Устройство Gelsight для создания трехмерной карты поверхности
Благодаря плотной сети рецепторов кончики человеческих пальцев невероятно чувствительны и могут ощутить мельчайшие дефекты крошечных предметов. На фабриках, выпускающих металлические детали для аэрокосмической отрасли, Кимо Джонсон видел, как опытные сотрудники проводят «испытания» ощупыванием, чтобы быстро определить, является ли дефект поверхности мелкой царапиной или критичным изъяном, из-за которого деталь окажется потенциально непригодной к использованию.
Стартап Джонсона GelSight предлагает более точную, но настолько же быструю альтернативу старому методу — портативное устройство для испытаний собственной разработки. Аппарат оснащен прозрачной гелевой подушкой, которая подобно кончикам человеческих пальцев, «считывает» поверхность предмета. С помощью технологии компьютерной обработки изображений система, как говорит Джонсон, «преобразует прикосновение в картинку» и позволяет создать трехмерную карту поверхности и измерить все ее неровности с точностью до микрометра.
Бизнес компании, расположенной в пригороде Бостона, постепенно набирает обороты. По словам Джонсона, применять инструмент GelSight начинают аэрокосмические компании, в том числе производитель авиационных двигателей Rolls-Royce.
Стартапу удалось привлечь $10 млн в ходе второго раунда инвестирования, благодаря чему теперь общий объем капиталовложений в GelSight составляет $11,8 млн. В этом году компания рассчитывает на доход свыше $4 млн от реализации более 100 единиц оборудования и 2500 гелевых картриджей.
42-летний Джонсон надеется, что сотрудничество с аэрокосмическими компаниями станет для его стартапа прорывом. Его бизнес — это результат исследований, которыми он занимался после защиты докторской диссертации в Массачусетском технологическом институте (MIT). За девять лет с момента основания стартапа устройства GelSight применялись для самых разнообразных задач. Например, исследователи Гарвардского университета с их помощью изучали рыбную чешую, а производители косметики измеряли, насколько хорошо их средства заполняют морщины.
Кимо Джонсон
Сейчас Rolls-Royce раздает портативные устройства GelSight сотрудникам своих сервисных центров для выявления дефектов в деталях двигателя. До недавнего времени, чтобы сделать точную оценку царапин и вмятин в труднодоступных местах, Rolls-Royce и другие компании применяли заимствованный у стоматологов метод, когда с зубов делается слепок путем их придавливания к вязкому композитному материалу, который потом затвердевает. Таким образом производители создавали своеобразный слепок дефекта и направляли его в лабораторию для замера и оценки. Ждать результатов иногда им приходилось целые сутки.
«Мы не слышали ни о каких других продуктах, сопоставимых по функционалу с GelSight. Взять это устройство и сделать точное измерение под силу даже ребенку», — рассказывает Алистер Дональдсон, который курирует в Rolls-Royce направление инновационного развития и помогал стартапу довести технологию до практического применения.
Стартап из лаборатории
Устройство создано на базе работ специалиста по компьютерному зрению и профессора MIT Эдварда Адельсона. Он начал изучать тактильные ощущения с научной точки зрения, когда стал отцом и наблюдал, как его дети познают мир с помощью прикосновений. Узнав от коллег, что искусственного тактильного датчика с такой же чувствительностью как у кожи человека, до сих пор никто не разработал, Адельсон решил сделать его сам.
Джонсон присоединился к лаборатории Адельсона в 2008 году после защиты докторской в Дартмутском колледже штата Нью-Гэмпшир и получения степени доктора философии в области информатики. «Основная задумка состояла в том, чтобы встроить в кожу камеру, через которую можно рассмотреть неровности на поверхности предметов», — вспоминает он.
Адельсон спроектировал особую гелевую подушку из упругого термопластичного эластомера и с одной стороны покрыл ее металлической краской. При надавливании окрашенной стороны на предмет подушка принимала его форму и передавала на камеру высококачественное изображение без искажений и вне зависимости от прозрачности и отражающих свойств объекта. Джонсон, в свою очередь, разработал аппаратное обеспечение и написал алгоритмы для составления точной карты поверхности на основе методов обработки изображения и технологий машинного обучения.
В 2011 году Джонсон опубликовал работу с описанием технологии и в дополнение выложил на YouTube видеоролики, в которых продемонстрировал оцифрованные изображения сложного узора на поверхности печенья Oreo и структуры выпуклой буквы на банкноте номиналом $20. Видео привлекли огромное внимание — команда проекта получила тысячи сообщений от фирм и инженеров с вопросами о том, можно ли использовать технологию в различных областях от измерения свойств кожи человека до оценки качества абразивных материалов. А однажды в лабораторию приехали двое инженеров из Boeing с полным деталей чемоданом. «Так я и понял, что пора создавать компанию», ― рассказывает Джонсон.
Он основал GelSight в том же году. Соучредителями стали нынешний технический директор Янош Рохали, в прошлом лектор MIT и основатель сервиса трехмерной визуализации в области стоматологии (впоследствии его купил торгово-промышленный холдинг 3M), а также Билл Йост, который первое время был генеральным директором GelSight. Джонсон возглавил компанию только в 2016 году. Сначала стартап выпустил несколько настольных устройств в единичном экземпляре для нескольких своих корпоративных клиентов, которые занимались научными исследованиями и разработками. Гелевые подушки на таком оборудовании были оптимизированы под узкоспециализированные задачи — например, определение наилучшего состава абразивных компонентов в зубной пасте. Вскоре Джонсон понял, что с таким подходом бизнес оказался в тупике: каждая компания хотела собственную модификацию системы, которую ни один другой клиент покупать не станет.
Более привлекательные возможности массового производства подсказала одна китайская фирма, выпускающая мобильные телефоны. В 2015 году она поручила GelSight разработать систему, которая будет проверять размеры деталей вроде металлических кнопок. Тогда-то Джонсона и осенило.
«Мы делали красивые трехмерные карты поверхности, но зачастую клиенту нужен был только один показатель, например, глубина выемки или угол скоса фаски», ― объясняет предприниматель. Компания начала искать другие отрасли промышленности, где всегда нужен один-единственный показатель. Поиски привели GelSight в сектор аэрокосмического проектирования, а если быть точнее ― к оценке царапин и вмятин на дорогих металлических деталях.
К тому моменту стартап уже четко усвоил опыт создания эффективной, но в то же время достаточно простой системы, которую может использовать простой рабочий. Поэтому на доходы от контракта с китайцами компания выпустила портативную версию устройства и в 2017 году начала ее продажи.
«Теперь мы работаем не с отдельными клиентами, а со всем рынком аэрокосмических технологий. Это позволяет нам развивать бизнес гораздо более быстрыми темпами», ― говорит Джонсон.
Большие планы
Дональдсон из Rolls-Royce говорит, что его компания может применять сотни портативных устройств GelSight стоимостью $40 000 каждая. Помимо поставок основного оборудования, стартап Джонсона зарабатывает также на продаже сменных гелевых картриджей, которые при интенсивном использовании изнашиваются за неделю и обходятся в $120 за штуку.
После раунда инвестиций на $10 млн, большую часть которых внес венчурный фонд Anzu Partners, стартап добавил в совет директоров двух высокопоставленных офицеров военной авиации. С их помощью GelSight надеется найти клиентов в оборонном секторе, где необходимо оперативно проводить инспекцию воздушных суден между постоянными полетами. «Если, к примеру, в лопасть вертолета попал камень, то нужно выяснить: можно летать дальше или необходим какой-либо ремонт», — поясняет Джонсон.
Получив новое финансирование, глава GelSight хочет удвоить текущий штат, состоящий сейчас из восьми сотрудников, и спроектировать более компактную версию устройства для узких пространств. В конечном счете он стремится уменьшить аппарат до размера человеческого пальца: «На производстве работники часто прощупывают пальцами различные поверхности и было бы идеально, если бы такие же манипуляции можно было проводить цифровым устройством похожего формата».
Компания также адаптирует технологию для создания роботизированных рук, которые могут оценивать твердость материалов и бережнее обращаться с хрупкими и мелкими предметами. Подобных технологий существует множество, однако все они ограничены применением в стационарных условиях. Таким образом, конкурентов у портативной системы GelSight совсем немного, разве что аризонская компания 4D Technologies, которая разрабатывает переносное лазерное устройство для аналогичных задач.
К тому, чем Джонсон занимается сегодня, он пришел довольно извилистым путем. В юности он увлекался игрой на саксофоне и гитаре, потом одновременно изучал музыку и математику в Университете Нью-Гэмпшира. Изначально он хотел стать музыкантом, но, обучаясь на магистра по классу электроакустической музыки в Дартмутском колледже, заинтересовался программированием. Еще одним незапланированным шагом стал уход из университетской среды ради основания собственного бизнеса. Тем не менее, Джонсон говорит, что работа в стартапе чем-то напоминает ему рок-группу: «У тебя есть небольшой коллектив людей, и вместе вы пытаетесь занять собственную нишу, но все обстоятельства против вас». Предприниматель радуется, что GelSight удалось отойти от межличностных склок, которые часто бывают в рок-группе. «Команда у нас просто замечательная», — говорит он.
Факты о Японии, которые оказались правдой