Кто делает роботов. История робототехники: от фантазий до реальности

Робототехника  - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.

Слово «робототехника» (в его английском варианте «robotics») было впервые использовано в печати Айзеком Азимовым в научно-фантастическом рассказе «Лжец», опубликованном в 1941 году.

Робот (чеш. robot, от robota - подневольный труд или rob - раб) - автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма.

Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком (либо животными). При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно.

“Современные роботы, созданные на базе самых последних достижений науки и техники, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Люди получили верного помощника, способного не только выполнять опасные для жизни человека работы, но и освободить человечество от однообразных рутинных операций.” И. М. Макаров, Ю. И. Топчеев. “Робототехника: История и перспективы”

Внешний вид и конструкция современных роботов могут быть весьма разнообразными. В настоящее время впромышленном производстве широко применяются различные роботы, внешний вид которых (по причинам технического и экономического характера) далёк от «человеческого».

История

Сведения о первом практическом применении прообразов современных роботов - механических людей с автоматическим управлением - относятся к эллинистической эпохе.

Тогда на маяке, сооружённом на острове Фарос, установили четыре позолоченные женские фигуры. Днём они горели в лучах солнца, а ночью ярко освещались, так что всегда были хорошо видны издалека. Эти статуи через определённые промежутки времени, поворачиваясь, отбивали склянки; в ночное же время они издавали трубные звуки, предупреждая мореплавателей о близости берега.

Прообразами роботов были также механические фигуры, созданные арабским учёным и изобретателем Аль-Джазари (1136-1206). Так, он создал лодку с четырьмя механическими музыкантами, которые играли на бубнах, арфе и флейте.

Чертежи Леонардо да Винчи

Чертёж человекоподобного робота был сделан Леонардо да Винчи около 1495 года. Записи Леонардо, найденные в 1950-х, содержали детальные чертежи механического рыцаря, способного сидеть, раздвигать руки, двигать головой и открывать забрало. Дизайн, скорее всего, основан на анатомических исследованиях, записанных в Витрувианском человеке. Неизвестно, пытался ли Леонардо построить робота.

С начала XVIII века в прессе начали появляться сообщения о машинах с «признаками разума», однако в большинстве случаев выяснялось, что это мошенничество. Внутри механизмов прятались живые люди или дрессированные животные.

Французский механик и изобретатель Жак де Вокансон создал в 1738 году первое работающее человекоподобное устройство (андроид), которое играло на флейте. Он также изготовил механических уток, которые, как говорили, умели клевать корм и «испражняться».

Виды роботов

Промышленные роботы
Появление станков с числовым программным управлением привело к созданию программируемых манипуляторов для разнообразных операций по загрузке и разгрузке станков.

Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.

Несмотря на их высокую стоимость, численность промышленных роботов в странах с развитым производством быстро растёт. Основная причина массовой роботизации такова:

«Роботы выполняют сложные производственные операции по 24 ч в сутки. Выпускаемая продукция при этом имеет высокое качество. Они… не болеют, не нуждаются в обеденном перерыве и отдыхе, не бастуют, не требуют повышения заработной платы и пенсии. Роботы не подвержены влиянию температуры окружающей среды либо воздействию газов или выбросов агрессивных веществ, опасных для жизни человека».

Медицинские роботы
В последние годы роботы получают всё большее применение в медицине; в частности, разрабатываются различные модели хирургических роботов.

Ещё в 1985 году робот Unimation Puma 200 был использован для позиционирования хирургической иглы при выполнении биопсии головного мозга, проводившейся под управлением компьютера.

В 1992 году разработанный в Имперском колледже Лондона робот ProBot впервые осуществил операцию на предстательной железе, положив начало практической роботизированной хирургии.

Робот Da Vinci

С 2000 года компания Intuitive Surgical серийно выпускает робот Da Vinci, предназначенный для лапароскопических операций и установленный в нескольких сотнях клиник по всему миру.

Бытовые роботы

Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации бытовых роботов стала механическая собачка AIBO корпорации Sony.

Робот-пылесос iRobot

В сентябре 2005 в свободную продажу впервые поступили первые человекообразные роботы «Вакамару» производства фирмы Mitsubishi. Робот стоимостью $15 тыс. способен узнавать лица, понимать некоторые фразы, давать справки, выполнять некоторые секретарские функции, следить за помещением.

Всё большую популярность набирают роботы-уборщики (по своей сути - автоматические пылесосы), способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.

Боевые роботы

Боевым роботом называют автоматическое устройство, заменяющее человека в боевых ситуациях или при работе в условиях, несовместимых с возможностями человека, в военных целях: разведка, боевые действия, разминирование и т. п.

Беспилотник

Боевыми роботами являются не только автоматические устройства с антропоморфным действием, которые частично или полностью заменяют человека, но и действующие в воздушной и водной среде, не являющейся средой обитания человека (авиационные беспилотные с дистанционным управлением, подводные аппараты и надводные корабли).

В настоящее время большинство боевых роботов являются устройствами телеприсутствия, и лишь очень немногие модели имеют возможность выполнять некоторые задачи автономно, без вмешательства оператора.

В Технологическом институте Джорджии под руководством профессора Хенрика Кристенсена разработаны напоминающие муравьёв инсектоморфные роботы, способные обследовать здание на предмет наличия там врагов и мин-ловушек (доставляются к зданию «главным роботом» - мобильным роботом на гусеничном ходу).

Получили распространение в войсках и летающие роботы. На начало 2012 года военными во всём мире использовались около 10 тысяч наземных и 5 тысяч летающих роботов; 45 стран мира разрабатывало или закупало военных роботов.

Роботы-учёные

Первые роботы-учёные Адам и Ева были созданы в рамках проекта Robot Scientist университета Аберистуита и в 2009 году одним из них было совершено первое научное открыти.

К роботам-учёным безусловно можно отнести роботов, с помощью которых исследовались вентиляционные шахты Большой Пирамиды Хеопса. С их помощью были открыты т. н. «дверки Гантенбринка» и т. н. «ниши Хеопса». Исследования продолжаются.

Система передвижения

Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсный или гусеничный движитель (примерами подобных роботов могут служить Warrior и PackBot).

Реже используются шагающие системы (примерами подобных роботов могут служить BigDog и Asimo).

Роботы BigDog

Для неровных поверхностей создаются гибридные конструкции, сочетающие колёсный или гусеничный ход со сложной кинематикой движения колёс. Такая конструкция была применена в луноходе.

Внутри помещений, на промышленных объектах роботы передвигаются вдоль монорельсов, по напольной колее и т. д. Для перемещения по наклонным или вертикальным плоскостям, по трубам используются системы, аналогичные «шагающим» конструкциям, но с вакуумными присосками.

Также известны роботы, использующие принципы движения живых организмов - змей, червей, рыб, птиц, насекомых и других типах роботов бионического происхождения.

Робот Tuna

Система распознавания образов

Системы распознавания уже способны определять простые трехмерные предметы, их ориентацию и композицию в пространстве, а также могут достраивать недостающие части, пользуясь информацией из своей базы данных (например, собирать конструктор Lego).

Двигатели

В настоящее время в качестве приводов обычно используются двигатели постоянного тока, шаговые электродвигатели и сервоприводы.

Существуют разработки двигателей, не использующих в своей конструкции моторов: например, технология сокращения материала под действием электрического тока (или поля), которая позволяет добиться более точного соответствия движения робота натуральным плавным движениям живых существ.

Математическая база

Робот Aibo

Помимо уже широко применяющихся нейросетевых технологий, существуют алгоритмы самообучения взаимодействию робота с окружающими предметами в реальном трёхмерном мире: робот-собака Aibo под управлением таких алгоритмов прошел те же стадии обучения, что и новорожденный младенец, самостоятельно научившись координировать движения своих конечностей и взаимодействовать с окружающими предметами (погремушками в детском манеже). Это дает ещё один пример математического понимания алгоритмов работы высшей нервной деятельности человека.

Навигация

Системы построения модели окружающего пространства по ультразвуку или сканированием лазерным лучом широко используются в гонках роботизированных автомобилей (которые уже успешно и самостоятельно проходят реальные городские трассы и дороги на пересечённой местности с учётом неожиданно возникающих препятствий).

Внешний вид

В Японии не прекращаются разработки роботов, имеющих внешний вид, на первый взгляд неотличимый от человеческого. Развивается техника имитации эмоций и мимики «лица» роботов.

В июне 2009 года ученые Токийского университета представили человекоподобного робота «KOBIAN», способного выражать свои эмоции - счастье, страх, удивление, грусть, гнев, отвращение - с помощью жестов и мимики.

Робот KOBIAN

Робот способен открывать и закрывать глаза, двигать губами и бровями, использовать руки и ноги.

Производители роботов

Существуют компании, специализирующиеся на производстве роботов (среди крупнейших - iRobot Corporation). Роботов также выпускают некоторые компании, работающие в сфере высоких технологий: ABB, Honda, Mitsubishi, Sony, World Demanded Electronic, Gostai, KUKA.

Проводятся выставки роботов, напр. самая крупная в мире International robot exhibition (iRex) (проводится в начале ноября раз в два года в Токио, Япония).

В этой статье вы найдете ответы на вопросы:
1. История появления термина "Андроид ";
2. Как появился термин "Программа ";
3. Кто придумал слово "Робот ";
4. Рождение "Кибернетики ";
5. Кто придумал единицу измерения информации;
6. История появления "Искусственного Интеллекта ".

Пару слов о том, зачем я собирал информацию для этой статьи.
В наше время имя Айзека Азимова у всех на слуху. Почему - понятно. Он наш современник. Мы читаем его произведения, смотрим фильмы, снятые по мотивам его творчества. Некоторые постулаты, сформулированые Азимовым уже успели в определенной степени "канонизироваться". Я ни в коей мере не пытаюсь принизить вклад этого человека в "роботизацию" общественного мышления. Но у меня иногда складывается впечатление, что эпоха роботов в массовом сознании ассоциируется только с Азимовым. То что было до него сейчас малоизвестно и непопулярно. Так мне кажется...
Этой статьей я хочу напомнить о людях, которые жили до нас, которые интересовались роботами и продвигали их развитие в соответствии с теми возможностями, которые были в их эпоху. Сделали они немало. Начнем?

1. История появления термина "Андроид"

Слышали? В Швейцарии какой-то часовщик сделал механического человека, который умеет писать.
- Как же, слышал! А знаете ли вы, что его сын изготовил еще одного механического человека, который умеет рисовать.
- Что вы говорите? Вот интересно было бы посмотреть!
Такие разговоры можно было слышать везде и всюду в Западной Европе около двухсот лет тому назад. Механические люди швейцарского часовщика Пьера-Жака Дро и его сына Анри вызывали всеобщее удивление. О них много говорили и писали. Чтобы на них посмотреть, целые толпы прибывали в Шо де Фон, швейцарскую деревню на границе с Францией, где жили и работали Дро.

Почти все жители этой деревни занимались производством часов. Одни делали часовые пружины, другие изготовляли циферблаты, третьи - зубчатые колеса, винтики и цилиндры. Труд был разделен вплоть до того, что были специалисты по изготовлению корпусов, полировке колес, винтов, рисовальщики цифр, эмалировщики, золотильщики. Вся деревня представляла одну мануфактуру, производящую в год несколько тысяч разнообразных часов.
Тикание маятников, медленное вращение зубчатых колес, бег секундных стрелок - весь этот блестящий точный мирок механизмов, умещающийся на ладони или в маленькой коробке на стене, очаровал в юности Пьера Дро, и он, несмотря на успешное окончание духовного училища, не задумываясь, занялся часовым ремеслом.
Успехи Пьера в часовом деле были так велики, что изготовление обычных часов скоро перестало приносить удовлетворение, и он по примеру других искусных мастеров начинает изобретать и пристраивать к часам разные дополнительные механизмы - всякие самодвижущиеся фигурки.

Одно из первых своих изделий - замечательные маятниковые часы с пастушком и собачкой - Дро повез в столицу Испании город Мадрид к королю Фердинанду IV. Демонстрация производилась в присутствии многочисленной придворной знати. Возбужденный Дро показал им созданное произведение. Когда часовая стрелка подходила к какому-либо часу, пастушок подносил ко рту флейту и свистел столько раз, сколько должно было пробить часов.
У ног пастушка лежала собачка, охранявшая корзинку с яблоками. Стоило кому-нибудь из придворных дотронуться до фруктов, как собачка начинала лаять. Сняли руку с фруктов - лай тут же прекращался. Королю понравилось изобретение Пьера Дро, и он, хорошо заплатив, купил часы.
Ободренный успехами, Дро по возвращении домой задумал сделать механизм, похожий на человека и совершающий человеческие движения. Это был дерзкий замысел мастера, который почувствовал свою власть над колесиками и рычажками. Чтобы построить механического человека, нужно было обладать тонким знанием механики и огромной изобретательностью. И тем не менее Пьер Дро горячо принялся за ее разрешение.

Двадцать месяцев продолжалась упорная работа. Часто Дро засиживался далеко за полночь при свете масляного светильника. Наконец, в 1770 году, весной, появился на свет первый механический человек. Это был механический «пишущий мальчик».

Когда механический человек писал, он двигал головой, и казалось, следил за тем, что пишет. Окончив работу, писец посыпал лист бумаги песком для высушивания чернил, а потом стряхивал его. По чистой случайности «пишущий мальчик» и часть его «рукописей», а также и другие изобретения отца и сына Дро сохранились до наших дней. После долгих странствий сейчас они находятся в Швейцарии, в музее изящных искусств города Невшателя. За работой над изготовлением «пишущего мальчика» наблюдал шестнадцатилетний сын Пьера Дро - Анри. Мальчик унаследовал от отца исключительную способность к механике и через три года сам принялся за постройку нового механического человека, который по замыслу должен был рисовать. По размеру рисовальщик был таким же, как и его «старший брат». В правой руке он держал карандаш и рисовал различные фигурки, а также писал. Например, он мог изобразить маленькую собачонку и подписать под рисунком «мой Туту». А портреты Людовиков XV и XVI и Марии Антуанетты и сейчас приводят в восхищение посетителей музея в Невшателе. В процессе работы рисовальщик останавливался, как бы созерцая нарисованное, а также иногда сдувал с листа бумаги соринки. Спустя некоторое время оба механика, отец и сын Дро, занялись вместе изобретением и постройкой третьего механического человека - музыкантши (рис. 2). По сложности она намного превосходила своих «братьев». Эта кукла играла на фисгармонии, ударяя пальцами по клавишам. Четко и легко удавались ей трели и быстрые пассажи. Перед началом игры музыкантша осматривала ноты и делала рукой некоторые предварительные движения. Кроме того, она поворачивала голову и глаза, как бы следя за положением рук. Ее грудь подымалась и опускалась, как будто она дышала. Окончив игру, музыкантша наклоняла голову, благодаря слушателей за одобрение.


Свои изобретения Пьер и Анри Дро в 1774 году демонстрировали на выставке в Париже. Движения всех трех механических людей были так естественны, что многие из зрителей готовы были их считать живыми людьми. И только когда Дро открывали со стороны спины сложный часовой механизм своих творений, зрители начинали верить, что перед ними находятся действительно произведения техники, а не живые существа.

Источником движения всех трех описанных автоматов является часовой механизм с заводной пружиной. Пружина приводит в действие сложнейшие системы зубчатых колес, рычажков, штанг и кулачков - все то, что в дальнейшем стали называть программным механизмом.
На первый взгляд может показаться, что «игрушки» Пьера и Анри Дро не имеют никакого отношения к развитию техники. Но это не совсем так. Механические люди Дро сыграли очень важную роль в общем процессе человеческого познания природы и заложили основу автоматов с программным управлением.

2. Как появился термин "Программа"

Само слово программа происходит от греческого слова «грамма»- «писание» и приставки «про», которая здесь означает «наперед». Общий смысл слова «программа» - предначертание, нечто написанное для будущего. В нашем случае программный механизм определяет всю последовательность поведения механических людей. И ни одного движения автомата, даже самого незначительного, нельзя изменить, не внеся в программу поправки! Ну, а что произойдет, если что-то изменится во внешних условиях при работе автомата? Ну, скажем, если попытаться задержать руку писца, когда он пишет? Случится одно из двух: или автомат остановится, или... в нем что-то затрещит и он сломается. Все эти автоматы не могут реагировать на изменения внешних условий, происходящих в процессе их работы. Тем не менее, программные автоматы стали важным шагом в развитии робототехники.
Уже в начале XIX века появляются прядильные и ткацкие станки-автоматы с программным управлением. В грозное для Европы время, когда Наполеон завоевывал одну страну за другой и армии нужно было много тканей, французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар нашел способ, которым можно было бы воздействовать на сложную работу механизмов ткацкого станка. Для этого изобретатель использовал набор картонных карт с разным расположением отверстий. Именно отверстия и были условным обозначением порядка работы машины - ее программой. Карта проходила под щупами. Когда щупы попадали в отверстия, они опускались и с помощью особых устройств перемещали нити на ткацком станке. Так на тканях получались сложные узоры. Новая карта, новая программа, а значит, и новый узор. Смена листа картонной карты равносильна замене одного жестко запрограммированного станка другим, новой конструкции. Это уже был значительный шаг вперед по сравнению с автоматами Дро. Ведь там каждый механический человек имел свою программу последовательности действия и переход на новую программу был связан с переделкой всего механизма управления, Действительно, вряд ли имело смысл строить ткацкие станки, способные вырабатывать только один, свойственный данной конструкции узор ткани: этот узор людям быстро надоедал. Идея ввода программы работы автомата с помощью картонных карт и набора щупов оказалась очень удачной. Со дня изобретения Жаккара прошло более ста пятидесяти лет, однако до сих пор не найдено лучшего способа выработки тканей, украшенных сложным рисунком.

3. Кто придумал слово "Робот"

Своим названием роботы обязаны совсем не кибернетикам и даже не инженерам, а... писателю. Это Карел Чапек - известный чешский писатель и драматург впервые придумал это слово.

В начале тридцатых годов Чапек написал пьесу, которую назвал «RUR». Ее герою, инженеру Россу, удалось изобрести сложную машину, которая могла выполнять все работы человека. Вот эту человекоподобную машину автор и назвал «роботом» . Изобретение Росса сразу же привлекло внимание капиталистов, которые организовали специальную фирму для производства роботов. Роботы имели полное внешнее сходство с человеком и могли выполнять всякую работу. Спрос на них был настолько велик, что завод вскоре перешел на их массовое производство. Хозяева роботов стали заменять ими живых людей на фабриках и заводах. Наконец-то капиталисты почувствовали себя спокойными. Но не надолго! Однажды роботы набросились на людей и перебили их всех. Люди на Земле прекратили свое существование, а их место заняли разумные автоматы...

4. Рождение "Кибернетики"

Точкой отсчета принято считать 1948 год, когда основоположник кибернетики, выдающийся американский математик Норберт Винер (1894-1964) опубликовал книгу «Кибернетика», в которой очень много говорилось о количественной оценке различных сигналов. У истоков робототехники стояли талантливые люди. Сын профессора славистики, выходца из России, Норберт Винер получил ученую степень доктора философии в Гарвардском университете уже в возрасте 18 лет!

Появление книги как мощный взрыв потрясло весь мир. Именно она провозгласила рождение новой науки - КИБЕРНЕТИКИ. Винер был ученым широкого профиля. Он как бы воскресил в наши дни традиции универсализма, процветавшие во времена Декарта, Лейбница и Ньютона. Широта интересов сочеталась в нем с глубоким убеждением в единстве науки, в необходимости тесного союза различных ее отраслей. Больше всего Винер стремился к изучению потаенных богатств «ничейных земель». Так он назвал пограничные полосы, лежащие на стыках двух или нескольких наук. Именно одна из таких «ничейных областей», расположенная между математикой, техникой и физиологией, принесла ученому мировую известность.
Кстати, одно из значений греческого слова kebernetes, от которого происходит ее название, - рулевой. Как ни странно, но практически все создаваемые кибернетические системы на протяжении многих лет обходились без "человека-рулевого". Совсем недавно, всего несколько лет назад, появилось новое направление - кибернетика второго порядка (second-order cybernetics). Оно отличается от классического тем, что включает в контур управления, бывший традиционно чисто машинным, человека-наблюдателя.

5. Кто придумал теорию информации и единицу измерения информации "Бит"

В 1948 году Клод Шеннон, другой американский математик, опубликовал работу «Математическая теория связи». Фактически работа Шеннона предопределила путь, по которому с тех пор развивается раздел кибернетики - теория информации .

С момента появления работы Шеннона математики, физики и инженеры под термином «информация» стали понимать нечто новое, отличающееся от того, что подразумевается под этим словом в обыденной жизни.
Прочтя книгу, люди говорили, что она пустая или, наоборот, очень содержательная. Но никому даже в голову не приходило, что можно точно подсчитать, какое количество информации содержится на ее страницах. Еще более сложным казалась оценка количества информации в звуковых сигналах нашей речи или в телевизионном изображении!
Но Шеннон смог решить эту проблему, благодаря чему, начиная с 50-х годов нашего столетия человечество измеряет информацию так же уверенно, как, скажем, длину какого-либо предмета в метрах или его вес в килограммах. Единицей измерения информации с легкой руки Клода Шеннона стал бит .

6. История появления "Искусственного Интеллекта"

Исследования по искусственному интеллекту принадлежат к числу тех немногих научных и научно-технических дисциплин, дата рождения которых может быть указана чуть ли не с точностью до дня. И в то же время, такая дата у искусственного интеллекта была не одна, а как минимум две, что нередко случается в истории науки.
Действительно, впервые термин "искусственный интеллект" был введен в научную практику летом 1956 года, когда в г. Дартмусе (США) по инициативе известного американского специалиста по теории и практике ЭВМ Джона Маккартни собрались многие "крестные отцы" кибернетики – К. Шеннон, М. Минский, Г. Саймон, А. Ньюэлл и другие – с целью обсудить возможность реализации проекта создания искусственного интеллекта. Термин "искусственный интеллект" был введен даже в название конференции – Dartmouth Summer Research Project on Artificial intelligence, и очень скоро вошел в научный обиход.
Участники дартмусской конференции 1956 года не могли обойти вниманием одну более раннюю работу, прямо относящуюся к проблематике искусственного интеллекта (хотя этот термин в ней не использовался) – статью видного английского математика Алана Тьюринга "Computing machinary and intelligence", опубликованную в октябрьском номере журнала "Mind" в 1950 году. Октябрь 1950 года – это вторая (а исторически первая) дата возникновения исследований по искусственному интеллекту. В этой статье А. Тьюринг сформулировал свой знаменитый тест, согласно которому компьютер демонстрирует интеллектуальное поведение в том случае, если он способен действовать так, что наблюдатель не в состоянии решить, имеет ли он дело с компьютером или с человеком. Все по-взрослому!

Вот так...
А то - Азимов, Азимов... :)))
Удачи вам!

Спасибо Владимиру Канивец (Портал любителей робототехники - Robo.com.ua) за предоставленный материал

Мы подготовили статью об

История робототехники берет свое начало еще с древности. Ведь с незапамятных времен люди придумывали различные устройства для развлечения. Великие математики древности создавали удивительные механизмы, которые и в наше время способны вызвать не поддельный восторг. С тех времен и до наших дней стремление к созданию самостоятельно функционирующего механизма ничуть не угасло, даже наоборот, только выросло. Лучшие ученые мира работают над созданием различных видов роботов, способных выполнять самые разнообразные функции. Однако прежде чем углубляться в историю следует разобрать, что такое робототехника.

1. Что такое робототехника?

Робототехника – это наука, которая изучает процессы разработок автоматизированных технических систем, работающих на основе электроники, а также механики и программирования. Производство роботов является одной из наиболее развитых отраслей современной промышленности. Представить только, на данный момент тысячи роботов трудятся на заводах и предприятиях, заменяя тяжелый труд людей.

Автоматизированные манипуляторы стали неотъемлемой частью различных производственных и научных исследований. Кроме этого, роботы позволяют изучать пространство за пределами нашей планеты, там, куда нет доступа человеку.

Если говорить об истории роботов, то первые механизмы, выполняющие простейшие движения, встречаются еще в античных временах. Однако первые сохранившиеся чертежи и записи о действующем роботе датируются 1495 годом. Их создал всемирно известный изобретатель, ученый Леонардо Да Винчи, который создал железного рыцаря, способного двигать руками и ногами.

Если говорить о современных роботах, то развитие робототехники берет свое начало в 1961 году, когда компания General Motors создала первого робота с движущейся рукой, выполняющей некоторую последовательность действий, записанных на магнитном барабане. По сути – эта разработка и положила начало массового производства роботов.

Стоит отметить, что само понятие «робот» пришло к нам немного ранее, а точнее в 1921 году, когда писатель фантаст Карела Чапека написал пьесу под названием «Россумовские Универсальные Роботы». Конечно, в то время это была простая фантазия, и никто и подумать не мог, что роботы настолько плотно войдут в жизнь людей. Немного позже, через 20 лет Айзек Азимов сформулировал три основных закона робототехники, которые определили представления о роботах:

• Робот не способен причинить вред человеку, либо допустить своим бездействием, чтобы человеку был нанесен вред;
• Робот должен выполнять команды человека, если они не противоречат первому закону;
• Робот должен обеспечивать свою безопасность до тех пор, пока это не противоречит первому и второму закону.

Активное развитие робототехники и массовое производство автоматизированных машин начинается в 1970-е годы. В первую очередь это были промышленные роботизированные машины, которые использовались в производстве. Они успешно заменили людей на конвейерах и выполняли однообразные работы, что позволило существенно снизить количество несчастных случаев на производстве, а также повысить производительность предприятий.

Конечно же, роботы не способны работать самостоятельно. Для контроля над ними нужны люди, которые постоянно следят за ходом выполнения работ и в случае необходимости могут выключить их либо перенастроить.

В наше время роботы стали еще умнее. Некоторые фабрики, такие как IBM для сборки клавиатур в Техасе, имеют полностью автоматизированное производство. При этом все работы от момента выгрузки материалов и вплоть до получения готовой продукции выполняются роботами. Таким фабрикам не требуется освещение, и они способны работать круглосуточно без выходных.

2.1. Виды роботов

Краткая история робототехники позволяет понять нам, насколько стремительно развивается данная область. Прошло всего лишь немного больше 50 лет с момента появления первого робота, способного выполнять несколько простейших движений, до массового производства самых разнообразных роботизированных механизмов и машин. Кроме этого, уже сегодня существует огромное разнообразие бытовых роботов, позволяющих существенно упростить повседневную жизнь простых людей.

Научная активность в развитии робототехники очень высока. Каждый год проводятся международные конференции по роботам, собираются национальные и международные научно-технические совещания и так далее. Каждый год появляется огромнейшее количество роботов, способных заменять людей на рабочих местах, помогающих в бытовой жизни, развлекательных роботов, и даже роботов, работающих в медицине.

Любопытен тот факт, что уже сегодня роботы способны строить других роботов, которые в свою очередь будут трудиться на производстве таких же автоматизированных машин. Уже на данный момент многие научно-фантастические книги стали вполне нормальной и привычной реальностью, и не сложно представить, какие роботы будут среди людей через 10-20 лет.

Чтобы понять, какие роботы вообще могут встречаться в современной жизни, следует разобраться с некоторыми терминами:

• Механизм;
• Робот;
• Андроид;
• Машина.

Итак, машина – это совокупность механизмов, которые заменяют человека либо животное в определенной области. Такие устройства предназначены, как правило, для преобразования одного вида энергии в другой. В подавляющем большинстве случаев машины используются для автоматизации труда.

Механизм – это использование определенных материалов для выполнения определенных механических функций. Все конструкции механизмов основаны на взаимном сцеплении, а также сопротивлении тел.

Робот - машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью способна выполнять функции человека (либо животного) в определенных условиях.

Андроид – это понятие из научной фантастики, которая уже в наше время становится реальностью. Это робот, который имеет вид подобный человеку. Цель андроида заключается в замене человека в любом виде деятельности.

Зная, что такое робот, можно только представить себе, какие функции он способен выполнять. В наше время роботы могут иметь самую разнообразную форму, от домашних животных, до огромнейших промышленных установок – от роботов пылесосов, до настоящих роботов из фантастических рассказов, играющих на музыкальных инструментах или выполняющих важные задания на других планетах.

2.2. Достижения робототехники

Трудно описать все современные достижения в развитии робототехники. Однако каждый согласиться, наиболее высокими достижения в данной области стали современные роботы, работающие в медицине. С их приходом перед человечеством открылись новые возможности проведения тончайших операций, которые не способен выполнить даже самый подготовленный и опытный человек.

Описывать все существующие достижения можно бесконечно долго, поэтому давайте обратим внимание только на самые интересные разработки. К примеру, роботы, играющие музыку. Да, это уже не фантастика – это настоящая реальность, доступная каждому. Современные технологии позволяют создавать группы роботов, играющих на различных музыкальных инструментах. При этом роботы не допускают ошибок и не нуждаются в отдыхе.

Представьте себе рок группу, состоящую исключительно из роботов. Еще 10 лет назад – это было самой смелой фантастикой, а сегодня реальность. Конечно же, машины не способны сами писать музыку, их программируют люди. Несмотря на все достижения современной робототехники, все же все роботы управляются (программируются) людьми и выполняют исключительно предварительно запрограммированные команды.

Помимо этого, роботы трудятся в самых разнообразных областях:

• В строительстве;
• На производственных линиях;
• В медицине;
• В сфере развлечений.

3. Робототехника: Видео

Именно благодаря роботам наша жизнь является такой, какой мы ее видим. Многие вещи, используемые в повседневной жизни, стали более доступными из-за работы машин, которые не нуждаются в заработной плате и работают в три и даже в четыре смены.

Освоение космоса во многом стало возможным благодаря роботам. Более того, современные автоматизированные машины предоставляют возможность получить образцы пород с других планет, метеоритов и комет. Это в свою очередь вносит существенный вклад в работу ученых. Стоит отметить определенную взаимосвязь – чем более «умными» становятся машины, тем быстрее развиваются технологии, позволяющие сделать еще более продвинутые и «умные» машины.

4. Перспективы развития робототехники

Развитие робототехники имеет далеко идущие перспективы. Если посмотреть на историю развития данной области можно понять, что развитие робототехники ускоряется с каждым годом. А принимая во внимание важность автоматизированных машин в самых разнообразных отраслях, в особенности в медицине, не сложно представить, какие надежды на них положены.

Несмотря на то, что история развития робототехники началась относительно недавно, данная область технологий уже имеет весьма высокий уровень. Лучшие ученые мира не покладая рук работают над созданием новых видов роботов – от нанороботов, которые будут использоваться в медицине для лечения различных заболеваний, до самостоятельных машин, имеющих продвинутый искусственный разум. На данный момент можно только представить себе, до каких высот смогут дойти технологии в роботостроении в ближайшем будущем.

Удивительно, но история робототехники , сравнительно молодой науки, насчитывает тысячелетия. Люди давно нуждались в помощниках, которые смогли бы взять на себя тяжелую, монотонную и опасную работу. С другой стороны, механизмы использовались и для развлечений.

В этих противоположных направлениях и развивалась сложная и увлекательная отрасль знаний, которая опирается на открытия во всех естественных и технических науках. Не последнюю роль в становлении робототехники играют информационные технологии.

Всякий робот - машина, но далеко не каждую машину можно назвать роботом.

Автоматы и приспособления, которые просто выполняют заложенную в них последовательность операций, не опираясь на данные из внешнего мира, к этой категории не относятся. Наличие простейших подобий органов чувств и системы обратной связи с тем, кто управляет механизмом, также обязательны. Но без достижений в области механики о робототехнике не шло бы и речи. Поэтому вначале следует вспомнить об инженерах далекого прошлого.

Древний мир

Еще до нашей эры Архимед создал механизм «коготь», который опрокидывал римские осадные суда. Герон Александрийский смастерил самоходную тележку, что передвигалась по заданной траектории с помощью системы из тросов и колышков. Деревянный голубь Архита из Тарента запускался в воздух паровой катапультой и мог пролететь до 200 метров.

Изобретения тех времен приводились в движение с помощью воды, пара, противовесов, зубчатых колес и рычагов, а в Китае - еще и ртути и взрывов пороха. Механические приспособления древности кажутся примитивными, но именно тогда греки заложили фундамент роботостроения и применили к этой сфере математические методы.

История робототехники в древности пестрит упоминаниями статуй богов с движущимися головами и руками: в Китае, Вавилоне, Египте такие творения повергали зрителей в трепет. Наука была тесно связана с религией, хотя цели их разнились. В Древней Греции ученые дышали свободнее, их прорывные идеи, порой дерзкие, опережали время.

Средневековье и эпоха Возрождения

В лоне католической церкви продолжалось развитие научной мысли. Богослов Альберт Великий, если верить легенде, смастерил андроида-служанку и механическую голову, которая могла разговаривать. Часовщики, как европейские, так и русские, создавали автоматы, в которых фигурки животных, людей и ангелов разыгрывали целые представления.

Тогда же появились сложные человекоподобные и зооморфные автоматоны: львы рычали и стегали хвостами, птицы пели. Леонардо да Винчи придумал схему железного человека и создал для французского монарха чудесного льва, который демонстрировал государственный герб на разорванной когтями груди, встречая короля. В Италии сохранились монах-автоматон, который мог ходить, держать распятие, осенять себя крестом и даже молиться, а также женщина-лютнистка инженера Хуанело Турриано.

Не только Западная Европа явила миру свои механические чудеса. Персидские ученые, братья Бану Муса собрали свыше сотни разнообразных устройств. Аль-Маради в XI веке и аль-Джазари в XIII написали труды по конструированию машин и тоже построили немало поразительных приспособлений. Есть неподтвержденные сведения о том, что умелые механики сделали для Ивана Грозного «железного мужика», правда, доказательств тому историки пока не нашли.

Это самый длинный период в истории робототехники. В средние века и позже знания тщательно документировались, поэтому до наших дней дошло множество чертежей и описаний. Тогда появились более эффективные пружинный и маятниковый механизмы, а размеры автоматов уменьшились. Эта тенденция сохранилась: каждое новое поколение машин меньше, энергию расходует экономнее и работает дольше.

Новое время

В этот период мастера явили миру поразительные плоды инженерной мысли. Механическая утка Вокансона клевала зерно и даже испражнялась. Андроиды работы Пьера-Жака и Анри Дро не просто двигались, а писали, рисовали и играли музыку.

Часы Кулибина могли посоперничать с творениями его европейских коллег: они не только отсчитывали время, но и показывали мини-спектакли и воспроизводили заложенные в них мелодии.

Зародилась бионика, которая черпает идеи из живой природы и воплощает их в технике. Об этом задумывался да Винчи, говорил Декарт, а Борелли, который преуспел на двух поприщах - врача и механика, - развил витавшую в воздухе мысль в труде «О движении животных». Правда, поначалу новое направление называлось ятромеханикой.

XIX-XX век

В позапрошлом веке появился ткацкий станок с перфокартами. Первый шаг к автоматизации промышленности открыл невиданные ранее перспективы робототехники. Электричество дало толчок машиностроению и способствовало появлению первых роботов, в том числе андроидов. Последние с тех пор будоражат умы творческих людей: писателей, режиссеров, художников, которые порой выдают ценные идеи вроде трех законов Азимова. Сам термин «робот» пришел в науку из пьесы чешского автора Карела Чапека.

Машины с программным управлением заменили людей на заводах, особенно на сборочных линиях и конвейерном производстве.

Датчики позволяют автоматам ориентироваться в пространстве и контролировать качество работы. Конечно, не все они способны принимать решения на основе анализа новых данных, но и не везде это нужно. Автоматизация освободила руки человека, позволив ему заняться другими разработками. Планетоходы, автономные космические и подводные аппараты, самонаводящиеся ракеты, роботы-ликвидаторы аварий недавно считались выдумками, но стали привычным явлением.

Наши дни

Современная робототехника развивается бурно, конструкции и алгоритмы становятся все совершеннее, интерфейсы удобнее. Роботы передвигаются по суше, воздуху, воде, в невесомости, обладают зачатками искусственного интеллекта, оснащаются датчиками, камерами, манипуляторами и системой обратной связи с оператором-человеком.

Они бывают огромными и крошечными, разных геометрических форм, зоо- и антропоморфными. Некоторые работают с неживыми предметами, иные же, в виде протезов, становятся частью живых организмов. Перспективы робототехники связаны с успехами науки, промышленности, военного дела, космонавтики, медицины и энергетики. Даже в быту и сфере развлечений не обойтись без роботов. Машины помогают людям шагать в будущее, о котором стоит мечтать.

История робототехники (видеопрезентация)

:: Мнение 1::
(Большая советская энциклопедия)

Интегральный робот
Шейки Стэнфордского
университета (1970 г.)

Робот (чеш. robot, от robota - подневольный труд, rob - раб), машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром.

A.L.I.C.E. - чат-робот,
едва не прошедший
тест Тюринга

С развитием робототехники определились 3 разновидности роботов: с жёсткой программой действий; управляемые человеком-оператором; с искусственным интеллектом (иногда называемые интегральными), действующие целенаправленно ("разумно") без вмешательства человека. Большинство современных роботов (всех трёх разновидностей) - роботы-манипуляторы, хотя существуют и другие виды роботов (например, информационные, шагающие и т. п.). Возможно объединение роботов первой и второй разновидностей в одной машине с разделением времени их функционирования. Допустима также совместная работа человека с роботом третьего вида (в так называемом супервизорном режиме).

:: Мнение 2::
(Большая советская энциклопедия. Машин и механизмов теория.)

Робот - машина-автомат, моделирующая свойства и функции живых организмов и, в частности, имитирующая действия человека при перемещении в пространстве орудий и объектов труда.

:: Мнение 3::
(Глоссарий.ру Cловарь по естественным наукам.)

Беспилотный
летательный
аппарат (БПЛА)

Животное Хопкинса

Робот - электронно-механическое устройство: - способное к целесообразному поведению в условиях изменяющейся внешней обстановки; - выполняющее рабочие операции со сложными пространственными перемещениями.

Главную часть робота составляет вычислительная система, управляющая перемещением самого робота или сторонних предметов с помощью устройств-манипуляторов. Для выполнения своих функций робот обрабатывает информацию, поступающую от его датчиков.

Робот-атомобиль Stanley,
победитель гонок DARPA
Grand Challenge 2005 г.

Робот (от чешск. robota) - электромеханическое, пневматическое, гидравлическое устройство или их комбинация, предназначенное для замены человека в промышленности, опасных средах и др.

Модульный
робот Atron

Современные роботы функционируют на основе принципов обратной связи, подчинённого управления и иерархичности системы управления роботом. Иерархия системы управления роботом подразумевает деление системы управления на горизонтальные слои, управляющие общим поведением робота, расчётом необходимой траектории движения манипулятора, поведением отдельных его приводов, и слои, непосредственно осуществляющие управление двигателями приводов.

Промышленный робот является устройством, производящим некие манипулятивные функции, схожие с функциями руки человека.

Робот «вообще» - понятие неопределённое, и поэтому к классу роботов можно отнести многие автоматические устройства.

Робот-пылесос

Системы управления роботами
Программное управление
Программное управление - самый простой тип системы управления, используется для управления манипуляторами на промышленных объектах. В таких роботах отсутствует сенсорная часть, все действия жёстко фиксированы и регулярно повторяются.
Адаптивное управление
Роботы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые сенсорами, анализируются и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях, переходе к следующей стадии действий и т.д.
Интеллектуальное управление
Интелектуальный способ управления основан на методах искусственного интеллекта. Управление при участии человека
Примером такого робота является аппарат для разминирования с дистанционным управлением.

Робот (программа)
Робот или бот (англ. bot, сокр. от англ. robot) - специальная программа, выполняющая автоматически и/или по заданному расписанию, какие-либо действия через те же интерфейсы, что и обычный пользователь. Как правило, термин употребляется в применении к Интернету. В сетевых играх ботами иногда называют игроков, управляемых компьютером.

Роботы Monsieur

Термин робот не имеет устойчивости. К нему почти всегда необходимо добавочное слово (например, промышленный или BEAM).

Робот должен включать три составляющих:
1. Сенсор. Датчик, вопринимающее устройство для восприятия среды функционирования робота.
2. Рефлектор. Программа, обрабатывающее устройство, нейрон, нейрод...
3. Актуатор. Механизм, позволяющий совершать работу в среде функционирования робота.

Таким образом:
Робот - независимая от среды функционирования автономная система, реализующая механизм обратной связи в цепочке сенсор-рефлектор-актуатор.

Робот - машина (точнее - "автомат"), поведение которой выглядит разумным.

Роботы PaPeRo от NEC

Ключевые слова здесь "выглядит" и "разумность" . Т.е. определение, является ли данная машина "роботом" или нет в каждый момент времени лежит на наблюдателе, причем имеется в виду не частное лицо, а скорее общественное сознание, с его оценкой текущего состояния науки и техники.

В общественном сознании машины, которые окружают нас повседневно, не "разумны", произвести впечатление "разумности" может только что-то новое и на тот период, пока не стало обыденным. Первая стиральная машина, которая "научилась" отличать шелк от хлопка, тоже казалась "очень умной" и, соответственно, "роботом", а теперь это уже "обычная" стиральная машина.

"Робот" - это всегда передний край науки и техники. И именно потому же маленького механического жучка из десятка деталек, ползущего на свет ("Смотрите, такой маленький, а такой умный!"), мы также без возражений считаем настоящим роботом!

Попробуем определить границы понятия "робот".

Черепашка Грея Уолтера

Постулат первый: Робот это машина, продукт деятельности другого существа. То есть робот вторичное создание. Этим мы проводим черту между роботом и живым существом.

Постулат второй: Робот предназначен для выполнения работы. Этим мы вновь подчеркиваем вторичность робота. Задачи роботу ставит его создатель, в частности человек.

Отсюда вытекает несколько следствий.
Следствие первое: робот может производить действия, прямо воздействующие на органы чувств своего создателя. Отсюда - домашние роботы, игровые роботы, обучающие роботы.
Второе следствие: робот может производить видимость работы, воздействием на своего создателя создавая у него ощущение производимой работы.
Третье следствие: Робот может имитировать ожидаемое создателем поведение. Отсюда: Айбо, Асимо, Квиро, и прочая японская псевдоживность.

Робот-собака
Aibo (прототип)

Постулат третий: Робот получает информацию о том мире, в котором он существует. Если не получает, то это не робот, а просто автомат.

Постулат четвертый: Робот изменяет внешний мир. Робот безусловно производит физическое воздействие на окружающий его мир. Он перемещает в нем предметы, перемещается сам, влияет своим присутствием или отсутствием на взаимодействие иных объектов своего мира.

Постулат пятый: Обратная связь между роботом и окружающим миром. Робот должен получать информацию о результате произведенного им воздействия на внешний мир.

Робот-рыба Popo

Постулат шестой: Робот имеет различные уровни "разумности". Можно попытаться разделить роботов на четыре уровня сложности (уровня разумности).

Простая жесткая программа
Сложная жесткая программа
Простая адаптивная программа
Сложная адаптивная программа

Разработка понятия "робот"

Робот изначально определялся как антропоморфный артефакт, функционирующий антропоморфно (то есть робот создан искусственно - человеком или роботом, похож на человека и выполняет действия, похожие на действия человека).

Однако антропоморфность существенно сужает круг артефактов, которые можно, вообще говоря, отнести к роботам (например, механизмы, способные выполнять сложные программы, но не похожие на человека внешне: способ передвижения - платформа на колесах).

Определение 1:

Робот - артефакт, функционирующий автономно.

Артефакт - робот создан искусственно (разумным живым существом или роботом). Робот может быть механизмом, устройством или их сочетанием. Введение понятия искусственности создания позволяет отделить роботов от предметов, созданных естественным путем (например, живых организмов, природных явлений).

Функционирующий - робот выполняет какие-либо действия, используя энергию источника. Необходим источник энергии. Источник энергии может быть возобновляемым или же нет. В конечном итоге это влияет только на время функционирования и автономности. Примеры источников энергии: пружина, маховик, гальванический элемент или аккумулятор, электрическая сеть, солнечная батарея, резервуар со сжатым воздухом, кинетическая или потенциальная энергия артефакта. Сложность: все предметы как-то себя проявляют, и эти проявления могут быть обнаружены. Возможно надо отделять действия от проявлений и действия, которые свойственны роботу, от действий которые он может выполнять, возможно нет необходимости ограничивать понятие выполнения действий. Дополнительно: действия могут быть полезными, бесполезными, вредными, бессмысленными.

Автономно - робот функционирует самостоятельно в какой-либо среде, имеет пространственный ограниченный объем, может быть изъят из одного места и перемещен в другое место и продолжить или возобновить функционирование.

Примеры роботов по определению 1:

• Заводная игрушка. Источник энергии - пружина, выполняемые действия - механическое перемещение в пространстве.
• Фонарный столб. Источник энергии - электрическая сеть, выполняемые действия - освещение.
• Движущийся предмет (например, мяч). Источник энергии - начальная потенциальная или кинетическая энергия, выполняемые действия - механическое перемещение в пространстве.
• Паровой котел с турбиной и электрическим генератором. Источник энергии - топливо в топке, выполняемые действия - производство электрической энергии.
• Компьютер, работающий от аккумулятора и выполняющий программу. Источник энергии - аккумулятор, выполняемые действия - обработка информации.

Не относятся к роботам по определению 1:

• Шкаф. Отсутствует источник энергии. Но, если в шкаф встроена лампа с аккумулятором, то его можно отнести к роботам.
• Атомы, планеты. Не являются артефактами. Но, если из атомов искусственно собрана молекула, которая выполняет какие-либо действия, например, механическое движение под воздействием электрического поля (микроэлектромотор), то ее можно отнести к роботам.
• Растения, животные. Не являются артефактами, хотя могут обладать свойствами, полученными за счет селекции или генетических опытов.

Приведенные примеры показывают, что автор принял определение робота, в соответствии с которым к роботам может быть отнесен весьма широкий круг артефактов. Если этот круг требуется сузить, то вышеприведенное определение необходимо дополнять ограничениями, например: движущийся робот - артефакт, функционирующий автономно и способный к механическому перемещению.

• 1. Карел Чапек. R. U. R. (Rossum"s Universal Robots), 1920 г.
• 2. Накано Э. Введение в робототехнику: Пер. с япон. - М.: Мир, 1988. - 334 с., ил.
• 3. Шахинпур М. Курс робототехники: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990. - 527 с., ил.