Идея создания роботов история робототехники. Краткая история робототехники. Средневековье и эпоха Возрождения
Роботы являются чудом современной науки, идеей, которая пленит и заставляет человечество трепетать. Только в жанре научной фантастики мы знаем роботов различной внешней оболочки и с разнообразным набором функций и заданий, которые они выполняют. От мнимой концепции андроида до современной реализации самостоятельно функционирующих машин, мы всегда стремились к совершенствованию технологий в этой сфере. Возникает вопрос: где появился первый робот? Как возникла эта идея, и что дало рождение этой отрасли инноваций и воображения?
Давайте взглянем на определение слова робот.
Робот – это устройство, которое способно самостоятельно выполнять определённый комплекс задач. Удивительно, но первый робот возник ещё до понимания электричества. Официально он был создан примерно в 400-350 годах до н.э. Изобретателем был греческий математик Архит . Он создал фигуру деревянного голубя, которая перемещалась в воздухе с помощью пара. Это также был первый случай в изучении того, каким образом птицы способны летать.
Отец механической инженерии.
Считаясь отцом механической инженерии, Архит также был философом, математиком, государственным деятелем, стратегом и даже командующим. В целом, он был мастером на все руки. Хотя это было незаконным, его авторитет позволил ему быть избранным полководцем в течении 7 лет подряд. Это также было связано с тем, что в своей карьере, он никогда не проигрывал битву.
Он был великим математиком.
Одним из его достижений было решение геометрических задач об удвоении куба, поставленных Гиппократом и Хиосом. Также Архит внёс большой вклад в теорию музыки. Благодаря знаниям в математике, он определил интервалы с гармоничными полутонами, а также известные хроматические и диатонические полутона.
Он вдохновлял многих людей.
Его математические труды повлияли на Платона, Эвклида и многих других. Свидетельством того, что Платон почитал Архита, является цитата из его работы «Республика»: «Как народ получает такого хорошего правителя как Архит, вместо такого плохого правителя как Дионис II?». Позже он погиб в кораблекрушении.
Мы в долгу перед Архитом.
Его вклад в математику и науку в целом вдохновляет людей по сей день. Если бы не то маленькое изобретение летающего голубя, возможно, мы бы не имели таких невообразимых планов на наше будущее, и всех этих электротехнических и научных чудес. Начиная от роботов, которые соревнуются в FTC до вымышленных роботов из фильмов «Я робот» и «Двухсотлетний человек». Все они сегодня связаны с именем великого греческого философа и изобретателя.
Фантасты 50-х представляли себе 2000 год с летающими машинами и роботами, живущими бок о бок с человеком.
Как мы видим, этого пока не случилось, тем не менее сфера робототехники постепенно развивались в течение десятилетий, иногда стремительно затем ее развитие приутихло, но в настоящее время вновь возобносила небывалый рост. Каждый месяц производятся тысячи различных промышленных роботов, разрабатываются гуманоиды и андроиды, ученые всего мира работают созданием искусственного интеллекта, и все это -только начало.
Робототехника - это не самостоятельная отрасль, прежде всего это синергия всех последних достижений технических, естественных наук и информационных технологий.
Когда мы говорим "робот", то люди далеки от техники его примерно так и представляют как в советских фантастических фильмах с железными руками и ногами. Конечно, мы вкладываем в это понятие гораздо более широкий смысл.
Выделяют следующие группы роботов:
1. Промышленные - когда говорят "роботизация" имеют ввиду прежде всего развитие этой сферы.
2. Военные - единственный вид, который получил развитие в России, к ним же можно отнести роботов ливидаторов различных аварий и природных катаклизмов.
3. Космические - к ним относятся и спутники, планетоходы и антропоморфные роботы, помогающие космонавтам.
4. Бытовые - уборщики, кухонные роботы, роботы - компаньоны.
5. Андроиды, гуманоиды - различные антропоморфные роботы, чьей целью является усовершенствование "человекообразности" роботов для различных социальных целей.
История робототехники
Автоматизация и роботизация производства в капиталистическом мире началась в 50-е годы XX века. Именно к тому времени можно отнести появление первых промышленных роботов. Они осуществляли сборку оборудования, и простейшие монотонные операции.
Первый такой робот был разработан изобретателем самоучкой Джоржем Деволом в 1954 году. Робот-манипулятор весил две тонны и управлялся программой записанной на магнитном барабане. Система получила название Unimate на новое устройство был оформлен патент и а в 1961 изобретатель основал компанию Unimation.
Первый робот был установлен на заводе Дженерал Моторс (на литейном участке) в 1961 году. Затем новинка была опробована заводами Chrysler и Ford,
Система Unimate применялась для работы с литыми металлическими деталями, которые манипулятор извлекал из форм отливки. Захватиное устройство управлялось гидроприводом.
Робот имел 5 степеней свободы и захватное устройство с двумя "пальцами". Точность работы была весьма высока до 1,25 мм. И был эффективнее человека - работал и быстрее и с меньшим количеством брака.
В 1967 промышленные манипуляторы приходят Европу. Они уже расширяют свой функционал, осваивают профессии сварщика, маляра. У робота появляется "техническое зрение" посредством видеокамер и датчиков, он учится определять габариты изделий и место их расположения.
В 1982 году IBM разрабатывает официальный язык для программирования робототехнических систем. В 1984 - компания Adept представила первый робот Scara с электроприводом .
Новая конструкция сделала роботы более простыми и надежными, сохранив высокую скорость.
В 90-е появился контроллер с интуитивным интерфейсом управления, которому мог управлять оператор, он мог изменять параметры и регулировать режим работы. С тех пор возможности управления роботами и их функиции только развивались, увеличивалась их сложность, скорость, число осей, стали использоваться различные материалы, шире становились возможности разработки и управления, было сделано несколько первых уверенных шагов в сторону искусственного интеллекта.
В то же время в СССР был фактически лидером в робототехнике. Началось все еще в 30-е годы. В 1936 году 16–летний советский школьник Вадим Мацкевич создал робота, который умел поднимать правую руку. Для этого он потратил 2 года работы в токарных мастерских новочеркасского Политеха. Ранее, в 12 лет создал маленький радиоуправляемый броневик, стрелявший фейерверками. На "робота" Мацкевича обратили внимание власти и в 1937 году он представлял его на Всемирной выставке 1937 года в Париже.
На рубеже 30 - 40-х гг. XX в. в СССР также появились автоматические линии для обработки деталей подшипников, а в конце 40-х гг. XX в. впервые в мировой практике было создано комплексное производство поршней для тракторных двигателей с автоматизацией всех процессов - от загрузки сырья до упаковки готовой продукции.
В 1966 в Воронеже был изобретен манипулятор для укладки металлических листов, в 1968 в Ленинграде году разработали подводный робот "Манта" с чувствительным захватным устройством - в дальнейшем он совершенствовался. В 1969 году в ЦНИТИ Миноборонпрома приступили к разработке промышленного робота «Универсал-50». В дальнейшем активно внедрялись автоматизированные системы на крупные производства.
В 1985 году уже использовалось 40 тыс промышленых роботов и в несколько раз превосходило количество, используемых в США. Автоматизированые линии вовсю работали на АвтоВазе в 80-е года и даже подвергались атакам работников-"хакеров".
Были крупные военные и космические разработки. Уникальным достижением по тем временам был беспилотный разведчик ДБР-1, который был принят на вооружение ВВС СССР еще в 1964 году. Такой аппарат мог выполнять разведывательные задачи над всей территорией Западной и Центральной Европы.
Одним из самых заметных достижений отечественной робототехники и науки стало создание в КБ им. Лавочкина «Лунохода-1». Именно советский аппарат стал первым в мире планетоходом, который успешно выполнил свою миссию на поверхности другого небесного тела.
В 1983 году на вооружение ВМФ СССР был принят уникальный противокорабельный комплекс П-700 «Гранит». Его особенностью стало то, что при залповом пуске ракеты могли самостоятельно выстраиваться в боевой порядок и во время полета обмениваться между собой информацией, самостоятельно распределяя цели. При этом одна из ракет комплекса могла играть роль лидера, занимая более высокий эшелон атаки.
Развивались и "роботы-гуманоиды": в 1962 году появился первый робот экскурсовод Рэкс - он проводил экскурсии для детей в Политехническом музее. Говорят, он все еще там "работает".
В Советском Союзе было выпущено более 100 тыс. единиц промышленной робототехники. Они заменили более одного миллиона рабочих, но в 90-е годы эти роботы исчезли.
В дальнейшем развитие робототехники идет ударными темпами, потому что развивается ключевые отрасли - физика, химия, электротехника и главное - электроника. На смену вакуумным лампам пришла силовая электроника, позже микросхемы, затем микроконтроллеры... Появляются новые материалы, новые способы автоматизации и методы программирования.
Но к России и СНГ это не уже не относится. Прежде всего развитие происходит в США, в Юго-Восточной Азии и Западной Европе.
На производствах внедряются управляемые роботизированные линии, роботы манипуляторы используются во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, медицине, в космосе и, конечно, в быту.
В некоторых отраслях до 50% работ выполняют промышленные роботы, например в автомобилестроении они могут сварить, покрасить, и переместить детали на другой участок сборки, где ими займутся другие роботы.
Существуют даже 100% автоматизированные фабрики. В Японии есть завод где роботы сами собирают роботов. И даже готовят еду для 2000 человек - офисного центра, обслуживающего этот завод.
В 90-е годы наблюдался некоторый спад. Внедрение роботов, использующих существующие в то время технологии, на производство не принесло ожидаемой прибыли и финансирование некоторых крупномасштабных проектов было приостановлено. По ряду причин - и экономических, и социальных - ожидаемого бума не произошло, они остались как нишевая продукция для автосборочных и ряда других производств.
Резкий скачок произошел только в середине нулевых и это развитие продолжается. Прежде всего из-за того, что в робототехнике заинтересовались военные...
Остановить уже развитие невозможно и все странам, желающим быть в авангарде мировой промышленности приходится это принимать и догонять.
Устройство робота и задачи робототехники
Выделяют шесть общих задач роботехники:
- Перемещение - передвижение в любой среде
- Ориентация - осознавать свое местоположение
- Манипуляция - свободно манипулировать предметами окружающей среды
- Взаимодействие - контактировать с себеподобными
- Коммуникация - свободно общаться с человеком
- Искусственный интеллект - робот должен самостоятельно решать как ему выполнить команду человека
Самое оптимальное перемещение робота на колесах и гусеничной платформе. Именно эти способы обеспечивают наибольшую устойчивость и проходимость.
У колесных платформ с проходимостью сложнее - колесо не может преодолеть препятствие выше, чем его радиус. Колесные схемы постоянно совершенствуются, используются мощные серводвигатели , разрабатывается независимые подвески, применяются покрышки с грунтозацепами.
Устойчивы четырехноние и инсектоморфные роботы (это значит в форме насекомых, несколько "ног", обычно 6) Такие устройства часто используются для военных целей.
Ходить на двух ногах робот учился очень долго. Из всех существующих с этим хорошо справляется только гуманоид ASIMO от Honda он умеет не только устойчиво ходить, но и подниматься по ступеням, компания его разрабатывала более 25 лет
Большинство же человекоподобных роботов пока передвигаются на платформе.
Кроме хождения по земле опреденные модели могут ползать, плавать и летать.
Ориентрируется в пространстве робот с помощью датчиков, сенсоров, видеокамер, имеет способность "видеть" в инфракрасном диапазоне, улаваливать ультразвуковые колебания и воспринимать тепловое излучение.
Управлять может и оператор, он может находиться в той же комнате или за несколько километров.
Все озвученные задачи робототехники в той или иной мере решаются. Робот становится совершеннее, он умеет сотрудничать с другими роботами, учится общаться человеком и лучше его понимать.
Интересная схема обучения космического робота-спутника, вероятно этот же принцип используется для настройки других робототехнических систем. "Эмоциональное обучение", как называют его разработчики. Суть его в том, что в нем закладывается "аппарат эмоций", который сообщает спутнику что для него "хорошо", а что "плохо". Хорошо - если он нацеливается на конкретный заданный обьект - это увеличивает оценку, плохо - если от него отклоняется - оценка будет уменьшена. Ну и так пока устройство не станет стабильным "хорошистом".
Например, это может пригодиться для космических телескопов. Обучение проводится с помощью оператора и занимает около 20 минут, результат отображается в базе знаний.
Конкретно это описанное устройство космонавт может выбросить в открытый космос: остальные действия спутник выполнит сам. В концепте разработана модель нервной системы, которая логически следует из тех условий, в которых работает нервная система всех живых организмов.
Робототехника будущего может самостоятельно собирать новые знания, анализировать их и применять на практике.
Человечество всегда максимально старалось облегчить повседневную жизнедеятельность и работу. И в ходе этой эволюции возник класс машин - роботов, а вместе с ним и целое направление - робототехника. Одной из стран, в которой эта дисциплина развита наиболее активно, является Япония. Разработчики планируют применять роботов не только , но и в бытовых условиях. Ученые надеются, что уже в ближайшие десятилетия станут таким же привычным явлением, как использование смартфонов.
Однако с чего начинались робкие шаги истории робототехники?
I-III вв. н.э.
Здесь берет начало история роботов. Первые статуи богов с движущимися конечностям и головой в Древнем Египте, Вавилоне, Китае. Автоматический шар, созданный Архимедом, с отражением небесных светил. Автоматические системы Герона Александрийского для продажи святой воды.
Средние века
Наиболее популярными тогда были автоматические часовые механизмы и человеческие фигуры, которые двигались.
В 1495 году - проект Леонардо да Винчи - механический человек.
В середине 1700-го часовщики Пьер-Жаке Дро и его сын Анри-Луи Дро развивали автоматические системы. От имени последнего и произошло слово «андроид».
К 1805 году возникают механизмы, дающие начало созданию автоматических станков.
Увидела свет пьеса Rossumovi univerzální roboti («Россумские универсальные роботы») чешского автора Карла Чапека, которая дала миру слово «роботы» - создания, механически и интеллектуально совершеннее человека.
Наиболее широко и значимо в литературе тема робототехники раскрылась в , в цикле рассказов «Я, робот». Сейчас, кажется, о трех законах робототехники знает даже далекий от этой сферы человек.
1928 г. - «Мистер Телевокс» (автор - инженер Дж. Уэнсли, США) - робот-гуманоид, выполняющий движения по команде. Еще один робот - «Естествоиспытатель» (доктор Нисимура Макота) - андроид, положивший начало японской истории роботостроения. Умел двигать конечностями и головой:
Технический прогресс в робототехнике двигался в направлении систем совершенствования управления. Развитая система сенсоров характерна для таких робототехнических систем: Unimate, Hitachi, Westinghouse.
Период с 1970-го по 2000-й характеризуется активным ростом и развитием отрасли: использованием новых контроллеров, развитием языков программирования, запуском первых роботов в космос и возникновением машин, создающих роботов.
Двухтысячные годы ознаменовались .
Сколько помнит себя человечество – столько живёт в людях желание переложить на кого-нибудь тяжёлую работу… конечно всегда были люд подневольные – те ж рабы – но рабы, сожалению, тоже люди: они устают, болеют, наконец – они имеют склонность иногда бунтовать... вот если бы сделаь такой механизм, который мог бы делать всё то, что делают люди – и при этом не обладал бы недостатками живого существа…
Конечно. первыми в этом деле были боги: древнегреческий бог-кузнец Гефест делал себе работников… но мифы мифами – а кто из людей осуществил нечто подобное в реальности?
Это сделал в XII в арабский учёный Аль-Джазира. Он создал ансамбль из четырёх механических музыкантов (к сожалению, изобретение не сохранилось до наших дней, а звукозаписи тогда не было – так что насколько высокохудожественным было исполнение, сказать трудно).
Есть чертёж механического человека в работах Леонардо да Винчи. Реализовал ли Леонардо эту идею на практике – неизвестно, но если бы и реализовал – то это был бы всего лишь интересный эксперимент, не имеющий особого практического значения: механический человек мог бы только сидеть, раздвигать руки и поднимать забрало рыцарского шлема – других функций не предполагалось.
А вот знаменитый немецкий философ Альбер Великий сделал-таки весьма полезного «железного слугу», который мог даже отвечать на вопросы! Вот только попользоваться им он успел недолго: ученик Альберта Фома (будущий «ангелический доктор» Фома Аквинский) принял механического человека за дьявола и сломал его.
Особый интерес к этой теме возникает в XVII веке, появляются даже «разумы машины»… правда, каждый такой случай на поверку оказывался если не мошенничеством, то ловким трюком в машинах прятались люди – достаточно вспомнить механического турка, играющего в шахматы, сконструированного австрийским изобретателем В.Кемпеленом... но надо отдать должное: изобретателю весьма долго удавалось держать публику в обаянии, разоблачению же поспособствовал случай: во время одного из представлений в зале раздались крики: «Пожар!» Правда, тревога оказалась ложной – но паника была настоящая, и внутри автомата раздались удары…
А вот французский изобретатель Ж.Вокнасон в 1738 г. создал настоящего робота. Он был человекоподобным (сейчас такие устройства называются андродами). Трудно сказать, задумывался ли Ж.Вокансон о работе своего предшественника Аль-Джазари (1136-1206), но этот андроид тоже был музыкантом – играл на флейте… право же, непонятно, почему изобретателям прошлого так хотелось заменить андроидами именно музыкантов? Неужели мои «собратья по ремеслу» отличаются особо неуживчивым характером? И почему эта идея не пользуется спросом у писателей-фантастов? А какой драматичный роман можно было бы написать (или снять фильм) о приключениях робота-музыканта, в котором публика видит только забавную «механическую игрушку» – и не желает видеть творческую индивидуальность…
Но вернёмся к нашим роботам! Разумеется, ни Аль-Джазари, ни Альберт Великий, ни Ж.Вокансон так свои изобретения не называли… слово это – чешского происхождения, и впервые его употребил в 1920 г. чешский писатель Карел Чапек в пьесе «Р.У.Р», рассказывающей о фабрике, где производят «искусственных людей»… К.Чапек поначалу хотел назвать «искусственных людей» другим словом – «лабори», но посчитал его слишком педантичным и обратился за советом к брату, и Й.Чапек придумал слов «робот», образованное от чешского «robota» – что значит «барщина», «подневольный труд»), возможно – «rob» (раб).
Пьеса К.Чапека довольно пессимистична: роботы поднимают бунт и уничтожают человечество… Но, видимо, такие мрачные прогнозы писателя не испугали американского инженера Д.Уэксли: в 1927 г. он представил на Всемирной выставке в Нью-Йорке первого человекоподобного робота, способного выполнять простейшие движения по команде человека.
Но почему, собственно, робот должен быть человекоподобным? Ведь если он выполняет какую-то одну конкретную функцию – зачем ему две руки, две ноги, да и вообще – в ряде случаев гораздо удобнее передвигаться на колёсах или гусеницах… и когда стремление к «антропоморфности» было преодолено – началось роботы из «механических игрушек» превратились в нечто полезное: в 50-х гг. XX в. появляются механические манипуляторы для работы с радиоактивными материалами (они повторяют движения рук человека, находящегося на безопасном расстоянии), в 60-е гг. – дистанционно управляемая тележка с манипулятором, микрофоном и камерой – для обследования зон радиоактивного заражения…
И наконец, в 1962 г. в США созданы первые промышленные роботы. Они назывались «Юнимейт» и «Версатран». В них уже не было ничего антропоморфного – кроме манипулятора, отдалённо напоминающего человеческую руку. Роботы эти прекрасно справлялись со своими обязанностями (и некоторые из них справляются до сих пор).
С тех пор роботы уверенно «завоёвывают» производство, а с недавних пор – и другие сферы деятельности: появились роботы-разведчики, роботы-официанты, роботы-уборщики… В 2009 г. впервые был представлен (пока только на учениях) робот-милиционер, оснащённый винтовкой ВСК-94, пистолетом Ярыгина и метательной установкой для ручных гранат (правда, дальше учений дело так и не пошло)… словом, трудно назвать такую сферу деятельности, где не «отметились» бы роботы. Кое-где они даже заменяют домашних любимцев – например, многие японцы настолько привязаны к робощенкам, что с эти явлением связывают низкую рождаемость… прочем симулировать рождаемость японцы тоже собираются с помощью робототехники: не так давно создан робот-младенец Йотара, на котором молодые супруги смогут приобретать родительские навыки, а главное – постигать радости материнства и отцовства…
А правы ли были фантасты, говоря об опасности роботов для человека?
В определённой степени – да: с тех пор, как в 1981 г. японский рабочий Кензи Урада погиб от «руки» робота, число жертв роботов увеличивается с каждым годом… но ему далеко до количества людей, погибающих под колёсами автомобилей – и отказываться по этой причине от автотранспорта никто не собирается. О бунте роботов сегодня всерьёз не рассуждает уже никто. Гораздо более серьёзной представляется опасность, о которой предупреждает С.Лем в «Дневниках Йона Тихого»: роботы полностью заменили собой людей на производстве, в результате – на предприятиях лежат горы товаров, которые невозможно продать, а люди по всей планете в массовом порядке умирают от голода: человеческий труд стал не нужен, ни у кого нет работы – следовательно, нет денег…
Впрочем, и до этого ещё далеко… И чем дальше, тем больше разрабатывают фантасты другую тему: если робот и впрямь станет похожим на человека, если обзаведётся разумом и эмоциями – как сложатся наши взаимоотношения с таким роботом? И всё больше появляется произведений, в которых роботы вызывают гораздо больше сочувствия, чем люди – достаточно вспомнить фильмы «Искусственный интеллект», «Я, робот» или сюжетную линию репликаторов с планеты Асурас в сериале «Звёздные врата: Атлантис» (в последнем случае люди вообще выглядят какими-то фашистообразными чудовищами)…
Неужели мы в конечном итоге оставим роботам не только трудовые операции, но и нравственные принципы?