google Cloud Robotics для разработчиков.

С первых дней разработки роботов расчеты выполнялись на компьютере, который был отделен от реального механизма робота, но соединен проводами для питания и управления. По мере развития технологии беспроводной связи были разработаны новые формы экспериментальных роботов с «удаленным мозгом», управляемые небольшими бортовыми вычислительными ресурсами для управления роботом и обеспечения безопасности, которые были подключены по беспроводной сети к более мощному удаленному компьютеру для тяжелой обработки.

Термин « облачные вычисления » получил широкое распространение с запуском Amazon EC2 в 2006 году. Он ознаменовал доступность сетей с высокой пропускной способностью, недорогих компьютеров и устройств хранения, а также широкое распространение аппаратной виртуализации и сервис-ориентированной архитектуры . В переписке с Popular Science в июле 2006 года Каффнер написал, что после того, как робот был запрограммирован или успешно обучен для выполнения задачи, он может поделиться своей моделью и соответствующими данными со всеми другими роботами, подключенными к облаку:

«... робот мог бы затем« опубликовать »свою усовершенствованную модель на каком-нибудь веб-сайте или в универсальном хранилище знаний, которое все будущие роботы могли бы загружать и использовать. Я вижу« базу данных знаний о роботах », которая со временем улучшит возможности все будущие роботизированные системы.Он будет служить хранилищем информации и статистических данных о физическом мире, к которому роботы могут получить доступ и использовать для улучшения своих рассуждений о последствиях возможных действий и составления более эффективных планов действий с точки зрения точности, безопасности и надежности. Он также может служить своего рода «библиотекой навыков». Например, если я успешно запрограммировал своего робота-дворецкого, как приготовить идеальный омлет, я мог бы «загрузить» программное обеспечение для приготовления омлета на сервер, который все роботы могли затем загрузить в любое время. их попросили приготовить омлет. Может существовать целое сообщество пользователей роботов, загружающих программы повышения квалификации, во многом аналогичные текущим моделям «условно-бесплатного» и «бесплатного» программного обеспечения, которые популярны среди пользователей ПК ».

-  Джеймс Каффнер (июль 2006 г.)

Некоторые публикации и события, связанные с облачной робототехникой (в хронологическом порядке):

  • Технический комитет IEEE RAS по Интернету и онлайн-роботам был основан Кеном Голдбергом, Роландом Сигварт и др. в мае 2001 года. Затем в 2004 году комитет расширился до Технического комитета по сетевым роботам Общества робототехники и автоматизации IEEE.
  • Джеймс Дж. Каффнер, бывший профессор робототехники CMU и научный сотрудник Google, ныне генеральный директор Toyota Research Institute - Advanced Development, говорил об облачной робототехнике на Международной конференции IEEE / RAS по гуманоидной робототехнике в 2010 году. В ней описывается «новый подход к робототехнике. который использует Интернет как ресурс для массовых параллельных вычислений и совместного использования огромных ресурсов данных ».
  • Райан Хикман, менеджер по продуктам Google, в 2010 году возглавил внутреннюю волонтерскую кампанию по подключению роботов к облачным сервисам Google. Позднее эта работа была расширена за счет поддержки ROS с открытым исходным кодом и была продемонстрирована на сцене Райаном Хикманом, Дэймоном Колером, Брайаном Герки и Кеном Конли на Google I / O 2011.
  • Национальная робототехническая инициатива США, объявленная в 2011 году, направлена ​​на изучение того, как роботы могут улучшить работу людей, а не заменять их. Он утверждает, что следующее поколение роботов больше осведомлено, чем забывает, больше общается, чем одиноко.
  • Семинар NRI по облачной робототехнике: проблемы и возможности - февраль 2013 г.
  • Дорожная карта для робототехники США от Интернета к робототехнике, 2013 г. - Технологический институт Джорджии, Консорциум робототехнических технологий Университета Карнеги-Меллона, Университет Пенсильвании, Университет Южной Калифорнии, Стэнфордский университет, Калифорнийский университет в Беркли, Вашингтонский университет, Массачусетский институт Технологии США и Робототехника OA США. Дорожная карта выдвинула на первый план «облачную» робототехнику и автоматизацию производства в будущем.
  • Облачный захват роботов с помощью Google Object Recognition Engine.
  • 2013 IEEE IROS Workshop по облачной робототехнике. Токио. Ноябрь 2013.
  • Cloud Robotics - Включите облачные вычисления для роботов. Автор предложил несколько парадигм использования облачных вычислений в робототехнике. Были придуманы некоторые потенциальные области и проблемы. Р. Ли 2014.
  • Специальный выпуск об облачной робототехнике и автоматизации - специальный выпуск журнала IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, апрель 2015 г.
  • Приложение для роботов Магазин приложений для роботов в облаке, предоставляет приложения для роботов точно так же, как приложение для компьютера / телефона.
  • DARPA Cloud Robotics.
  • Первая промышленная платформа облачной робототехники, Tend, была основана Марком Силлиманом, Джеймсом Гентесом и Робертом Киффером в феврале 2017 года. Tend позволяет удаленно контролировать и контролировать роботов через веб-сокеты и NodeJ.
  • Облачные роботизированные архитектуры: направления будущих исследований на основе сравнительного анализа.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки