Изобретение робота. История роботов. Хронология развития роботов. Понятие робототехники и ее законы

С незапамятных времен людей увлекала идея создания роботов – механизмов, своим внешним видом и действиями похожих на живых существ, наделенных фантастической физической силой и ловкостью, способных летать, жить под землей и водой, действовать самостоятельно и в то же время беспрекословно подчиняться человеку, выполняя за него самую тяжелую и опасную работу.

Вконтакте

Одноклассники

Первые достоверные сведения о сложных механизмах (прототипах современных роботов) встречаются в книгах Герона Александрийского, жившем в I веке нашей эры.

Герон стал известен среди современников благодаря своим автоматическим театрам, представления в которых разыгрывали фигурки-куклы, приводимые в движение с помощью системы зубчатых колес, блоков, рычагов, воды, пара и энергии падающих тел.

Чертеж театра Диониса в Афинах

Леонардо да Винчи применил свои знания анатомии, обработки металлов и инженерии, чтобы создать механические макеты скелета и мышц животных и человека. В 1497 году в Милане Леонардо удивил публику механическим рыцарем. Робот мог поворачивать головой, садиться, вставать и поднимать забрало. Еще одним изобретением Леонардо считают механического льва в натуральную величину. Лев ходил и вставал на задние лапы, показывая герб Франции на груди.

В 2002 году эксперт по робототехнике Марк Росхейм построил рабочую модель механического рыцаря по чертежам Леонардо да Винчи

На протяжении столетий технологии создания разнообразных устройств и человекоподобных механизмов продолжали развиваться и усложняться, достигнув расцвета в XVIII веке благодаря открытию закона динамики.

Наиболее знаменитым создателем автоматических фигур того времени был французский механик Жак де Вокансон. Его автоматическая фигура «Порхающая утка» вытягивала шею, клевала и переваривала настоящее зерно, пила, плавала и крякала, в точности имитируя движения живой утки. К сожалению, оригинальный механизм был утрачен в 1879 году в результате пожара в музее Кракова. Сто лет спустя мастером Фредерико Видони была выполнена копия утки, поселившаяся в Музее Гренобля.

Чертеж «Порхающей утки» Вокасона

Как известно, «робот» – это чешское слово, придуманное писателем-сатириком Карелом Чапеком для научно-фантастической пьесы «R.U.R» (Россумские универсальные роботы).

Пьеса, изданная в 1921 году, повествует о восстании человекоподобных машин (андроидов). Действие разворачивается на фабрике, производящей «искусственных людей», выращенных не механическим, а химическим способом из тканей и органов. Роботы вполне способны размышлять, но при этом, кажется, всегда рады служить человечеству.

Идея Карела настолько сильно взбудоражила умы современников, что на следующий день после первой постановки пьесы в Лондоне писатель проснулся знаменитым, а слово «робот» стало общеупотребимым определением для всех автоматических устройств, созданных по принципу живого организма.

Сцена из спектакля по пьесе «Россумские универсальные роботы»

Первые промышленные программируемые механизмы появляются в 1930-х годах в США. Толчком к их созданию послужила работа Генри Форда по созданию конвейера, который полностью изменил подход к производству. Теперь работа над автомобилем была разбита на множество этапов, однообразность которых быстро утомляла человека, а имеющаяся теперь свобода выбора места за конвейером вынудила платить больше за наименее квалифицированную и вредную работу, например покраску.

Первый в мире индустриальный робот (полностью автоматическое устройство для окраски поверхностей) был запатентован 29 октября 1934 года, Уиллардом Л.Г. Поллардом. Патент состоял из двух частей: электрической управляющей системы и механического манипулятора.

Чертеж механических манипуляторов Полларда

В 1950-ых с развитием ядерной промышленности в строй ввели первые манипуляторы, имитировавшие движения человеческих рук, которые применялись при работе с радиоактивными материалами.

Датой рождения первого по-настоящему серьезного робота, о котором услышал весь мир, можно считать 18 мая 1966 года. В этот день Григорий Бабакин, главный конструктор машиностроительного завода имени С.А. Лавочкина, подписал головной том проекта по созданию робота для исследования Луны – «Лунохода-1».

Общая масса первого лунохода составляла 756 кг, его длина с открытой крышкой солнечной батареи 4,42 метра, ширина 2,15 метра, высота 1,92 метра.

«Лунаход-1» работал на поверхности спутника Земли с 17 ноября 1970 по 14 сентября 1971 года, исследуя радиоактивное и рентгеновское космическое излучение на Луне, а также химический состав и свойства грунта.

Для начала отметим, что этого робота отличает от других его суставы, движимые сухожилиями, которые позволяют ему двигаться почти как человеку. Он мягкий на ощупь и очень реактивный, компенсирующий толчки и восстанавливающий свое положение с помощью имитации мышц. Его лицо может выражать эмоции, а еще он краснеет. Также это первый из двух роботов в этом списке, который выглядит как ребенок.

Представленный в Цюрихе в прошлом году, Roboy будет около метра высотой. Он небольшой, но создан так, чтобы в один прекрасный день стать хорошим помощником для пожилых людей, а также отличным компаньоном. Проект открыт, нужен только 3D-принтер и 200 000 евро, чтобы его распечатать.

К слову, понадобилось около девяти месяцев, чтобы его разработать, что символично.

6. Kuratas (Suidobashi Heavy Industry)

Kuratas - первый в мире гигантский робот. Его высота - 4 метра, весит он около 4,5 тонн. Вы можете залезть в него. Интерфейс водителя работает с использованием Kinect, но если вы предпочитаете управлять своими роботами с безопасного расстояния, можно использовать сенсорный экран телефона в качестве пульта дистанционного управления.

Этого робота решил разработать художник Когоро Курата, вдохновившись аниме. Ему помогал Ватару Йошизаки, робототехник.

Kuratas движется с помощью четырех колес, может разгоняться до 10 км/ч и носить оружие. Когоро Курата называет Kuratas «произведением искусства», что неудивительно, если учесть скромную цену в 1,3 миллиона долларов.

В любом случае, это не самое выдающееся произведение инженерного искусства.

5. Atlas (Boston Dynamics)

Вернемся к Boston Dynamics. Высота Atlas - 2 метра, вес - 150 кг. Он был разработан с единственной целью: заменить людей в поисково-спасательных операциях и для отправки в опасные зоны, в которых люди не смогут выжить. Благодаря сложным конечностям, робот может использовать электроинструменты, вращать вентили и так далее. Это создание - серьезный шаг к созданию человекоподобных роботов, которые подменят людей в особо опасных условиях, а потом и в более безопасных.

Atlas представляет собой сочетание человеческого управления и автономии, автономно контролирует баланс, но пока не понимает всех деталей человеческой миссии, как их может понять оператор. В случае поиска и спасения в труднодоступной местности, например, в разрушенных зданиях, это отличная команда.

Можно сказать прямо: баланс Atlas прекрасен, но не удивляет, поскольку мы уже знакомы с BigDog. В этом году Atlas будет испытан на DARPA Robotics Challenge в ходе решения отдельных задач, например, вождения и использования электроинструментов.

4. Bebionics3 (RSLSteeper)

Bebionic3 - это самый современный протез руки сегодняшнего дня, способный поднимать до 45 килограммов, но все еще достаточно чувствительный, чтобы можно было писать ручкой или держать бумажный стаканчик. С помощью датчиков, которые контактируют с кожей пользователя, легко управляются пальцы, причем скорость и силу можно настроить в любой конкретный момент. Протез можно купить вместе с перчаткой, которая придаст руке человеческий вид.

Вспомните знаменитую сцену из второго «Терминатора», когда Арни срезает кожу с руки, обнажая роботизированный скелет под ней? Кто бы мог подумать, что мы были на пороге аналогичной технологии всего 20 лет назад?

Протез обойдется в 25-35 тысяч долларов. Это недешево, но бесценно для ампутантов, которые хотят вновь обрести независимость.

)

С искусственными мышцами, которые движут крылья 120 раз в секунду, RoboBee имеет размах крыльев около 3 см и легко взлетает. Вы можете спросить, зачем же нужен такой робот, но очень удивитесь, узнав о цели Гарвардского университета.

План состоит в том, чтобы создать автономный рой таких роботов для поисково-спасательных миссий, детального изучения погоды и искусственного опыления. С помощью сенсоров, которые будут работать в точности как антенны пчел, и специального программного обеспечения, роботы смогут сканировать движения друг друга и действовать соответственно. Размер роботов - это ключевая деталь, которая позволит им добираться до сложнодоступных зон в случае природных катастроф с легкостью и проворством.

В настоящее время инженеры работают над решением некоторых проблем самой сборки. Первая - это источник питания на борту, а вторая - уменьшение микрочипа, чтобы не мешал роботам летать. Как только проблемы будут преодолены, RoboBee будут готовы вылетать.

Остается еще один вопрос: сможем ли мы сами ускользнуть от взора этих мелких пчел?

2. «Кьюриосити» (NASA)

Запущенный в ноябре 2011 года и приземлившийся на Марс в августе 2012 года, «Кьюриосити» представляет собой самый продвинутый марсоход от NASA на сегодняшний день. 3 метра в длину и 2,5 в высоту, весом почти под тонну, марсоход выделяется на жестком рельефе Красной планеты. Его основная миссия заключается в анализе геологии, поиске воды или признаков жизни, а также изучении климата. «Кьюриосити» уже подтвердил наличие воды в почве Марса, что вызвало большое волнение и сплетни среди астрономов.

«Кьюриосити» оснащен системой визуализации, способной делать снимки в высоком разрешении на поверхности Марса, и тем самым помогает земной команде в удаленном изучении Марса. Камеры, установленные на марсоходе, помогли сделать знаменитый «селфи» марсохода. Также он может немного бурить породу и собрать образцы в поисках элементов, которые являются ключом к жизни на Земле. Ни один из его предшественников не был способен на это.

Кроме того, это первый робот в списке, оснащенный лазером. «Кьюриосити» может сжигать лазером небольшие камешки, анализируя испарения.

1. iCub (Итальянский технологический институт)

Это iCub, самый впечатляющий робот-гуманоид из списка. iCub настолько похож на человека, что к нему можно обращаться по имени-отчеству. Разработанный несколькими университетами и созданный Итальянским технологическим институтом, iCub по размерам сопоставим с двухлетним ребенком и даже учится точно так же.

iCub способен идентифицировать людей и объекты, находить различия между ними и взаимодействовать соответственно. Он также способен находить выход из сложных трехмерных лабиринтов самостоятельно. Он может трогать, хватать и поднимать предметы по требованию и даже стрелять из лука, пытаясь попасть в яблочко все лучше и лучше.

Вполне вероятно, что именно iCub станет идеальным спутником и помощником человека в не слишком отдаленном будущем.

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?

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 .

Роботизированная хирургическая система «да Винчи» получила своё имя в честь великого и знаменитого итальянского учёного, художника и писателя не спроста. Благодаря своим научным познан иям в области анатомии и механизации процессов, Леонардо да Винчи сумел создать первый аналог робота ещё в 15 веке, который умело имитировал движения рук человека.

1954 год Джордж Девол (George Devol) и Джо Энглебергер (Joe Engleberger) разработали роботическую руку, управляемую посредством электронного кон­троллера. Движения руки программировались и осуществлялись при помощи гидравличе­ской системы. Данное устройство получило название «Анимэйт» («Unimate»)

1978 год Впервые роботическая рука была примене­на на конвейерах сборки автомобилей компа­нии «Дженерал Моторс» (General Motors).Виктор Шейнман (Victor Scheinman) предложил свое изобре­тение под названием «Универсальная программированная рука-манипулятор» (PUMA – от англ. Programmable Universal Manipulation Arm). Основными отличиями от предыдущей модели стало наличие большей свободы движений и способности выполнять более сложные технические задания. 1 985 год История развития хирургических роботических систем начинается с использования в нейрохирургической манипуляции системы PUMA 560 для выполнения точечной биопсии головного мозга под КТ-наведением.

1980-1990 Следующим шагом в эволюции роботической хирургии стало развитие дистанционной телероботической хирургии. Концепция данного проекта состояла в том, что хирург находится у консоли, а компьютер транслирует его движения на манипуляторы, расположенные в организме пациента. Непосредственно телеробот должен находится у операционного стола и быть способным мани­пулировать не только камерой, но и несколькими «руками» с инструментами. Разработки в области роботической дистанционной телемедицины были одно­временно начаты тремя государственными организациями в США, что привело к созданию военного прототипа, способного обеспечить помощь раненным непосредственно на поле боя.

1990-2000 Компании Intuitive Surgical Inc. (Sunnyvale, CA, USA) удалось выку­пить создаваемой военными организациями прототип роботической системы для применения в гражданских целях. Результатом стало появление хирурги­ческой роботической системы da Vinci, основанной на принципах дистанци­онной телемедицины.

В последующие годы компания Intuitive Surgical добилась разрешения от агентства Министерства здравоохранения и социальных служб США на проведение множества операций в различных областях с помощью системы «da Vinci»:

• Кардиохирургия
• Трансоральная отоларигнология
• Торакальная хирургия
• Урология
• Гинекология