Как я использую рои робопсов

То, что мы называем робособакой, — это, по сути, мобильная аппаратная платформа. У неё есть четыре ноги с приводами, аккумулятор, бортовой компьютер и полезная нагрузка.

Ещё есть роверы — колёсные платформы. Роверы проще, дешевле и надёжнее на ровном асфальте, но собака — это вездеход.

Для нас это просто ещё один вид железа, который мы используем в общем контуре охраны. Такой же, как поворотная камера или датчик движения на заборе. Только этот датчик умеет бегать.

Зачем вообще собаки, если есть дроны? БПЛА — штука отличная, но у них есть конкретные недостатки для охраны периметра 24/7. Дрон висит в воздухе 30–40 минут, а потом летит на базу. Ну и, конечно, он жужжит и виден всем. Он не взлетает в метель, почти не умеет двигаться по помещениям и, самое главное, не умеет открывать двери. А собака с рукой на спине отлично умеет.

Робопёс работает в полях часами, может спрятаться в траве, пройти под трубопроводом и не боится ветра.

В отличие от дронов робособаки уже работают координированными флотами с обменом информацией друг с другом через p2p-сети и mesh. Они строят p2p-сети, собака с радиодоступом к центру может работать мостом к совсем далёкой собаке за горизонтом и так далее.

Рассказываю, как мы используем целые рои робопсов для охраны на самых ответственных объектах и в мониторинге аварий в той же нефтянке, где бывают метели или надо открывать двери. Но чаще охраняем критически важные объекты.

Эту статью мы готовили вместе с Денисом — солюшн-архитектором Centicore. Он у нас местный агент 007. Работал с ЦОДами крупных компаний, интегрировал физическую безопасность с айтишной инфраструктурой и делал «карты мародёров».

Сейчас он занимается аудитом и IT-решениями под ключ, так что экспертиза тут максимально прикладная. В общем, рассказываем вместе, что там у роботов под капотом.

— Что было раньше?
Робособаки и роверы — это не хайп, а эволюция. Раньше подобные технологии были штучными и безумно дорогими — вспомните марсоходы или луноходы. Это были надёжные аппараты на суровых чипах за миллионы, созданные для разведки, а не для защиты.

В охране объектов мы использовали платформы на машинах.

Сейчас произошло три вещи: подешевели чипы, развился ИИ и наладилось производство. Теперь мы можем использовать автономные комплексы (роверов и собак) для земных коммерческих задач.

— Зачем они нужны, если можно просто поставить камеры везде?
Камеры хороши для стационарных компактных объектов. А у нас часто или трубопровод на сотни километров, или линия электропередачи в тайге, или огромный НПЗ (нефтеперерабатывающий завод). Там задача — не просто «охранять периметр», а инспектировать: проверять оборудование, искать утечки, смотреть на датчики. Стационарная камера не заглянет за угол и не проверит трубу в лесу.

Второй тип задачи — это работа вместе с летающими дронами (БПЛА), когда сами дроны чего-то не могут. Например, на буровой или заводе часто нужно открыть техническую дверь, чтобы проверить приборы. Дрону нужен человек-сопровождающий, а робособака с манипулятором-рукой делает это сама. Если к роботу приставлен человек, то теряется смысл автономности.

— Робот лучше живой служебной собаки?
У них разные ниши. Живые собаки на объектах тоже есть, а на ответственных они будут ещё и с киберпанк-обвесом вроде камеры или нелетального вооружения. Но живые собаки в охране — это очень простая цель: их легко пройти с огнестрелом. Специализированные робособаки могут нести среднюю и тяжёлую броню (но это редкий фактор выбора).

Гораздо важнее, что робот не спит, не ест, не устаёт, не капризничает. Его не нужно годами тренировать (у живых собак отбор — как в спецназ: проходит одна из 10). Робота сложнее уничтожить: его нельзя отравить колбасой или усыпить газом. Затраты на робота — это только электричество и ремонт, а на живую собаку нужен штат кинологов.

Живые собаки очень плохо масштабируются, а роботов можно привезти хоть завтра.

Собаки капризные и могут неточно выполнять задачу.

Что пока отсутствует у роботов — это нюх. У робота может быть газоанализатор, он поймёт химический состав (утечку метана, например). Но робот не может, как овчарка, взять след конкретного человека по запаху.

— Как робот устроен внутри? Можно ли залить туда свой софт?
Железная платформа — это биомимикрия то ли лошади, то ли кузнечика, то ли ещё кого-то на четырёх опорах. Вероятно, сначала это была крыса, а дальше пошли разные фичи. Механика шарниров списана с животных. Платформы бывают разного размера — от игрушек до носорогов для переноски тяжёлых грузов. Перёд и зад у современной собаки отличаются только расположением датчиков, двигаться она может в любую сторону.

Дальше — ядро и операционная система. Там зашиты базовые навыки: ходить, держать равновесие, базовые интеграции с оборудованием и базовое API. Часто производители закрывают доступ к ядру ради безопасности (чтобы вы программно не сломали ноги роботу). Например, у многих нельзя заставлять собаку идти через воду или выгибать суставы на небезопасный уровень. Движение, например, чаще всего реализовано через «Иди вот к этим координатам», а выбор пути по камням и грязи, а также конкретные движения ног — на ядре.

Наружу торчат API и телеметрия.

Уровнем — выше приложения: сюда можно писать свой софт через API. Например, сценарии патрулирования, интеграцию с камерами или логику поведения. Можно дописывать всякие кастомные штуки типа взаимодействия с навесным оборудованием через API. 

Собаку на объект мы заносим так: получаем, распаковываем, тестируем, заносим на объект, коннектим к аналогу MDM-сервера. Сервак разливает ей апдейты и прикладные приложения, возможно, доставляет какой-то драйвер (иногда — кастомный), затем он же подключает её к диспетчерскому контуру и разливает ей задания. Модуль исполнения задания вроде патрулирования обычно уже есть «из коробки».

На объектах специалисты по ИБ закрывают порты, блокируют отправку данных вовне, отрубают облачные сервисы производителя (если вдруг собака с 4G-модемом). Робот работает в закрытом контуре.

— Какой типовой обвес?

• Платформа — одна штука с аккумуляторами.

• Вычислительный модуль — там память для автономного режима (в основном пишет данные лидара), мощный процессор для видеоаналитики и всё остальное — стандартные.

• Камеры — от одной спереди и штук до восьми по периметру, иногда крупные две — спереди и сзади.

• Лидар почти всегда есть — хотя бы базовый.

• Сонар сейчас часто добавляют, потому что лидар плохо работает с водой, стеклом, полиэтиленом и т. п. Собаки с сонаром не бегают через окна и витрины.

• Радары: на дорогих собаках стоят как обычные радары, так и для сканирования поверхности. Например, они могут пробивать осеннюю листву, снег, проверять плотность покрытия и так далее: это чтобы они не наступили на что-нибудь, на что наступать не надо, и чтобы быстрее бегать за вами по лесу, болоту и горным склонам.

• Модем (чаще всего — радиоканал, реже — сотовый модем, на иностранных собаках регулярно встречаются спутниковые).

• GPS/ГЛОНАСС — для получения координат.

• Микрофоны — для получения команд от «своих» и для записи логов.

• Как правило, есть дополнительное оборудование. Чаще всего это рука из спины (доступна прямо в базовых комплектациях для совместимости с объектами для людей, чтобы трогать дверные ручки, оборудование и т. п.).

Всё это пока не настолько развито, как в случае с БПЛА. Нет единого стандарта ОС, нет единых платформ, каждый производитель держит своё ноу-хау. Очень много вещей из функций ядра ограничено, и до них не долезть. Как DJI не взлетит при сильном ветре, так и собаки часто не делают многих вещей. В случае с БПЛА это всё давно и просто обходится множеством кастомных сборок, а в случае с собаками такого пока мало. С дронами проще: купил запчасти на Алиэкспресс, поставил ArduPilot — и полетел. С робособаками так не выйдет. Платформы сложные, проприетарные, собрать в гараже кустарную собаку, которая будет ходить, не падая, пока почти невозможно. Приходится покупать готовое и с трудом допиливать.

Есть умельцы, которые перехватывают видеопоток и эмулируют сигналы с пульта (внешнее управление), чтобы обойти ограничения производителя, например, наступить на заведомо опасный предмет, чтобы его активировать (китайские собаки уже знают, как выглядят такие предметы и как далеко их потом разметает). Но влезть глубоко в код и заставить её, например, прыгать выше, чем заложено в ядре безопасности суставов, очень сложно.

— Как они ориентируются?
Если есть известная карта (точнее, 3D-модель местности) — она грузится из центра с того самого аналога MDM-сервера. Дальше собака строит свою локальную модель сама на основании данных лидара, радара, сонара и камер.

Если карты нет, то собака движется самостоятельно по заданию, собирая для неё данные. Если канал широкий, то сразу их и отправляет, а если только телеметрия-управление или вообще нет — сохраняет локально и отдаёт при возвращении на зарядку.

Когда несколько собак в автономке, они строят p2p-сеть и обмениваются своими упрощёнными макетами территории или апдейтами уровня «тут дерево упало, а на карте этого нет». Полноценную карту они выстроят и обсчитают потом, когда вернутся.

Само построение карты — это тоже тип задания для роя, который просто аккуратно и медленно обойдёт всю территорию и составит карту, а по ней уже можно будет уверенно бегать на полной скорости. Они пробьют радарами все покрытия, пощупают лапами лужи, тряпки на полу и т. п. и всё запишут. Если что, ваш робот-пылесос делает то же самое в вашей же квартире.

Ещё один способ обследования или ориентации — с летающим дроном, когда он ведёт собаку сверху и даёт ей те самые упрощённые макеты территории. Пока это нативно реализовано только в очень специальных назначениях, про которые говорить не буду. Чаще дрон со своим софтом строит собственную карту, она попадает в сервер, там конвертируется, дальше отдаётся собаке. Либо же собаку и дрона переключают на операторов, и они ведут наземный комплекс по данным дрона.

В помещении или при работающей глушилке — если спутников нет (ангар, подвал) или их глушат — робот переходит на навигацию по лидарам, камерам и гироскопам. Также он строит карту сам или использует предзагруженную.

Собаки редко отходят дальше, чем на пять километров от радиосети, поэтому чаще всего эксплуатируются с постоянными апдейтами от всего роя и, если что, могут вызвать оператора.

— Как робот видит стеклянные двери?
Сонаром. А в новых моделях есть алгоритм проверки грунта. Собака аккуратно тыкает одной ногой поверхность, замеряя сопротивление и давление. Если твёрдо — идёт. Если вязко или можно провалиться — помечает зону как непроходимую и ищет обход. Плавать они не умеют, потому что банально тонут во всём, кроме ртути, но броды глубиной 30–70 см (при защите IP68) проходят. Специальные собаки проходят и водоёмы покрупнее. 

— Как они ходят по лестницам?
Каком кверху. Буквально. Почему-то у многих такой алгоритм, скорее всего, видеть, что внизу, важнее, а там — основная камера. Лестница — это функция ядра, причём довольно простая.

— Как они ходят через автодорогу?
Если дорога обозначена на карте как «можно перебегать», то будут бежать, как обычно. Лидара хватает, чтобы заранее заметить машину, едущую со скоростью до 60 км/ч и вовремя увернуться.

Если дорога далеко от объекта или не обозначена как безопасная, то будут аккуратно переходить. Сдетектируют, скорректируют маршрут так, чтобы не было диагонали через полосы (переходят под прямым углом, если нет препятствий), посмотрят в обе стороны и лидаром, и камерами, перейдут.

На оживлённые шоссе, где машины едут со скоростью 120 км/ч, мы их не отпускаем.

— Если на пути — кусты или высокая трава?
Для лидара куст — это стена. Но алгоритмы умеют распознавать проницаемые препятствия типа листвы или тепловых завес из полиэтиленовых полосок. Робот обязательно снижает скорость и аккуратно продавливает препятствие. Прыгать через кусты, как в роликах Boston Dynamics, в реальной работе на объекте никто не будет: слишком велик риск.

— Когда они вызывают оператора?
По аппаратной проблеме (застряла в сугробе, утонула в грязи или сломала ногу), по нарушителям, по нештатным ситуациям (видит пожар), по любым другим триггерам, которые гибко настраиваются. Если собака не в автономке, то оператор может перехватить контроль и управлять ею с пульта. Если же собака в автономке, то она может прокинуть реле через нескольких других собак, используя их как промежуточные точки сети. Если и этого нет, то просто передаёт данные о событии по самому простому каналу типа радио (без видеопотока).

— Как робот работает в метель или мороз – 40 °C?
Тепла от процессора не хватит на обогрев всей собаки, потому что мёрзнут шарниры, в частности, смазка в них. Нужен северный пакет: отдельный контур обогрева аккумулятора и подогрев шарниров (такие конфигурации уже есть).

Снег залепляет камеры и лидары. Сама собака не может потереться о дерево, чтобы почистить их. Поэтому используются встроенные системы: подогрев стекла, дворники (редко) или ультразвуковая чистка — это когда вибрация сбрасывает грязь.

В сильную метель эффективность падает (много шума на датчиках), но радиосигнал управления через метель проходит отлично. Собака движется по предзагруженной карте и «на ощупь».

Дождь ничего плохого им не делает.

Песчаная буря — тот же класс защиты, что и от воды.

Грязь — просто вязкое препятствие, а не опасность.

Могут упасть со скользкого камня — это алгоритмы поиска пути и проверки поверхности.

Могут упасть в овраг, но если он есть на карте или появился там уже после первой упавшей туда собаки (чаще всего так происходит только на стройках) — существуют специальные алгоритмы обхода краёв, когда они ещё не встают на склоны, которые могут осыпаться.

У нас они чаще всего ломались на участках, где идёт стройка.

— Почему их страшно пускать на стройку?
Стройка — это хаос. Ландшафт меняется каждый час (вырыли яму, насыпали гору). Всякие кабели и шланги, валяющиеся на земле, или полиэтиленовая плёнка. Роботу сложно их заметить, он может запутаться, намотать их на ноги. Они там падают в какие-то новые ямы или их давит тяжёлой техникой. Они хорошо уворачиваются от техники, но не могут выбраться из тупиков. Стройки мы охраняем дронами или почти всегда ведём под контролем оператора.

— Что если робот сломался в лесу? Другой робот его спасёт?
Протоколов эвакуации (когда одна собака тащит другую) пока нет.

Если отказала одна нога, то робот может попытаться доползти на трёх — такие алгоритмы коррекции движения есть.

Если отказ полный — шлёт координаты: забирать его придётся людям.

Специальные собаки могут ползти на двух лапах, но это считается неэффективным, поэтому они занимают круговую оборону и просто сигналят, чтобы их забрали.

— Может ли робот задержать нарушителя?
Обычно собаки мониторят и кого-то вызывают. Задержание развито в Китае. На спину робота вешают спецсредства:

1. Стробоскопы бьют по глазам, а звуковые пушки или свистки (120+ дБ) вызывают физическую боль в ушах. Ещё собака может кидаться светошумовыми гранатами. Другим собакам, кстати, всё это не повреждает датчиков.

2. Контейнеры со слезоточивым газом или другим нелетальным вооружением.

3. Электрошокеры, стреляющие двумя электродами.

4. Сеткомёты на роверах — на собаках это редкость (опасно для человека: можно его задушить) — чаще применяют против животных.

Собаки не решают, когда всё это применять: видеоаналитика ещё не настолько надёжна. Робот обнаруживает нарушителя, ведёт его (трекинг), но команду на применение силы даёт только оператор с пульта.

У своих на объекте есть RFID-метки или другие средства, чтобы собаки не триггерились на них, плюс они могут знать сегодняшний пароль, который можно сказать в микрофон («ОСТАНОВИТЬ МОТОРИКУ!»).

— А-а-а, вот зачем микрофоны!
Не только. Собак затачивают под взаимодействие с охраной: им можно голосом отдавать простые команды. Плюс они ведут подробные логи. Робот пишет всё: видео, логи системы и звук (стереомикрофоны). Это нужно для суда. У нас было так: «Я грибник, просто гулял по ядерному объекту, а ваша собака ударила меня током». Поднимают запись: видно, что он лез через забор, игнорировал предупреждения и тащил мешок с медным кабелем.

Так что не приходите на наши объекты: мы вам не рады!

Вот так. Спасибо Денису за рассказ! Если интересно, как устроен комплекс, то можем рассказать, как охраняем что-то гражданское.