В 2005 году в американской пустыне Мохаве беспилотный автомобиль впервые прошел путь в 200 км за 6 часов.  Команда из Стэнфордского Университета , создавшая беспилотник Stanley на базе внедорожника Volkswagen, стала победителем конкурса Grand Challenge и выиграла $2 000 000 от его организатора – Управления перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA). Так благодаря технологическому конкурсу была открыта дверь в новую реальность беспилотных машин и дан импульс к созданию мощной инновационной отрасли мировой экономики.

В этом году в России впервые пройдут технологические конкурсы Up Great , новый для нашей страны формат открытых инженерных соревнований, в которых командам необходимо показать прорывные решения глобальных технологических задач. Конкурсы проводятся в рамках Национальной технологической инициативы. Организаторами выступили институты развития:  Российская венчурная компания (РВК) Фонд «Сколково»     Агентство стратегических инициатив (АСИ)   В этом году участникам Up Great предстоит разрушить технологические барьеры в области зимнего беспилотного транспорта и рабочих характеристик водородных топливных элементов.

Выбирая темы для конкурса, организаторы опирались на существующие глобальные вызовы, мнения научных и отраслевых экспертов, в том числе международных. Конкурсные вызовы являются частью «набора критических технологий» НТИ, которые будут оказывать существенное влияние на мировую экономику в недалеком будущем.

При этом преодолевать технологические барьеры придется не в формате презентаций и концепций, а на действующей технике. Как пояснил генеральный директор РВК Александр Повалко, к участию приглашаются только те команды, которые в силах предложить действующие рабочие решения, устройства и прототипы.

Александр Повалко, генеральный директор РВК:

«Это не оплата НИОКР, перед участниками ставят задачу, которая еще нигде в мире не решалась, и тот, кто преодолел барьер, получит значительный денежный приз».

Александр Повалко, генеральный директор РВК:

«Это не оплата НИОКР, перед участниками ставят задачу, которая еще нигде в мире не решалась, и тот, кто преодолел барьер, получит значительный денежный приз».

Однако и денежный приз, по мнению организаторов Up Great, – лишь «вишенка на торте». Главное – создать технологические стартап-команды, способные доводить решение поставленных задач до реального воплощения. По словам председателя правления Фонда «Сколково» Игоря Дроздова, призовой фонд технологических конкурсов – это не только деньги.

Однако и денежный приз, по мнению организаторов Up Great, – лишь «вишенка на торте». Главное – создать технологические стартап-команды, способные доводить решение поставленных задач до реального воплощения. По словам председателя правления Фонда «Сколково» Игоря Дроздова, призовой фонд технологических конкурсов – это не только деньги.

Игорь Дроздов, председатель правления Фонда «Сколково»:

«Преодолевая барьеры, размышляя над решением сложных амбициозных задач, команды, в том числе и студенческие, смогут достичь выдающихся результатов, создать инновационные разработки и реализовать свою мечту. А неожиданные и яркие решения, могут стать отправной точкой для роста новых рынков у нас».

Игорь Дроздов, председатель правления Фонда «Сколково»:

«Преодолевая барьеры, размышляя над решением сложных амбициозных задач, команды, в том числе и студенческие, смогут достичь выдающихся результатов, создать инновационные разработки и реализовать свою мечту. А неожиданные и яркие решения, могут стать отправной точкой для роста новых рынков у нас».

Мировой опыт 

История технологических конкурсов насчитывает более трех столетий. В конце XIX – начале XX веков в Европе разразился настоящий бум авиационных соревнований. Конкурсы имели вполне конкретные задания, которые ставились перед пилотами дирижаблей и самолетов. Например, долететь из одной точки Европы в другую. Затем они сфокусировались на беспосадочных перелетах через Атлантику.

На рубеже нового тысячелетия в мире начался «ренессанс» открытых инженерных состязаний - «вызовов». К числу знаковых конкурсов нашего времени, кроме упомянутого DARPA Grand Challenge, также относится Ansari X Prize , который дал толчок развитию частной космонавтики. По условиям конкурса приз в $10 000 000 был обещан команде, которая сможет в течение двух недель осуществить два пилотируемых суборбитальных космических полёта на одном многоразовом космическом аппарате. В 2004 году это удалось сделать стартапу Tier One, который создал воздушно-космическую систему SpaceShipOne. Затем был сделан корабль большей вместимости SpaceShipTwo. Проект заинтересовал миллиардера Ричарда Бренсона, который создал компанию Virgin Galactic и заявил о своей готовности отправлять на SpaceShipTwo (последняя модификация корабля получила название Virgin Space Ship Unity) космотуристов в суборбитальные полеты.

Мировой опыт 

История технологических конкурсов насчитывает более трех столетий. В конце XIX – начале XX веков в Европе разразился настоящий бум авиационных соревнований. Конкурсы имели вполне конкретные задания, которые ставились перед пилотами дирижаблей и самолетов. Например, долететь из одной точки Европы в другую. Затем они сфокусировались на беспосадочных перелетах через Атлантику.

На рубеже нового тысячелетия в мире начался «ренессанс» открытых инженерных состязаний - «вызовов». К числу знаковых конкурсов нашего времени, кроме упомянутого DARPA Grand Challenge, также относится Ansari X Prize , который дал толчок развитию частной космонавтики. По условиям конкурса приз в $10 000 000 был обещан команде, которая сможет в течение двух недель осуществить два пилотируемых суборбитальных космических полёта на одном многоразовом космическом аппарате. В 2004 году это удалось сделать стартапу Tier One, который создал воздушно-космическую систему SpaceShipOne. Затем был сделан корабль большей вместимости SpaceShipTwo. Проект заинтересовал миллиардера Ричарда Бренсона, который создал компанию Virgin Galactic и заявил о своей готовности отправлять на SpaceShipTwo (последняя модификация корабля получила название Virgin Space Ship Unity) космотуристов в суборбитальные полеты.

Еще один технологический конкурс Netflix Challenge ускорил создание алгоритмов распознавания зрительских предпочтений и в целом дал импульс развития технологиям Big Data. Конкурс вызвал огромный интерес, сделав научно-техническое инноваторство поистине массовым: в соревновании зарегистрировалось более 20 000 команд из 150 стран. А Google Lunar X Prize возобновил интерес к исследованию Луны и позволил создать образцы компактных исследовательских космических роботов.

Автопилот для зимы

Участники конкурса Up Great «Зимний город» должны разработать систему беспилотного передвижения, которая позволит автомобилю без водителя проехать не менее 50 км не более чем за 3 часа. Квалификационные испытания, в которых примут участие 13 команд из разных регионов России, будут проходить на полигоне НАМИ в Дмитровском районе Московской области Там организаторы создадут все условия зимней городской среды: установят дорожные знаки и светофоры, различные препятствия, характерные для зимнего периода времени (сугробы, наледи и пр.). Беспилотные автомобили команд-участников должны доказать, что их системы способны на 100% адекватно распознавать и реагировать на дорожные ситуации в сложных погодных условиях: при плохой разметке, низкой видимости, снежных заносах и прочих «радостях» зимы.

Денис Загарин, руководитель Центра испытаний НАМИ:

«Наличие огромного количества элементов обустройствамостовых сооружений, ж/д переездов, шлагбаумов, систем видеонаблюдения – позволяет имитировать максимальное количество сценариев взаимодействия беспилотников с окружающей средой и друг другом». 

Как сказал Денис Загарин, к квалификационным заездам Центром испытаний НАМИ были организованы технические боксы для команд участников, где они смогут проводить мелкий ремонт и обслуживание своих транспортных средств. В дальнейшем на базе площадки НАМИ планируется создать полигон для испытаний инновационных транспортных средств и дорожной инфраструктуры, не имеющий аналогов в Европе. Загарин уверен, что конкурс Up Great окажет существенную поддержку для формирования и мотивации коллективов, способных решать самые амбициозные задачи в области беспилотного транспорта.

По итогам квалификации лучшие команды «Зимнего города» пройдут в финал, который определит победителя в декабре 2019 года. Призовой фонд составит 175 млн руб.

Дмитрий Песков, спецпредставитель Президента РФ по вопросам цифрового и технологического развития:

«Мы делаем ставку на энергию команд, в которых вместе работают ученые и предприниматели. И у нас есть свои преимущества, например, русская зима. Наши команды должны конкурировать там, где зарубежные не могут работать, – в условиях реальной зимней дороги». 

Согласно данным американских аналитиков страхового автомобильного рынка, ежегодно в мире происходят более 5 млн аварий, в результате которых погибает более 1,2 млн человек. При этом не менее 22% смертельных аварий происходят именно в условиях плохой погоды. Эксперты американской консалтинговой компании McKinsey & Company считают, что переход на беспилотные машины позволит снизить количество ДТП на 90%.

Владимир Грошев, капитан команды Avrora Robotics, которая представляет на конкурс программно-аппаратный комплекс (ПАК) автономного вождения (устанавливается в серийный автомобиль на водительском месте), рассказал РИА Новости, что их устройство способно переключать передачи, поворачивать, тормозить и разгоняться, совершать любые маневры на дороге в полном соответствии с ПДД.

«И все это в условиях зимы: сугробы, сужение проезжей части, ухудшенное освещение и так далее. Наш комплекс во всей красе мы будем показывать впервые», – рассказал Грошев. По его словам, помимо требований к прохождению маршрута есть у «Зимнего города» и другие критерии: например, автомобиль должен иметь определенные габариты. «Барьеры, которые мы должны преодолеть: выехать из сугроба, проехать без проблем по снежному настилу, без потерь пройти заносы и гололед. Все в городской среде», – говорит капитан команды Avrora Robotics.

Одним из конкурентов Avrora Robotics в борьбе за призовой фонд «Зимнего города» будет команда Дмитрия Кузьмищева, ученого из Московского политехнического института. На конкурс они идут под брендом CVL Robotics, в союзе с компанией «Волгабас». Эта команда уже выступала на студенческих соревнованиях «РобоКросс» и теперь готова штурмовать новую вершину, представив на конкурс свой ПАК.

«Деньги вторичны, важнее возможность конкурировать с другими, важен фактор мобилизации для участия в Up Great. Этот конкурс является настоящим испытанием в боевых условиях для всех нас. Он мобилизует и дисциплинирует. Есть четкое задание и четкое понимание сроков его выполнения, и это очень важно», – сказал РИА Новости лидер команды Московского Политеха.

«Мы делали ставку не столько на количество, сколько на качество и квалификацию команд-участниц, для чего разработали высокие требования, а также непростые условия конкурса», – говорит Игорь Дроздов.

Беспилотник «StarLine» 

Мировой опыт

Как показывает мировой опыт, инвесторов и заказчиков часто привлекают не только команды, которые выиграли технологический конкурс, но и стартапы, занявшие второе и третье места или вовсе не взошедшие на пьедестал. Одна из таких историй успеха – израильский стартап SpaceIL, который принимал участие в Google Lunar X Prize. Компания предложила на конкурс самый компактный и легкий аппарат для посадки на Луну. Разработки израильских инноваторов привлекли внимание частного космического гиганта SpaceX. Илон Маск и его коллеги решили предоставить возможность стартапу вывести зонд на геостационарную орбиту Земли с помощью носителя Falcon 9. Далее аппарату самостоятельно предстоит совершить полет в сторону Луны и прилуниться. Таким образом, команда из Израиля первой из всех участников Google Lunar X Prize получила возможность осуществить посадку на Луну и выполнить главные условия конкурса: проехать 500 метров по лунной поверхности, сделать видеосъемку и передать на Землю четкое изображение.

Случается, что во время подготовки основного конкурсного задания команды попутно решают другие технологические проблемы и открывают новые решения в смежных дисциплинах. Работа над проектом зимнего автопилота поможет, например, решить вопросы, связанные с техническим зрением и работой различных датчиков и сенсоров под снегом, а также задачи обработки видеоинформации, полученной в условиях тумана и дождя.

Альянс «Техническое зрение» из Томска, а это 15 команд и научные группы Томского госуниверситета и Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники, подготовили для Up Great автономный пикап грузоподъемностью 1,7 т. По словам руководителя альянса Виктора Ширшина, основная сложность беспилотного вождения зимой в том, что сильно затруднен обзор и не видно дорожной разметки. Команда «Технического зрения» смогла разработать технологию, которая решает эту задачу, ей удалось скомбинировать достижения участников альянса в области радиозрения, лидарных систем, обработки видеосигнала и других технологий.

Подобные комплексные технологические решения могут быть чрезвычайно интересны компаниям, которые уже работают с беспилотными технологиями. Как пояснил корреспонденту РИА Новости замгендиректора РВК Михаил Антонов, сейчас действующие беспилотные системы, установленные на известных робо-мобилях, могут далеко не все. Помимо проблем с управлением в зимнее время, есть, например, трудности в маневрировании при объезде движущихся объектов. Корректно выявить и описать наиболее сложные для беспилотников дорожные ситуации организаторам помог партнер Up Great – Яндекс, у которого уже есть опыт эксплуатации собственных беспилотников в городской среде.

Альберт Ефимов, Руководитель лаборатории робототехники Сбербанка, визионер Up Great:

«Беспилотные технологии – это не только техническое зрение. Это сложнейшее сочетание данных с сенсоров, которыми уже оборудованы современные автомобили – радары, камеры, сонары, а в некоторых случаях и лазерные дальномеры. При этом беспилотные системы вождения сейчас во многом основаны на распознавании ясно видимых деталей дороги, таких как разметка, обочина. А что если эти детали не видны? А что если обочина покрыта снегом с грязью, значительно снижая контрастность изображения? Беспилотные системы вождения надо оценивать не по их безопасности в хороших погодных условиях, а по их безопасности в экстремальных условиях, там, где и человеку непросто справится с управлением транспортным средством».

Двигатель на водороде

Вторая серия конкурсов Up Great касается водородных топливных элементов (ВТЭ). Участникам нужно создать энергетические установки на ВТЭ, сравнимые по эффективности с традиционными источниками энергии для транспортных средств. При этом установки должны быть компактными, легкими и обладать рядом заданных Up Great технических характеристик.

«Гиперкоптер» - коптер, работающий на водородных топливных элементах

Что такое ВТЭ

Водородные топливные элементы (ВТЭ) способны превращать химическую энергию водорода в электрическую в ходе процесса окисления водорода кислородом. Кислород может поступать из воздуха, а водород - из баллона.

ВТЭ обладают рядом существенных преимуществ: они не накапливают электрическую энергию, как другие топливные элементы, поэтому со временем не разряжаются и не нуждаются в электричестве для повторной зарядки. Выработка электроэнергии продолжается до тех пор, пока имеется запас водорода и доступ воздуха. Эти топливные элементы характеризуются высокой эффективностью и экологичностью: результатом «выхлопа» ВТЭ является водяной пар. 

Что такое ВТЭ

Водородные топливные элементы (ВТЭ) способны превращать химическую энергию водорода в электрическую в ходе процесса окисления водорода кислородом. Кислород может поступать из воздуха, а водород - из баллона.

ВТЭ обладают рядом существенных преимуществ: они не накапливают электрическую энергию, как другие топливные элементы, поэтому со временем не разряжаются и не нуждаются в электричестве для повторной зарядки. Выработка электроэнергии продолжается до тех пор, пока имеется запас водорода и доступ воздуха. Эти топливные элементы характеризуются высокой эффективностью и экологичностью: результатом «выхлопа» ВТЭ является водяной пар. 

«Если барьер по ВТЭ будет взят, мы откроем совершенно новые возможности коммерческого использования водорода, прежде всего в сегментах автотранспорта и беспилотной авиации», – говорит гендиректор РВК Александр Повалко.

Для сравнения: беспилотник, который будет оснащен новыми ВТЭ сможет продержаться в воздухе в два раза больше обычного. Это необходимо, например, для непрерывного наблюдения за биосферой, мониторинга лесных пожаров и других областей. 

Юрий Добровольский, лидер конкурсов Up Great «Первый элемент», заведующий лабораторией Института Проблем Химической Физики РАН (ИПХФ):

«Конкурс Up Great ориентирован на освоение рынка. В ближайшее время, я думаю, почти все мелкие грузоперевозки на расстоянии до 100-200 км станут коптерными. Воздушные беспилотники на водородных элементах будут востребованы для обеспечения сотовой связи во время массовых мероприятий, они будут инспектировать системы трубопроводов, доставлять посылки в труднодоступные регионы. ВТЭ не является гальваническим элементом или аккумулятором. Иными словами, в нем самом, внутри нет никакой энергии, которую можно было бы использовать. Но она образуется из внутренней химической энергии вещества, которое в него закачали».

Достижения российских ученых и инженеров здесь теснейшим образом связаны с фундаментальной наукой. Юрий Добровольский возглавляет подразделение ИПХФ, которое занимается водородно-воздушными элементами средней мощности (от 100 Вт – до 5 кВт). «Российская электрохимия, – подчеркнул он, – всегда была мировым лидером». Добровольский напомнил, что российские ученые стали родоначальниками этого направления и довели несколько изделий до мирового уровня, успешно использовав их на подводных лодках и космических аппаратах.

Технологический вызов, тот самый барьер Up Great, который до сих пор не может преодолеть человечество, в случае с ВТЭ заключается в фундаментальных основах топливных элементов. Он связан с физикой процесса создания электричества, которое и обеспечивает работу всей системы.

А раз так, то аппарат, работающий на водородных топливных элементах, обязательно должен возить с собой баллон с водородом. Разумеется, чем компактнее и эргономичнее этот баллон, чем более органично он вписывается в структуру летательного аппарата, тем лучше. Лаборатория Добровольского разрабатывает водородно-воздушные топливные элементы средней мощности. Сфера их применения: портативные источники питания для коптеров, беспилотников и легкой робототехники. Преимуществом технологии является тот факт, что окислитель (кислород) этот тип энергетического элемента берет непосредственно из воздуха.

60 млн руб. получит та команда, которая продемонстрирует водородный топливный элемент для малых беспилотников мощностью не менее 1,3 кВт с заданным условиями конкурса значением удельной массовой энергоемкости. При этом суммарная масса баллона и энергоустановки не должна превышать 7 кг. Причем, на свой летательный аппарат поместить топливную установку не получится: ВТЭ нужно будет смонтировать на специальной мультикоптерной платформе, после чего она должна продержаться в воздухе не менее трех часов. Такие условия позволяют сделать результаты испытаний максимально объективными: тестировать будут не летные качества коптера, а характеристики топливных элементов.

60 млн руб. получит та команда, которая продемонстрирует водородный топливный элемент для малых беспилотников мощностью не менее 1,3 кВт с заданным условиями конкурса значением удельной массовой энергоемкости. При этом суммарная масса баллона и энергоустановки не должна превышать 7 кг. Причем, на свой летательный аппарат поместить топливную установку не получится: ВТЭ нужно будет смонтировать на специальной мультикоптерной платформе, после чего она должна продержаться в воздухе не менее трех часов. Такие условия позволяют сделать результаты испытаний максимально объективными: тестировать будут не летные качества коптера, а характеристики топливных элементов.

Всего на этот конкурс подали заявки семь участников. Александр Зубарев, лидер команды «БВС» («Беспилотные вертолетные системы») рассказал, что он с коллегами разработал для конкурса ВТЭ, способный поднять в воздух коптер массой до 10 кг и БПЛА вертолетного типа массой до 30 кг.
 

Александр Зубарев, лидер команды «БВС»:

«Наш беспилотник на водородном топливе может продержаться в воздухе несколько часов, в отличие от БПЛА, работающем на обычном аккумуляторе, который летает, как правило, не более 30 минут».

Нина Смирнова, капитан команды ЮРГПУ (НПИ)(Новочеркасск) – ИнЭнерджи (Москва) - Сколтех (Сколково, Москва), рассказала в интервью РИА Новости, что решение задачи кроется, прежде всего, в новых материалах и технологиях. Именно поэтому участники команды работают в тесной связке с учеными, занимающимися нанотехнологиями. «В нашем университете в НИИ нанотехнологий и новых материалов разработана новая технология получения катализатора - важнейшего компонента ВТЭ. Инженеры ЮРГПУ(НПИ) также обеспечивают ВТЭ решениями в области автоматики, электроники и пневматики. Университет Сколтех создает функциональную (1-D) модель энергоустановки, а специалисты ИнЭнерджи помогают с производством и тестированием изделия. Сложность заключается в том, что вся установка должна быть очень легкой», –  объясняет Нина Смирнова.

Приз, который достанется создателю мощного и энергоэффективного ВТЭ для автомобиля, составляет 140 млн руб. В рамках конкурса нужно создать ВТЭ, которые преодолеют показатель удельной энергоплотности в 500 Вт*ч/литр. Если это удастся, то помимо автомобилистов миллионы любителей мотоциклов, катеров и прочей моторной техники получат экономный и экологичный движок, а Россия станет первой на стратегически важном мировом рынке. По оценкам Frost&Sullivan, к 2020 году ТОП-12 мировых производителей выведут на рынок не менее 20 моделей автомобилей, работающих на водородном топливе. Их производство будет расти экспоненциально, и к 2020-ым годам на мировом рынке будет реализовано почти 600 тысяч автомобилей на ВТЭ.

Вызовы будущего

Главным итогом испытаний Up Great может стать дорожная карта формирования новых отраслей современной технологичной экономики. Среди потенциальных областей новых конкурсов – искусственный интеллект, генетика, ассистивные технологии. «Мы преследуем вполне конкретные экономические цели, решаем задачи прикладного характера, поэтому предметами конкурсов Up Great становятся не сами фундаментальные научные проблемы, а именно прикладные, пусть и связанные с ними. Их реализация позволит преумножить капиталоемкость как экономики в целом, так и компаний – авторов прорывов. Истории, которые мы планируем развивать, имеют хороший инвестиционный потенциал», – отмечает директор департамента по развитию и продвижению технологических конкурсов и инициатив Фонда «Сколково» Вячеслав Гершов.

Одним из наиболее перспективных направлений может стать подводная робототехника. Михаил Антонов считает, что в случае успеха возможно создание нового класса этих изделий, целой индустрии суперсовременных глубоководных подводных роботов с лейблом Made in Russia. Россия обладает огромным шельфом, в котором может находиться до 25% мирового запаса нефти и природного газа. Решение задач по добыче углеводородных ресурсов на шельфе и развитию современного рыболовства невозможно без новой техники. И с этой точки зрения роботизированные системы, способные эффективно работать под водой, по мнению Антонова, будут все более востребованными.