Виртуальные среды обучения в задачах освоения Луны с помощью роботов

Сергеев Сергей Федорович
д.псх.н., Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого (СПбПУ), НИЛ «Эргономика сложных систем», профессор, заведующий научно-исследовательской лабораторией, 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, тел.: +7(911)995-09-29, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.,
ORCID: 0000-0002-6677-8320

Харламов Максим Михайлович
к.э.н., ФГБУ «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина» (ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина»), первый заместитель начальника, 141160, Московская область, Звездный городок, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Крючков Борис Иванович
д.т.н, ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», г.н.с., 141160, Московская область, Звездный городок, тел.: +7(495)526-34-37, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Усов Виталий Михайлович
д.м.н, ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», профессор, г.н.с., 141160, Московская область, Звездный городок, тел.: +7(495)526-59-55, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0001-9759-3444

Михайлюк Михаил Васильевич
д.ф.-м.н., Федеральное государственное учреждение «Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук», профессор, начальник отдела, 117218, Москва, Нахимовский просп., д. 36, к. 1, тел.: +7(499)129-28-30, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-7793-080X

Материал поступил в редакцию 15 августа 2020 года.

Аннотация
Обосновывается использование искусственных виртуальных сред обучения (ВСО) для повышения качества профессиональной подготовки космонавтов (ППК) при реализации инновационных проектов роботизированного освоения Луны. Целью статьи является описание методологии создания виртуальной иммерсивной среды, отражающей ключевые особенности взаимодействия человека и лунных роботов, что создает благоприятные условия для формирования общетехнических компетенций и развития умственных навыков принятия решений у космонавтов с учетом высоких требований к безопасности испытаний новой космической техники в условиях реальных лунных миссий. Обобщен опыт использования технологий компьютерного моделирования для тренировок операторов различного профиля, в том числе виртуальных тренажеров, как одного из примеров образовательных технологий, содержащих модели виртуальной реальности (ВР). Что касается профессиональной подготовки космонавтов, то приоритеты использования ВСО зависят от глубины и уровня детализации разработки новых проектов, в частности с роботизированным обеспечением освоения Луны. Пользовательские свойства ВСО должны соответствовать этапу подготовки космонавта и задачам, которые должны быть решены на этом этапе. Сегодня этот методологический подход определяет место и роль технологий виртуальной реальности в проектировании систем взаимодействия человека и робота во время значимых операций, которые будут выполняться в лунных миссиях. Изучены возможности формирования профессионального опыта и общетехнических компетенций космонавтов в наземных условиях на основе использования ВСО для расширения участия космонавтов в новых проектах роботизированного освоения Луны. В соответствии с содержанием дорожных карт пилотируемых полетов разработаны виртуальные модели систем дистанционного управления для различных типов лунных роботов. Для моделирования деятельности космонавтов на Луне и исследования многомодальных интерфейсов «человек – лунные роботы» разработаны и испытаны варианты построения визуальных сцен и виртуальных моделей роботов для виртуальных тренажеров. С целью создания платформы для проектирования BCO в виде виртуальных тренажеров обобщен предшествующий опыт VR-моделирования и 3D-визуализации. Показаны перспективы использования методологии построения «виртуального космического эксперимента» при отработке взаимодействия «человек – лунные роботы» на ранних этапах разработки лунных миссий, обосновывается расширение трактовки роли исследовательской платформы с ВСО, для поиска рациональных путей реализации инновационных решений робототехники в пилотируемых полетах. Активное вовлечение космонавтов в инновационный процесс создания новой техники на ранней стадии эргономического прототипирования создает благоприятные условия для их формирования испытателей новой техники и исследователей космической среды.

Ключевые слова
Виртуальная среда обучения (ВСО), инновационные проекты, лунные миссии, профессиональная подготовка космонавтов.

https://doi.org/10.31776/RTCJ.8301 

Индекс УДК 
37.02:37:004.89:159.9:612:378.2

Библиографическое описание
Сергеев С.Ф. Виртуальные среды обучения в задачах освоения Луны с помощью роботов / С.Ф. Сергеев [и др.] // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 8. - №3. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2020. – С. 165-174. – Текст : непосредственный.

Литература

1. Сергеев С.Ф. Обучающая среда: концептуальный анализ // Школьные технологии. – 2006. – № 5. – С. 29-34. – Текст: непосредственный.
2. Сергеев С.Ф. Методологические основы проектирования обучающих сред // Авиакосмическое приборостроение. – 2006. – № 2. – 2006. – С. 50-56. – Текст: непосредственный.
3. Сергеев С.Ф. Обучающие и профессиональные иммерсивные среды. – Москва: Народное образова-ние, 2009. – 432 с. – Текст: непосредственный.
4. Сергеев С.Ф. Виртуальные тренажеры: проблемы теории и методологии проектирования // Биотехно-сфера. – 2010. – № 2 (8). – С.15-20. – Текст: непосредственный.
5. Принципы построения и программно-алгоритмическое обеспечение человеко-машинного интерфейса для автономных роботов и мультиагентных робототехнических систем / В.М. Лохин [и др.] // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2016. – № 17(9). – С. 606-614. – URL: https://doi.org/10.17587/mau.17.606-614 (дата обращения:15.09.2020). – Текст: электронный.
6. Взаимодействие оператора и роботов при обучении показом и телеуправлении гетерогенными робототехническими системами на основе модели формы движения / С.Э. Чернакова [и др.] // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2017. – №18(7). – С. 458-468. – URL: https://doi.org/10.17587/mau.18.458-468 (дата обращения:15.09.2020). – Текст: электронный.
7. Сергеев С.Ф. Введение в проектирование интеллектуальных интерфейсов: учеб. пособие / С.Ф. Сергеев, П.И. Падерно, Н.А. Назаренко. – Санкт-Петербург: СПбГУ ИТМО, 2011. – 108 с. – Текст: непосредственный.
8. Расширенный интерфейс человек-робот с дополненной реальностью / М.В. Хисамутдинов [и др.] // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2019. – № 9. – С. 113-120. – Текст: непосредственный.
9. Карпов А.А. Многомодальные интерфейсы человеко-машинного взаимодействия / А.А. Карпов, Р.М. Юсупов // Вестник российской академии наук. – 2018. – № 88. – С. 67 - 74. – Текст: непосредственный.
10. Optimizing Contextual Ergonomics Models in Human-Robot Interaction / Marin A.G. [et al] // 2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Madrid, 2018, pp.1-9, doi: 10.1109/IROS.2018.8594132. – Text: unmediated.
11. Возможности применения многомодальных интерфейсов на пилотируемом космическом комплексе для поддержания коммуникации космонавтов с мобильным роботом – помощником экипажа / Р.М. Юсупов [и др.] // Пилотируемые полеты в космос. – 2013. – № 3 (8). – С. 23-34. – Текст: непосредственный.
12. Сергеев С.Ф. Эргономические проблемы проектирования интерфейса на базе индуцированных виртуальных сред / С.Ф. Сергеев // Мир Авионики. – № 3. – 2006. – С. 62 - 67. – Текст: непосредственный.
13. Сергеев С.Ф. Теоретико-методологические проблемы дидактики техногенных образовательных сред / С.Ф. Сергеев // Образовательные технологии. – 2015. – №2. – С. 49 - 60. – Текст: непосредственный.
14. Сенчук Д.В. Перспективы разработки сценариев для виртуальных тренажеров // XIII Всероссийское совещание по проблемам управления (ВСПУ-2019): материалы, Москва, (17-20 июня 2019). – С. 311-314. – Текст: непосредственный.
15. Тренажерные комплексы и тренажеры / В.Е. Шукшунов [и др.]. – Москва: Машиностроение. – 2005. – 263 с. – Текст: непосредственный.
16. Михайлюк М.В. Технологии виртуальной реальности в имитационно-тренажерных комплексах подготовки космонавтов / М.В. Михайлюк, В.И. Брагин // Пилотируемые полеты в космос. – № 2. – №7. – 2013. – С. 82-93. – Текст: непосредственный.
17. Мальцев А.В. Моделирование перемещения и навигация космонавтов по внешней поверхности МКС / А.В. Мальцев, М.В. Михайлюк, А.И. Лапта // Пилотируемые полеты в космос, 2013. – №3. – С. 44-50. – Текст: непосредственный.
18. Удаленное управление робототехническими объектами в космических экспериментах серии «Контур» / В.С. Заборовский [и др.] // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. – 2012. – № 6 (162). – C. 23-32. – Текст: непосредственный.
19. Космические системы. «Косморобот» («Робот мобильный для операций в открытом космосе») // ЦНИИ РТК: [сайт]. – URL: https://rtc.ru/solution/kosmorobot/ (дата обращения: 2020.07.30). – Текст: электронный.
20. Результаты космического эксперимента "Контур-2" по отработке технологий удаленного управления напланетными робототехническими объектами / В.А. Мулюха [и др.] // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2017. – № 9 (194). – С.153-169. DOI: 10.23683/2311-3103-2017-9-153-169. – Текст: непосредственный.
21. A SAFER. Way to Space Walk // NASA: [site]. – URL: https://www.nasa.gov/missions/shuttle/f_saferspacewalk.html (дата обращения: 2020.07.20). – Text: electronic.
22. Сергеев С.Ф. Методологический базис проектирования симбиотических сред тренажеров мехатронных и робототехнических систем // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2017. – Т. 18. – № 12. – С. 824-828. DOI: 10.17587/mau.18.824-828. – Текст: непосредственный.
23. Сергеев С.Ф. Индуцированная среда иммерсивного интерфейса мобильного космического робота с силомоментным очувствлением / С.Ф. Сергеев, А.В. Сергеев // Третья междунар. науч.-практ. конф. «Человеческий фактор в сложных технических системах и средах» (ЭРГО-2018): труды / Под ред. А.Н. Анохина [и др.]. – 2018. – Санкт-Петербург: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Межрегиональная эргономическая ассоциация. – С. 211 - 217. – Текст: непосредственный.

Полный текст статьи (pdf)