Рамиль Сафин – аспирант Института информационных технологий и интеллектуальных систем (ИТИС) КФУ и победитель конкурса профессионального развития. Рамиль преподает два магистерских курса в КФУ по направлению робототехники, изучает японский язык, занимается созданием моделей роботов в симуляторах.

В интервью Рамиль рассказал о том, как сейчас обстоят дела в области робототехники в России и мире, чем опыт японских коллег может быть полезен современной научно-образовательной среде.

Рамиль, в этом году вы в составе команды одержали победу на международном конкурсе по поисково-спасательной робототехнике RoboCup Rescue League 2022. Поздравляем вас! Расскажите, пожалуйста, подробнее о конкурсе и своем участии в нем.

RoboCup – соревнование международного уровня, которое летом этого года проходило в Бангкоке в смешанном формате: были команды, которые выступали очно, но также были те, кто принимал заочное участие. Конкурс нацелен на повышение уровня автономности мобильных роботов, которые применяются для выполнения поисково-спасательных операций. На соревнованиях команды разрабатывают и улучшают дизайн роботов, оптимизируют алгоритмы, в том числе алгоритмы навигации и преодоления препятствий, тренируют навыки удаленного управления роботами (т.е. телеоперации). Если говорить о глобальной цели конкурса – это, конечно, обмен опытом: на площадке RoboCup собираются специалисты со всего мира, и каждый показывает, какой прогресс достигнут в направлении поисково-спасательной робототехники в той или иной стране.

Сами соревнования состоят из нескольких этапов, полигонов различного типа. Например, в одном полигоне роботу необходимо автономно, то есть без внешнего вмешательства человека, проехать по узкому проходу, преодолеть некоторые препятствия, нередко довольно серьезные: например, на робота что-то падает сверху, ему нужно проехать по неровной поверхности. Без внешнего контроля робот, конечно, легко может перевернуться и пострадать. Но в этом и смысл соревнования, чтобы таких ситуаций не происходило.

Как вы попали в команду и как была выстроена работа внутри?

Благодаря победе в конкурсе Фонда Потанина мне удалось поехать на стажировку в Киото, культурную столицу Японии. Изначально передо мной стояли только научно-образовательные задачи, но так получилось, что мне представилась возможность принять участие и в RoboCup. Поскольку я сотрудник лаборатории интеллектуальных робототехнических систем (ЛИРС) в Институте информационных технологий и интеллектуальных систем Казанского федерального университета, за моими плечами большой опыт работы в симуляционных средах.

Поэтому все звезды сошлись: со стороны Киотского университета были сильные специалисты в мехатронике, а я прорабатывал созданные ими алгоритмы для участия в конкурсе. Проведение полевых испытаний подвержено многим факторам. Чтобы понять, как робот будет себя вести в реальном мире (на соревнованиях), нужно очень много сделать: построить полигон, разместить на нем робота, в процессе могут возникнуть какие-то неполадки, нужно следить за зарядом батареи, чтобы продолжить эксперименты. В общем, есть свои трудности. А в симуляции таких трудностей нет, можно запустить за одну минуту, условно, 100-500 симуляций и оценить их результаты. Это экономит и время, и ресурсы.

Что входило в вашу зону ответственности в рамках работы в команде?

В команде я был ответственным за создание виртуальной модели робота. Он назывался FUHGA 3. Виртуальную модель FUHGA 3 я создавал в симуляторе Gazebo (один из наиболее популярных симуляторов для создания роботов и отработки алгоритмов). Наш робот был гусеничным, с манипулятором, который позволял захватывать объекты, и множеством сенсоров, включая камеры, лазерный дальномер, инерциальный измерительный блог. Это, по сути, стандартный набор, и на соревнованиях использовались все эти сенсоры.

Основная сложность симуляции была в создании гусениц робота. Динамика и кинематика гусениц, например, моделирование трения гусениц с поверхностями – это сложная физика, в случае с гусеницами гораздо более сложно реализуемая, чем если бы мы рассматривали обычные круглые колеса. На сегодняшний день есть несколько решений по созданию таких моделей, в частности, наша лаборатория ЛИРС, Казанского федерального университета, занимается этим вопросом, мы публикуем статьи по данной теме. Команда была в восторге, потому что у робота работали гусеницы, да и подобная симуляционная модель у них появилась впервые. До этого они тестировали все в лабораторных условиях, постоянно собирали полигоны, проводили тесты – это было не очень удобно. Надеюсь, что я им помог!

Процесс подготовки к соревнованию был построен гибко: каждые три-четыре дня я отчитывался о прогрессе, у нас были очные встречи несколько раз в неделю. В течение трех недель была сделана функционирующая модель гусеничного робота, которая уже была готова к использованию. Я записал для членов команды видео, как все запустить, написал подробные инструкции. Кстати, инструкции им особенно понравились, потому что я уделил внимание к деталям – описанию модели, коду, программным модулям.

В научной сфере есть определенные стереотипы, что в науке все не документируется, делается быстро-быстро, главное, чтобы работало. А вопросы документации – это к IT-шникам, программным инженерам, которые делают большие бизнес проекты, например, для банковских систем. Вот там уже надо более серьезно относиться к документации. На самом деле это неправда. В науке люди действительно больше стремятся к научным результатам, нежели к тому, чтобы задокументировать код. Поэтому, мне кажется, команда и была в некотором шоке, что я все максимально подробно расписал. За это отдельное спасибо Институту информационных технологий и интеллектуальных систем КФУ, кафедре интеллектуальной робототехники и всем преподавателям, которые обучали меня всем фишкам программной инженерии.

Кстати, на соревнованиях я физически не присутствовал, хотя и был членом команды. Следил за ребятами онлайн, переписывался с ними. По возвращении они поделились со мной впечатлениями.

Расскажите, пожалуйста, почему вы выбрали именно робототехнику как направление своих научных и профессиональных интересов?

Сейчас в России и в мире стало гораздо больше активностей в сфере робототехники. Я помню, в детстве мечтал построить полностью автономный дом, чтобы везде были камеры, датчики. Смотрел мультики вроде «Инспектора Гаджета», много фантазировал на эту тему. Потом я повзрослел и стал смотреть на мир по-другому, более объективно, приземленно, но интерес к роботам перерос в любовь к техническим наукам. Я учился в лицее №83 в Казани (физико-математический лицей), перевелся туда в пятом классе. 

Сейчас я даже немножко завидую современным детям – в школах начинают преподавать робототехнику, есть специализированные кружки, где изучают кинематику, динамику роботов. У меня такого не было, я довольствовался тем, что в программе были математика, физика, немного программирования. На четвертом курсе бакалавриата я услышал, что у нас в институте открылась новая Лаборатория интеллектуальных робототехнических систем, кафедра интеллектуальной робототехники. Я тогда вообще не понимал этих слов: что за лаборатория, что там делают, мне представлялись какие-то пробирки и колбы, люди в халатах. Сейчас, конечно, становится смешно от этой мысли.

Я изучил вопрос, посмотрел, кто руководит лабораторией, и оказалось, что руководителем является известный ученый, профессор Евгений Аркадьевич Магид. У него очень внушительная биография, места работы, образование. Я сразу подумал: «Вот это да, попробую-ка попасть к нему в лабораторию». Один из моих преподавателей по программированию – Александр Марченко – поддержал меня в этом стремлении. Поступить получилось достаточно легко, и с этого шага как раз начался мой путь в области робототехники, который длится вот уже шестой год. Здесь много интересного, но и сложного тоже хватает.

Робототехника включает в себя огромное множество смежных наук: это и физика, и оптика, и машинное обучение, компьютерное зрение – очень много всего, и список постоянно пополняется. Например, психология и робототехника имеют много общего. В современном мире мы ведь говорим и про взаимодействие роботов с людьми. Если человеку нравится придумывать различные хитрые и интересные алгоритмы, нравится создавать что-то руками, хочется, чтобы у роботов появлялись чувства, то вам точно сюда. Это одновременно и  интересно, и сложно. Вот эта сложность, наверное, меня захватывает даже больше, чем интерес: хочется добиться чего-то глобального, доказать, что невозможное – возможно.

Какие цели вы ставите перед собой в краткосрочной и долгосрочной перспективе? Чего хотели бы добиться в профессиональной деятельности?

В ближайшие два-три года я планирую закончить аспирантуру. Про долгосрочную перспективу говорить трудно – когда я поступал, у меня, конечно, были определенные планы, но в процессе происходит переоценка ценностей, планы меняются. Хотя некоторые из них сбылись, например, поездка на стажировку в Японию. Когда я учился в магистратуре, я тоже ездил в Японию на стажировку, у меня остались очень хорошие впечатления, поэтому при поступлении в аспирантуру в 2019 году были мысли о том, что надо будет реализовать повторную поездку. Все получилось!

В университете я веду два курса для магистров: по техническому зрению и по датчикам робототехнических систем. После стажировки я многое узнал, переоценил, и сейчас занимаюсь переработкой этих курсов. Знаю, что у Фонда Потанина есть конкурс для преподавателей магистратуры, хочу в следующем году принять в нем участие. Надеюсь, что получу поддержку и смогу развить свои программы.  

Есть планы по расширению горизонтальных связей в научно-образовательной среде, особенно, с российскими коллегами. Было бы здорово начать сотрудничать, обмениваться опытом. Если говорить про зарубежных коллег, стоит сосредоточиться на Азии: Китай, Япония, Таиланд. С Китаем у нас, например, сейчас идет неплохое взаимодействие, есть общие международные заявки на гранты. Так что у меня есть все шансы реализовать планы.

Как победитель конкурса Фонда Потанина вы получили возможность поехать на стажировку в Японию. Расскажите, пожалуйста, об этом опыте.

Когда в 2019 году, будучи магистром, я на месяц съездил в Японию на стажировку, понял, что хочу вернуться туда еще раз. И как турист, и как ученый. Спустя некоторое время наша лаборатория начала реализацию совместного гранта с Японией и Таиландом, проект назывался «еАзия», в нем принимали участие университеты Махидол (Таиланд), университет Рицумэйкан (Япония) и Киотский университет (Япония).

С Киотским университетом в рамках наших онлайн-встреч по проекту нам (большое спасибо моему научному руководителю Евгению Аркадьевичу) удалось договориться о моей стажировке. По случайному стечению обстоятельств в это же время Фонд Потанина запустил новый конкурс профессионального развития. По-моему, я был одним из первых участников, подавших заявку. Оформить ее было несложно – я ожидал какого-то большого объема документации, мороки с бумагами. Но все получилось довольно просто и быстро: буквально за два-три дня заявка была готова.

Для меня опыт коммуникации с Фондом был крайне положительным – мы постоянно поддерживали контакт с менеджером, списывались раз в неделю, обсуждали ситуацию с закрытием границ, ведь в самом разгаре была пандемия коронавируса. Поддержка была колоссальной, меня просто уверяли, что обязательно найдется выход, возможно, придется перевести очный формат стажировки в заочный. Фонд разрешил внести изменения в сроки реализации программы, перераспределить бюджет – это позволило мне осуществить запланированную поездку. Очень за это признателен Фонду и его сотрудникам.

Какими знаниями, полученными во время стажировки, вы бы хотели поделиться со своими коллегами в КФУ?

Я до сих пор переосмысливаю тот опыт, который получил на стажировке. Я изучал образовательные и научные процессы, сам принимал в них участие. Например, у коллег есть очень интересные научные семинары, они называются «кенкьюкай (яп. 研究会)». Их можно сравнить с предзащитой в наших университетах, хотя на самом деле это еженедельные встречи, на которых участники делятся своим научным прогрессом. Есть расписание выступлений, спикеры готовят презентации и рассказывают о текущем прогрессе в научной деятельности. На «кенкьюкай» можно получить обратную связь от научных руководителей, обсудить прогресс, ответить на вопросы коллег (например, я сам на таких семинарах задавал вопросы), получить здоровую критику. Мне очень понравился этот формат. Как раз о нем я много рассказывал коллегам по возвращении.