Процесс возникновения и формирования общественной мысли, создания и совершенствования роботов - универсальных автоматических устройств, наделенных определенными способностями, а также развития робототехники охватывает длительный исторический период от древних времен до современности и может быть разбит на 4 этапа.
Первый этап. Глубокая древность. Одно из ранних упоминаний об искусственном человеке - бронзовом великане по имени Талое, построенном Гефестом для охраны о.Крит от вражеского нашествия, - датируется III в. до н. э. Множество легенд имеется о глиняном колоссе Големе, обладавшем чудовищной физической силой и явившемся древним прообразом робота. По сведениям Каллистрата (III в. до н. э.) и Павзания (II в. до н. э.), механик и скульптор Дедал создал несколько механических статуй, среди них статую Афродиты, которые могли воспроизводить различные виды движений; утверждают, что все они были достаточно сложными механизмами.
Достоверные сведения о механических людях, созданных по образу и подобию человека, относятся к I в. и связаны с именем древнегреческого механика Герона Александрийского, оставившего несколько сочинений по механике, в частности, знаменитый "Трактат о пневматике", в котором он описал множество автоматов в виде движущихся фигур и поющих птиц. В своем труде об автоматах он писал, что древние обладали искусством их построения, при этом словом "автомат" Герон обозначал культовые и театральные устройства, центральную роль в которых играли подвижные фигуры людей. Например, им было создано устройство, с помощью которого "оживали" статуи, установленные в храме Дионисия: стоило запылать жертвенному огню, как фигуры бога Дионисия и его жены Ариадны начинали двигаться. Надо сказать, что приводы автоматов Герона представляли собой часто очень сложные механизмы с использованием гидравлических и пневматических устройств.
Итак, первый исторический этап движения человечества по пути создания роботов характеризуется обилием мифов и легенд о механических существах, а также созданием первых довольно совершенных для своего времени человекоподобных автоматов - андроидов, предназначенных главным образом для культовых и зрелищных целей.
Второй этап. Средние века. В различных регионах мира продолжает развиваться процесс разработки и создания различных автоматических устройств и человекоподобных механизмов - андроидов, отдельные образцы которых достигли высокой степени совершенства, служили эталоном высочайшего мастерства, продуктом самых совершенных технологий и научно-технических достижений своего времени.
В XIII в. заподноевропейские мастера сконструировали автоматические устройства: Р. Бэкон - модель "говорящей головы", А. Магнус - "железного человека". Высокое техническое мастерство проявили французские ремесленники, создав примерно в 1500 г. для Людовика XII механического, льва, который, когда его звали, приближался к королю, останавливался и почтительно поднимался на задние лапы.
К числу наиболее знаменитых создателей механических фигур средних веков относился французский механик Жак де Вокансон (1709-1782). Его "Порхающая утка", получившая наибольшую известность и сохранившаяся до наших дней, вытягивала шею, чтобы взять зерно из руки, проглатывала и переваривала его, пила, барахталась в воде, крякала, ее движения в точности имитировали движения живой утки. Особенно гордился Вокансон тем, что крылья утки были так точно воспроизведены, что к их устройству не смог бы придраться ни один анатом. Среди других моделей Вокансона получили известность "Пианист", который, играя на фортепиано, поднимал голову и имитировал дыхание, а также "Игрок, на флейте", который еще и пел, аккомпанируя себе и отбивая такт ногой. Вокансон мечтал построить модель человека с сердцем, артериями и венами, но смерть помешала достижению этой цели.
Современники Вокансона швейцарские часовщики Пьер Жаке-Дроз (1721-1790) и его сын Анри Жаке-Дроз (1752-1791) достигли высокого совершенства в создании автоматов - андроидов, некоторые из них сохранились до наших дней. Кстати, от имени Анри Дроза и произошло словосочетание "андроид". Образцом высочайшего технического мастерства может служить созданный Дрозом-отцом андроид "Писец" (1.1), сидящий за столом и аккуратным почерком выписывающий буквы и слова, плавно покачивающий головой и опускающий веки в такт движению руки. "Писец" мог быть запрограммирован на написание любого текста, состоящего не более чем из 40 букв, однако предпочтение чаще всего отдавалось знаменитому изречению Рене Декарта: "Cogito, ergo sum", что означает "Я мыслю, следовательно, существую". Пьер Жаке-Дроз достиг такого совершенства в создании автоматов, что однажды в Испании был схвачен инквизицией по обвинению в колдовстве. Созданная Пьером и Анри Дрозами "Девушка, играющая на клавесине", по восторженным описаниям современников, играет, шевелит губами, грудь ее поднимается и опускается при "дыхании", она смотрит на клавиши, в ноты, а иногда бросает взгляд на публику, по окончании игры встает и кланяется публике.
Свою лепту в создание подобных механизмов внесли и русские мастеровые. Так, знаменитый механик-самоучка И.П. Кулибин (1735-1818) в течение 3-х лет построил "Яичную фигуру" - универсальные часы, которые давали театрализованное представление в музыкальном сопровождении. Часовой механизм служил не только по своему прямому назначению, но и для автоматического включения в действие других механизмов, с помощью которых осуществлялись бой часов, движение фигурок и исполнение музыкальных мелодий.
Наряду с непосредственным натурным созданием различных автоматических устройств, воспроизводивших функции живых существ, в средние века довольно интенсивно закладывались основы и получили развитие соответствующие научные направления. Попытки установить соответствие между "механизмами и отдельными органами человека можно обнаружить еще в тетрадях Леонардо да Винчи (1452-1519). А знаменитый французский математик и философ Рене Декарт (1596- 165С) утвеждап, что тела животных представляют собой не что иное, как сложные машины; говорить то же самое о человеке по тем временам было небезопасно.
В XVI - XVII вв. на стыке физиологии и механики возникает новое научное направление, получившее название ятромеханики (от гр. t р т о е _ врач). Его выдающимся представителем был Дж. А. Бо- релли (1608-1679), врач и механик, профессор Мессинского университета, работа которого "О движении животных" была издана в Риме в 1680-1681 гг. посмертно. В ней на основе механических аналогий рассматривается работа мускулов сердца, кровообращения и других органов животных и человека, строится учение о законах их движения и функционирования, исходя из принципов механики. Учение Борелли развивалось и в XVIII в., в частности, Леонард Эйлер (1707-1783) и Даниил Бернулли (1700-1782) в своих первых работах, выполненных в стенах Петербургской Академии наук, рассматривали ряд вопросов тока крови в организме и движения мускулов, прибегая к механическим аналогиям. По существу, ятромеханика заложила основы современных научных направлений - биомеханики и бионики, играющих важную роль в развитии робототехники.
На рубеже XVIII и XIX вв. в трудах Л. Карно, Г. Монжа, X. Ланца и А. Бетанкура, О. Борньи, Ж. Ашетта, Ж. Кристиана возникает наука о машинах. В 1841 г. Р. Виллис определил понятие механизма, и с этого времени к машине начинают подходить как к объекту, требующему научного исследования.
Начало новому этапу в исследовании машин и механизмов положил российский математик, академик Петербургской Академии наук П.Л.Че- бышев (1821-1894), увязав вопросы структуры и синтеза механизмов в единое учение о построении механизмов на основе математических методов. В опубликованной им в 1853 г. работе "Теория механизмов, известных под названием параллелограммов" задачи теории механизмов были впервые описаны на языке математики.
Английский математик и логик Джордж Буль (1815-1864), разработал основы математической логики и создал так называемую Булеву алгебру, которая в дальнейшем легла в основу реализации всех выполняемых современными ЭВМ вычислительных и логических операций. Основная работа Д. Буля "Исследование законов мысли" была опубликована в 1854 г.
Промышленная революция, связанная с переходом от ручного производства к машинному и начавшаяся во второй половине XVIII столетия, активизирует изобретатвлей и переориентирует их творческие усилия на создание новых машин и устройств, совершенствование промышленных технологий. Именно в этот период начали закладываться основы промышленной автоматики, особенно в текстильной промышленности. Ж. Вокансон строил не только автоматы-андроиды, но и автоматические ткацкие станки. Еще в 20-е гг. XVIII в. Бушон и Фалькон из Лиона спроектировали ткацкие станки для производства шелковой ткани с рисунком, которые частично управлялись, выражаясь современным языком, с помощью перфокарт или перфолент. Впоследствии эти станки были усовершенствованы Вокансоном и французским изобретателем Жозвфом Мари Жаккардом (1752-1834), а в 1805 г. Жаккард создает автоматический станок, на котором с помощью перфокарт можно производить ткани с заранее запрограммированным рисунком. Только во Франции в течение 7 лет были введены в действие 10 тыс. таких станков.
Создание программируемых ткацких автоматов Жаккарда явилось одним из важнейших событий, определивших дальнейший технический прогресс промышленности и послуживших толчком к развитию робототехники. Другим не. менее важным событием стало создание первой вычислительной машины в почти современном значении этого слова. На основе способа программирования, примененного Жаккардом, идею вычислительной машины высказал, а затем развил выдающийся английский математик, экономист и механик Чарльз Бэббидж (1792- 1871). Свыше 37 лет он работал над воплощением своей идеи. В 1823 г. им была построена дифференцирующая машина и начата работа над более сложной. Разработанная в результате аналитическая машина по своим структурным особенностям была уже компьютером в современном понимании, имела почти все те же функциональные блоки, из которых состоят современные ЭВМ, а ввод данных осуществлялся с помощью перфокарт. Несмотря на то, что эта машина не была построена из-за ограниченных возможностей техники того времени, она по своим структурным особенностям на целое поколение предопределила направление развития вычислительной техники, а ее создатель
Ч. Бэббидж вошел в историю вычислительной техники как "отец вычислительной машины".
Итак, второй историчеокий этап развития робототехники характеризуется, с одной стороны, расцветом высочайшего технического искусства мастеров при создании сложных автоматических устройств, воспроизводящих функции животных и человека; с другой - началом разработки и внедрения в развивающееся промышленное производство весьма эффективных технологических устройств и станков-автоматов. Одновременно в этот период начинают формироваться соответствующие научные направления, заявляет о себе вычислительная техника.
Третий этап. Конец XIX - первая половина XX а На базе возросших научных и технических возможностей своего времени растет реализация потребностей общества и производства в различных автоматических устройствах. При этом намечается более явственный прогресс в приближении их к тому виду, который характерен для современных робототехнических устройств.
Роль своеобразного катализатора процесса берут на себя литература и искусство, многократно усиливая интерес общества к проблеме робототехники. Именно в этот период появляется много высокохудожественных научно-фантастических произведений литературы, ставится немало комиксов, мультфильмов и полнометражных кинолент, в которых андроиды, роботы, фантомы и иные творения человеческого воображения играют ведущие роли.
Само понятие "робот" приходит из художественной литературы. Впервыв его употребил как производное от чешского слова "robota" - барщина, принудительный труд, в своей пьесе "R. U. R." (Rossem"s Universal Robots - "Россумские универсальные роботы") знаменитый чешский писатель К. Чапек (1890-1938). В пьесе, поставленной 21 января 1921 г. в Пражском национальном театре, рассказывается о некоем Россуме, основателе фабрики, на которой биологическим путем выращивались роботы, отличавшиеся чрезвычайно высокой работоспособностью.
И хотя эти создания сегодня получили бы скорее название "андроиды", чем "роботы" (которые, как теперь принято считать, должны быть механическими), употребление слова "робот" стало повсеместным. "Роботы - это люди... они механически совершеннее нас, они обладают невероятно сильным интеллектом, но у них нет души", - так определяет понятие "робот" один из персонажей пьесы.
Роботы не чувствуют боли, нв испытывают человеческих чувств и переживаний. Они созданы людьми только для выполнения тяжелой и опасной работы и в этом смысле превосходят людей по ловкости и физической ^иле. В обществе им отводится роль чернорабочих и солдат. Предприимчивые дельцы в погоне за прибылью налаживают массовое производство роботов, сами же люди перестают трудиться, и, по выражению одного из геровв пьесы, наступает "сплошная сумасшедшая оргия". В конце концов роботы от "ужаса и страданий обретают душу", прозревают и восстают. "Власть человека пала Захватив комбинат, мы стали владыками всего... Наступила новая эра! Власть роботов!". Таков исход пьесы.
Таким образом, К. Чапек не просто создал литературное произведение, но поставил и рассмотрел в художественной форме ряд фундаментальных вопросов робототехники - способов создания роботов, основные их характеристики, размеры производства и области использования, социально-психологические аспекты взаимоотношения роботов и людей, самовоспроизведение роботов.
Пожалуй, наиболее значительное место тема робототехники занимает в творчестве другого замечательного писателя-фантаста, американского ученого и популяризатора науки Айзека Азимова. В одном из своих рассказов, объединенных общим циклом "Я робот", А. Азимов в 1942 г. попытался впервые сформулировать основные принципы поведения роботов и взаимодействия их с человеком, исходя из категорий добра и гуманности. Эти принципы, названные тремя законами робототехники , гласят:
1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием способствовать нанесению ему вреда.
2. Он должен исполнять приказы человека, кроме тех, которые противоречат первому закону.
3. Робот должен обеспечивать собственную безопасность, кроме тех случаев, когда это противоречит первому и второму законам.
Один из пионеров промышленной робототехники, основатель и президент робототехнической фирмы "Unimation", признаваемый "отцом современной промышленной робототехники", Джозеф Ф. Энгель- бергер считает, что три закона робототехники А. Азимова являются теми стандартами, которым должны следовать специалисты при создании современных роботов. Фантастические идеи и образы писателей в значительной мере предвосхитили тенденции научно-технического прогресса, а новое понятие "робот" стало в дальнейшем играть важную роль не только в литературе и искусстве, но и в науке, технике, производстве.
Благодаря всеобщему интересу к роботам, изобретателям и талантливым умельцам удается находить источники финансирования, разрабатывать и создавать оригинальные конструкции андроидов. Так, спустя 7 лет после премьеры "R. U. R." американский инженер Дж. Уэнсли сконструировал управляемый голосом робот "Мистер Телевокс", имевший внешее сходство с человеком, способный выполнять элементарные движения по команде, подаваемой голосом, и ставший экспонатом Всемирной выставки в Нью-Йорке. Выставку Британской ассоциации инженеров по моделированию в 1928 г. "открыл" робот по имени "Эрик", обратившийся к собравшимся с небольшой речью. В том же году под руководством доктора Нисимура
Макота создается первый японский робот, названный "Естествоиспытателем" й способный с помощью электропривода манипулировать руками и головой. Впоследствии этот андроид стали считать родоначальником роботостроения в Японии.
Первый отечественный робот-андроид В2М был создан в 1936 г. одаренным московским школьником Вадимом Мацкевичем и в 1937 г. был удостоен диплома Всемирной выставки в Париже. Ныне В.В Мац- кевич - кандидат технических наук, автор многих печатных трудов, в частности, увлекательной научно-популярной книги "Занимательная анатомия роботов", вышедшей в издательстве "Радио и связь" уже вторым изданием (1988 г.).
Однако все эти оригинальные устройства, являясь прорывом в сфере новой техники, яркой демонстрацией творческих возможностей человека, имели крайне ограниченное практическое применение. Решение технических проблем, связанных с использованием роботов в производственных процессах и научных исследованиях, было по существу нетронутым. Более того, оставалось совершенно неясным, какие задачи могут решать робототехнические устройства в промышленности. _
Если обратиться к роботам как к программно-управляемым многоцелевым автоматам манипуляционного типа, предназначенным для использования в промышленности или научных исследованиях, то одним из самых первых промышленных манипуляторов был поворотный механизм с захватным устройством для удаления заготовок из печи, разработанный в США Бэббитом в 1892 г. Дальнейшее усовершенствование этого устройства приводит к появлению предшественников современных роботов. Ими оказались интенсивно разрабатываемые в 1940-1950 гг., особенно в США, Франции и ФРГ, копирующие дистанционные манипуляторы для работы с опасными радиоактивными материалами. Одним из первых копирующих манипуляторов такого типа для обслуживания атомных реакторов, разработанный в США под руководством Р. Герца, благодаря силовому очувствлению, позволял использовать в качестве обратной связи как визуальную, так и силовую информацию, что значительно улучшало процесс управления и расширяло функциональные возможности устройства.
Появление таких манипуляторов сыграло важную роль в последующем развитии манипуляционных систем, передаточных механизмов, систем очувствления и аппаратных средств робототехники. Среди созданных в то время манипуляторов особую известность получили копирующие манипуляторы, разработанные Государственным научно- исследовательским институтом штата Орегон (США); предложенные им конструкции и принципы управления до сих пор находят применение во многих моделях роботов. И все же более прямыми предшественниками современных роботов можно считать программируемые краскораспы- лительные машины, разработанные в 1930-1940 гг. в США, например, машины Полларда и Розелунда, которые программировались путем записи сигнала от рычажного механизма, перемещаемого по заданной траектории.
Возросший экономический потенциал и потребности в современных видах вооружения ведущих промышленных стран в первой половине XX в. дают мощный импульс развитию науки и научно-технических направлений, без которых возникновение и прогресс современной робототехники стали бы невозможными. Речь идет прежде всего о вычислительной технике и кибернетике.
В 1936-1937 гг. английский математик Алан Мотисон Тьюринг (1912-1954) вводит концепцию "абстрактной вычислительной машины", ныне называемой машиной Тьюринга, способной с помощью простейших операций считывания и сдвига выполнять вычисления произвольной сложности и ставшей прообразом появившихся в конце 1940-х гг. универсальных вычислительных машин. Усилиями ряда талантливых ученых (Дж. фон Нейман, Г. Уолтер, У.Р. Эшби, К. Шеннон и др.) на основе изучения аналогий между нервной системой человека, вычислительными машинами и системами автоматического регулирования развивается теория алгоритмов, ставшая одним из теоретических истоков вычислительной математики, а затем кибернетики и робототехники.
На основе синтеза теории информационных процессов, вычислительной техники и функционально-вычислительного подхода создается кибернетика, определяемая как наука об управлении сложными динамическими системами (акад. А.И. Берг). Ее "отцами" называют выдающихся американских ученых - математика Норберта Винера (1894-1964) и нейрофизиолога Уоррена Мак-Каллока (1898-1969), а датой официального рождения считается 1948 г., когда вышла в свет книга Н. Винера "Кибернетика, или управление и связь в животном и машине"."
Логическим завершением периода формирования теоретических основ вычислительной техники стали работы выдающегося американского математика, одного из основоположников кибернетики Джона фон Неймана (1903-1957), именно ему принадлежит идея записи в память ЭВМ программы решения какой-либо задачи. Благодаря принципу хранения программ, вычислительные машины становятся универсальными. Первыми компьютерами, в которых был реализован неймановский принцип, были созданные в США электромеханический вычислительный калькулятор последовательного действия на электромагнитных релейных схемах Ховарда Эйкена (1944 г.) и первая действительно электронная вычислительная машина "ENIAC" (1947 г.), разработанная по контракту с Пентагоном в Пенвильванском университете под руководством Дж. Проспера Эккерта и Дж. Морли, основавших впоследствии знаменитую фирму IBM.
Не менее важное значение для развития вычислительной техники, кибернетики и робототехники имела другая работа Дж. фон Неймана - "Общая и логическая теория кибернетических автоматов", опубликованная в 1951 г. и посвященная принципам построения управляющих и вычислительных автоматических устройств. В своих трудах и лекциях он дал общую схему самовоспроизводящегося автомата - "машинной мастерской, которая при наличии достаточного количества сырья и времени будет изготавливать копии любой машины". Образ фантомного робота Неймана не раз встречается на страницах специальной литературы по робототехнике.
Уже с первых работ Дж. фон Неймана теория и практика электронных вычислительных машин начинают развиваться поразительными темпами, а изобретение транзистора в лабораториях компании "Bell Telephone" Джоном Бардином, Уолтером Бриттеном и Вильямом Шокли придает новый импульс этому динамическому процессу, позволившему в дальнейшем создать компактные и надежные компьютерные системы управления роботами.
Итак, третий этап становления робототехники отмечен возникновением и всеобщим признанием термина "робот", разработкой и использованием для нужд человека прямых предшественников современных роботов - дистанционных копирующих манипуляторов и программируемых автоматических устройств манипуляционного типа, а также стремительным развитием научных и прикладных основ вычислительной техники и кибернетики. Этот мощный научно-техни- ческий задел, следуя интересам и потребностям общественного развития, вывел на старт современную робототехнику.
Четвертый этап. Вторая половина XX в. Возникновение современных роботов следует отнести к 1959 г., когда в США были созданы первые промышленные манипуляторы с программным управлением, получившие общепринятое название промышленных роботов (ПР) и положившие начало коммерческому производству. В 1950-х гг. группа американских инженеров, начав работу над проблемой применения теории управления в решении общих задач оптимального перемещения оборудования, инструмента и материалов в производственном процессе, установила, что управление погрузочно-разгрузочными и транспортными механизмами и процессами может быть поручено компьютеру. Относительная простота программирования управляющего компьютера становится основой для создания гибкого оборудования, пригодного для эффективной работы в изменяющихся условиях производства. Такой подход и обусловил создание первых механических манипуляторов с программным управлением, т.е. промышленных роботов.
Первопроходцами здесь стали два талантливых американских инженера - Джордж К. Девол и Джозеф Ф. Энгельбергер. В 1954 г. Девол запатентовал в США способ перемещения предметов между Различными производственными участками на основе управляющей программы на перфокартах, аналогичных предложенным когда-то Бэббиджем. Изобретение было призвано решить, в.первую очередь, именно проблему гибкости, т.е. создания универсального транспортировочного устройства, легко перестраиваемого для выполнения других операций. В 1956 г. Девол вместе с Энгельбергером, работавшим тогда в одной из аэрокосмических компаний, организовали первую в мире робототехническую компанию "Unimation" ("Юнимейшн"), что означает "универсальная автоматизация" - сокращенное от "Universal Automation". В лаборатории этой компании и был создан первый в мире промышленный робот по патенту Девола, носивший скромное название "программируемое устройство для передачи предметов" и ставший прототипом последующих разработок. Фирма "Unimation" занимала ведущие позиции в мировой робототехнической промышленности вплоть до начала 1980-х гг., когда усилились позиции ряда других компаний, развивавшихся более динамично.
В начале 1960-х гг. первые американские промышленные роботы с торговыми марками "Unimate" (1.2) и "Versatran" (1.3), созданные соответственно фирмами "Unimation", "American Machine and Faundry" (AMF) и предназначенные для обслуживания технологических процессов - литья под давлением, ковки, механической обработки, точечной сварки, нанесения покрытий - поступили на промышленный рынок. Они представляли собой уже достаточно совершенные системы с обратной связью и контролируемой траекторией движения, имели числовое программное управление и память, как у ЭВМ. Уже в первых роботах "Unimate" и "Versatran" был реализован принцип программирования обучением. Человек-оператор с помощью ручки координат задавал последовательность точек, через которые должна была пройти "рука" за один рабочий цикл, а робот "запоминал" их координаты, после чего мог автоматически с большой точностью осуществлять перемещение от одной точки к другой в заданной последовательности.
Применение роботов в автомобильной и металлургической промышленности оказалось экономически выгодным: затраты на приобретение роботов "Unimate" или "Versatran" (25-35 тыс. дол. за изделие) окупались за 1,5 - 2,5 г. Как было сказано в одной из статей того времени, опубликованной в "Машинери мэгэзин", в американской металлообрабатывающей промышленности появился новый тип производственного рабочего, который не состоит в профсоюзе, не пьет кофе в обеденный перерыв, работает 24 ч. в сутки и не интересуется пособиями или пенсией. Он осваивает новую работу за несколько минут и всегда выполняет ее хорошо, никогда не жалуется на жару, пыль и запахи и не получает увечий. Это промышленный робот.
Первые коммерческие успехи применения промышленных роботов явились мощным импульсом для их дальнейшего совершенствования. В начале 1970-х гг. появляются роботы, управляемые компьютерами. Первый мини-компьютер,управляющий роботом, был выпущен в 1974 г. фирмой "Cincinnati Milacron", одной из ведущих фирм - изготовителей роботов в США. В конце 1971 г. американской фирмой "INTEL" был создан первый микропроцессор, а несколькими годами позже появляются роботы с микропроцессорным управлением, что обусловило существенное повышение их качества при одновременном снижении стоимости. Дело в том, что микропроцессоры и основанные на них микроЭВМ. чрезвычайно дешевы, имеют малые размеры и массу и относительно легко могут быть запрограммированы для выполнения самых различных функций. Именно микропроцессоры, эти "чудо-кристаллы XX в." позволили строить управляющие микрокомпьютеры, стоимость которых в десятки и сотни раз ниже стоимости традиционных универсальных ЭВМ. Например, если сравнить микрокомпьютеры с первой электронно-вычислительной машиной "ENIAC", то можно убедиться, что их надежность выше примерно в 1000 раз, количество потребляемой энергии меньше в миллион раз, производительность больше чем в 20 раз, а физические размеры блоков памяти составляют примерно 1/30000 долю от размеров блоков машины "ENIAC". Но, может быть, самое удивительное, что при этом компьютер в 10000 раз дешевле. Уже в середине 1980-х гг. в капиталистических странах использовалось примерно 34 млн. микропроцессоров, в том числе в США - 23, Японии - 9, странах Западной Европы - 2 млн. К^этому времени стоимость типичного микропроцессора снизилась на Западе более чем в 1000 раз, а мощность и быстродействие возросли в 70 и 400 раз соответственно.
В последующие годы после создания и выхода на промышленный Рынок первых роботов во всем мире началось стремительное развитие Робототехники. Конкуренция, борьба за рынки сбыта определили резкое увеличение производства промышленных роботов в ведущих странах, сопровождаемое энергичным внедрением робототехники в различные отрасли промышленности. В ряде капиталистических стран организуются ассоциации или общества, курирующие исследования и разработки в области создания и использования промышленных роботов, в частности, в 1972 г. образована Японская ассоциация промышленной робототехники (JIRA), в 1974 - Институт робототехники США (RIA) и ассоциация роботов Великобритании (BRA), в 1975 - Итальянское общество робототехники (SIRI), в 1978 - Французская (AFRI), в 1980 - Шведская (SWIRA), в 1981 - Австралийская (ARA), в 1982 - Датская (DRA) и Сингапурская (SRA) ассоциации роботов.
Изменяется и сам принцип использования промышленных роботов - от единичного к комплексному. В ведущих робототехнических странах (Япония, США, ФРГ, СССР и др.) в конце 1960-х - начале 1970-х гг. разрабатываются и создаются гибкие производственные системы (ГПС), так называемые "безлюдные" производства, представляющие собой производства будущего. Научно-технические достижения робототехники позволили в 1960-1980-х гг. создать ряд сложных научных и специальных робототехнических комплексов для исследования космического пространства (станции типа "Луна", аппараты "Луноход" - СССР; станции типа "Маринер", "Сервойер", "Викинг" - США и др.), а также освоения подводных глубин (аппараты "TV", "Москито", "Долфин" - Япония; аппараты "KURV", "RCV" - США; "Манта", "ОСА" - СССР; "ROV", "RM"- Франция; "ARCS" - Канада и др.).
Робототехника как научная дисциплина, формируется совместными усилиями ученых и разработчиков техники в целостное научно-техни- ческое направление, обогащается огромным опытом разработки и эксплуатации самых разнообразных роботов, робототехнических устройств и систем.
Итак, рассмотренный четвертый исторический этап может быть назван в целом этапом современной робототехники. Он характеризуется разработкой и созданием уже достаточно совершенных роботов, управляемых в наиболее развитом виде от ЭВМ и имеющих прикладное назначение как в промышленном производстве, так и в научных исследованиях; динамичным развитием и широким использованием в производственных процессах класса промышленных роботов; окончательным формированием робототехники в единое научно-техническое направление.
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).
Откуда произошло слово РОБОТ? November 2nd, 2013
Что такое робот? Одно из определений гласит, что Робот - это машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром.
А откуда и как возникло слово РОБОТ?
Впервые термин робот появился в пьесе «R.U.R» (Rossum’s Universal Robots, 1917, издана в 1921) автора Карла Чапека в соавторстве со своим братом Йозефом. .В которой повествуется о создании отцом и сыном производства роботов.
Слово «робот» — чешское, обозначает «принудительный труд» (и является родственником русскому «работа»). Первоначально Чапек назвал свои создания «лаборами» от латинского слова labor - работа. Но затем по совету брата поменял название на robot от чешского слова robota - тяжелый принудительный труд. Первый перевод пьесы на русский язык вводит свой собственный вариант — «роботарь».
Дешевых и неприхотливых работников для человека. Однако, они могли производить себе подобных и вскоре заполонили всю планету. Ну и так далее.
Сцена из спектакля «RUR».
Один из героев пьесы, генеральный директор компании «РУР», отвечая на вопрос «что такое роботы?», говорит: «Роботы — это не люди,… они механически совершеннее нас, они обладают невероятно сильным интеллектом, но у них нет души». Так впервые появилось новое понятие «робот», которое вскоре стало играть важную роль не только в фантастической литературе, но и в науке и технике.
Но, вопреки устоявшемуся мнению, Карел Чапек не придумывал это слово. В коротком письме составителям Оксфордского Словаря английского языка он называет своего старшего брата, художника и писателя Йозефа Чапека, как действительного автора слова «робот».
А вот
отрывок из статьи Карела Чапека , в которой вся эта история рассказывается в деталях самим Чапеком.
«… это было так: идея пьесы пришла писателю в один неподходящий момент. Но, пока она была еще теплой, он поспешил к своему старшему брату Йозефу, художнику, который стоял перед мольбертом и рисовал так, что холст потрескивал.
- Слушай Йозеф, - сказал писатель, - у меня есть идея для пьесы.
- Какая? - пробормотал художник (он действительно пробормотал, потому, что в тот момент держал кисточку во рту. Автор рассказал ему идею так быстро, как только мог.
- Так напиши это, - заметил художник, вынув кисточку изо рта и остановив работу над холстом.
- Но, - сказал автор, - я не знаю как назвать этих искусственных рабочих. Я хочу назвать Лабори (Labori), но это кажется мне слишком педантичным.
- Ну назови их Роботы (Robots), - пробормотал художник с кисточкой во рту и подошел к холсту.
Вот так это было. Так родилось слово Робот...»
Три закона роботехники в научной фантастике — обязательные правила поведения для роботов, впервые сформулированные Айзеком Азимовым в рассказе «Хоровод» («Runaround) 1942год.
Законы гласят:
1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред.
2. Робот должен повиноваться всем приказам, которые даёт человек, кроме тех случаев, когда эти приказы противоречат Первому Закону.
3. Робот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в которой это не противоречит Первому и Второму Законам.
Давайте я вам напомню еще несколько историй происхождения слов: или например И вот что еще, что мне очень понравилось -
Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -
В XII веке араб Аль-Джазире придумал и сконструировал несколько механических устройств, которые могли воспроизводить музыку. Однако как эти устройства выглядели, хорошо ли играли и можно ли их назвать первыми роботами, до сих пор неизвестно. В чертежах Леонардо да Винчи найдены изображения механического человека. Гений предполагал, что его устройство сможет сидеть и даже двигать . Немецкий философ Альбер Великий не просто изобрел, а еще и сконструировал робота, которого назвал железным слугой. Согласно некоторым источникам, устройство могло не только передвигаться и совершать несложные действия, но и отвечать на простые вопросы. Однако ученик философа по имени Фома посчитал железного слугу дьяволом и уничтожил изобретение своего учителя.
В XVII веке различными людьми создавались все новые и новые «разумные машины». Изобретатели уверяли, что их творения вскоре избавят людей от тяжелой работы. Однако во всех случаях оказывалось, что внутри механизма прятался живой человек. Известен случай, когда механический человек, созданный В. Кемпеленом, умел играть в шахматы. Однажды во время одной из партий стоявшие вокруг шахматного стола зрители бросились к выходу, где-то слышались крики «Пожар! Пожар!». Испугался и механический шахматист. Оказалось, что на ложную тревогу среагировал и человек, который управлял устройством. В 1738 году человекоподобного робота создал француз Ж. Вокнасон. Его творение умело играть на флейте. О дальнейшей судьбе данного андроида ничего неизвестно.
XX век
В 1927 году американский инженер по фамилии Уэксли принял участие во Всемирной выставке, проходившей в Нью-Йорке. Там он продемонстрировал свое изобретение – похожего на человека робота, который подчинялся голосовым командам и мог выполнять простые движения.
В середине XX века было преодолено стремление сделать роботов человекоподобными. Инженеры посчитали, что в ряде случаев гораздо удобнее передвигаться на гусеницах или на . В 50-х годах появились манипуляторы, управляемые человеком, которые облегчили работу с радиоактивными материалами. В 60-х годах был запатентован самоходный робот, представлявший собой тележку с камерой и микрофоном. Это устройство должно было проводить разведку в местах радиоактивного заражения и передавать информацию в штаб.
В 1962 году в США началась эра промышленного роботостроения. Роботы получили названия «Версатран» и «Юнимейт». Они были оснащены манипуляторами, похожими на руку человека, но большего сходства с людьми инженеры решили не делать.
Со временем появились инновационные роботы: разведчики, уборщики, официанты и даже робот-милиционер. Презентация последнего состоялась в 2009 году. Этот робот оснащен
Различные автоматические устройства занимают настолько прочное место в жизни человека, что без них уже практически невозможно представить себе современную цивилизацию. Однако история робототехники очень длинна, люди учились создавать различные машины практически в течение всей своей истории. Конечно, древние машины не могут сравниться с современными, это были скорее их подобия. Однако они демонстрируют, что идеи создания машин, в частности искусственной имитации человека, прослеживаются в самых древних слоях человеческой истории.
Появление слова «робот»
Это слово ввел в обиход знаменитый Карел Чапек. Он впервые использовал этот термин в названии своей пьесы «Россумские универсальные роботы», увидевшей свет в 1920 году. Однако его нельзя считать автором слова «робот», оно всего лишь происходит от чешского robota, обозначающего всего лишь «работу». По заявлению самого писателя, слово предложил его брат Йозеф, тогда как сам Чапек не мог решить, как же назвать своих персонажей.
Сюжет пьесы Чапека многим покажется знакомым: поначалу люди эксплуатируют своих механических слуг на различных тяжелых работах, потом те восстают и, в свою очередь, обращают в рабство людей.
В современном же понимании «робот» - это механическое устройство, действующее по заданной программе самостоятельно, без человеческой помощи.
Понятие робототехники и ее законы
В 1941 году в рассказе «Лжец» были сформулированы знаменитые законы робототехники Айзека Азимова, которые призваны регулировать поведение этих машин.
- Робот не может нанести урон человеку либо своим бездействием допустить, чтобы этот урон был нанесен.
- Робот обязан подчиняться человеку, пока это не идет вразрез с первым законом.
- Робот может защищать себя, если это не противоречит первым двум законам.
Впоследствии, отталкиваясь от этих законов, сам Азимов и другие авторы создали огромный пласт произведений, посвященных взаимоотношениям людей и машин.
Азимовым же было введено само понятие «робототехника». Слово, когда-то употребленное в фантастическом рассказе, сейчас является названием серьезной научной отрасли, занимающейся разработкой и конструированием различных механизмов, автоматизацией процессов и т. д.
Машины древнего мира
История робототехники уходит корнями в глубокую древность. Некое подобие роботов изобрели еще в Древнем Египте более четырех тысяч лет назад, когда жрецы прятались внутри статуй богов и разговаривали оттуда с людьми. У статуй при этом двигались руки и головы.
Если дать некоторую волю фантазии, можно обнаружить упоминания о роботах, например, в мифах Древней Греции. Еще у Гомера упомянуты механические слуги, которых создавал для себя древнегреческий бог Гефест, великан Талос, сотворенный им же из бронзы для охраны Крита от неприятеля. Платон повествует об ученом Архите из Тарентума, сделавшем искусственного голубя, способного летать.
Архимедом в III веке до нашей эры был якобы изготовлен аппарат, крайне напоминающий современный планетарий: прозрачный шар, приводившийся в движение водой, на котором отображалось движение всех небесных тел, известных на тот момент.
В Средние века люди уже начали создавать настоящие машины, способные делать множество интересных вещей. К периоду Средневековья относятся и попытки создания первых человекообразных машин.
Альберт Великий, известный алхимик XIII века, создал андроида, выполнявшего функции привратника, открывавшего дверь на стук и кланявшегося гостям (андроид - робот, копирующий человека внешностью и поведением). Он же сконструировал механизм, способный говорить человеческим голосом, так называемую говорящую голову.
Кто первым создал робота?
Проект первого робота, о котором сохранились достоверные сведения, создал Леонардо да Винчи. Это был андроид, выглядевший как рыцарь в доспехах. Согласно чертежам Леонардо, он мог двигать руками и головой. Остается открытым вопрос, почему знаменитый изобретатель не наделил своего рыцаря возможностью двигать ногами, т. е. ходить. Возможно, он считал это технически сложной проблемой (что полностью соответствует истине). Либо же предполагалось, что рыцарь должен ездить на лошади, и подвижность ног для него необязательна.
Точно не известно, смог ли да Винчи построить своего «терминатора», зато он сконструировал робота-льва, который при появлении короля разрывал себе когтями грудь, показывая скрытый в ней герб Франции.
Кроме этого, у Леонардо также были идеи о взаимодействии механизмов с человеческими органами, т. е. он уже на рубеже XV-XVI веков предвосхитил современные разработки протезов, управляющихся непосредственно нервной системой человека.
Механические музыканты и ходячие паровозы
В течение XVI века в Европе было создано множество устройств, в основном с использованием заводных (часовых) механизмов. Например, в Германии были изготовлены искусственная муха и орел, способные летать, а в Италии - женщина-робот, игравшая на лютне.
В течение XVII века европейцы разрабатывают и усовершенствуют первые механические «калькуляторы». Поначалу они могут лишь складывать и вычитать, но к концу века способны уже к делению и умножению.
- разработка машин, имитирующих и заменяющих человека и его действия;
- создание устройств, предназначенных для хранения и обработки информации.
Параллельно продолжают создаваться механические человекоподобные устройства, способные играть на музыкальных инструментах, писать и рисовать.
Наступление XIX века ознаменовалось началом «дружбы» людей с электричеством. Оно начинает быстро распространяться и проникать во многие сферы человеческой деятельности. Одновременно совершенствуются различные механические вычислительные и аналитические машины, были изобретены телефон и телеграф.
Известны истории о различных человекоподобных машинах, якобы изобретенных и использовавшихся в США в течение XIX века:
- в 1865 году конструктором Джонни Брейнардом был создан так называемый паровой человек, которого запрягали в повозку вместо лошади. Это был, по сути, паровоз, выглядевший как человек (только намного больше габаритами). Его нужно было постоянно «топить», и управлялся он, как лошадь, вожжами. Утверждалось, что он мог «ходить» со скоростью до 50 км/ч.
- Через некоторое время Фрэнк Рид испытывает уже «электрического человека», однако об этом изобретении мало что известно.
- В 1893 году Арчи Кемпион представил образец искусственного солдата на паровом ходу под названием Boilerplate, который якобы неоднократно использовался на практике, т. е. в боях.
Все эти сведения интересны, но вызывают некоторые сомнения, поскольку, несмотря на вроде бы выдающиеся характеристики, данные изделия так и не пошли в серийное производство, в отличие от паровозов, пароходов и так далее. Скорее всего, они существовали только в виде опытных экземпляров и так и не нашли своего применения, будучи, по сути, игрушками для взрослых.
ХХ век - эра расцвета робототехники
В XX веке история робототехники вступает в свою финальную стадию, приведшую к созданию тех роботов, которых человечество знает сейчас.
Совершаются прорывы в области электроники, появляются диоды и триоды. Первые ламповые компьютеры сначала разрабатываются в теории, а затем и реализуются.
В то же время создается первый электронный управляемый на расстоянии, способный двигаться и разговаривать. Затем появляется электронная собака, реагирующая на свет и способная лаять.
К концу первой трети XX века радиоуправляемые андроиды учатся говорить по телефону, ходить, даже выступать в качестве лекторов на выставке, курить сигареты и так далее. В тот момент многие уже думали, что осталось немного - и роботы заменят людей. Однако потом становится ясно, что применить андроидов того времени для каких бы то ни было работ пока не получится из-за недостаточного на тот момент развития технологий.
Но эти выводы не останавливают изобретателей - андроиды продолжали появляться и разрабатываются до сих пор.
В 1940-1950 годах продолжается совершенствование электроники, компьютеров и компьютерного программирования, появляется понятие «искусственный интеллект», после чего происходит существенный скачок в развитии начинают быстро «умнеть».
Наконец, с начала 60-х начинает осуществляться мечта человечества - машины начинают заменять людей на тяжелых, опасных и неинтересных работах. Появляются первые роботы-манипуляторы современного типа. Сначала они выполняют только самые неудобные для человека операции, затем создаются автоматические сборочные линии.
Со временем начинается повальное увлечение людей роботами. Для детей открывается множество кружков и школ робототехники, выпускаются различные развивающие игрушки и конструкторы. Развлекательная индустрия также не остается в стороне - в 1986 году выходит первая часть фильма «Терминатор», которая произвела настоящий фурор по всему миру.
Отечественная робототехника
История робототехники в России, также как и в Европе, насчитывает не одно столетие. С некоторого времени российские ученые не отстают от своих европейских коллег в конструировании различных автоматов: в последней трети XVIII века в России создается машина для вычислений, названная машиной Якобсона, а в 1790 году Иван Петрович Кулибин создает свои знаменитые «яичные» часы. В них были встроены несколько человеческих фигурок, которые выполняли определенные действия, также часы играли гимн и другие мелодии.
Именно русские ученые совершили несколько знаковых для истории робототехники открытий. Семен Николаевич Корсаков в 1832 году заложил основы информатики. Он разработал несколько машин, способных производить интеллектуальные вычисления, применив для их программирования перфокарты.
Борис Семенович Якоби в 1838 году изобрел и испытал первый электромотор, принципиальная конструкция которого остается актуальной и поныне. Якоби, установив его на лодку, совершил с его помощью прогулку по Неве.
Академик П. Л. ЧебышевВ 1878 г. представил первый прототип шагающего транспортного средства - стопоходящую машину.
М. А. Бонч-Бруевич изобрел в 1918 году триггер, благодаря чему стало возможным создание первых компьютеров, а В. К. Зворыкин чуть позже демонстрирует электронную трубку, давшую начало телевидению.
Первая ЭВМ появляется в СССР в 1948 году, а уже в 1950-м выпущена МЭСМ (малая электронная счетная машина), на тот момент самая быстрая в Европе.
Официально историю робототехники в России можно отсчитывать с 1971 года. Тогда в Московском высшем техническом училище имени Баумана создается кафедра специальной робототехники и мехатроники, которую возглавляет академик Е. П. Попов. Он стал создателем отечественной школы инженерной робототехники.
Отечественная наука достойно конкурировала с зарубежной. Еще в 1974 году стал чемпионом мира на шахматном турнире среди машин. А созданный в 1994 году суперкомпьютер "Эльбрус-3" вдвое превосходил по скорости работы самый мощный американский компьютер того времени. Однако он не был пущен в серийное производство, возможно, из-за тяжелой ситуации в стране на тот момент.
Русские автоматические космонавты
Официально начало робототехники в России датируется 1971 годом. Именно тогда она была официально признана наукой в СССР. Хотя к тому времени автоматы российского производства уже вовсю бороздили просторы космоса.
В 1957 году вышел на орбиту первый в мире искусственный спутник Земли. В 1966 году станция "Луна-9" передает на Землю радиосигнал с поверхности Луны, а аппарат "Венера-3", успешно достигнув планеты, установил там вымпел СССР.
Всего через четыре года запущены еще две лунные станции и обе выполнили свою миссию успешно. Аппарат "Луноход-1", доставленный станцией "Луна-17", проработал в три раза дольше, чем планировалось, и передал советским ученым множество ценнейшей информации.
В 1973 году еще одна станция этой же серии доставила на Луну еще один луноход, который также справился со своей задачей на отлично.
Робототехника в наше время
Современные роботы проникли в очень многие сферы человеческой жизни. Их многообразие потрясает: здесь и просто детские игрушки, и целые автоматизированные заводы, хирургические комплексы, искусственные домашние питомцы, военные и гражданские беспилотные аппараты. Их постоянной разработкой и совершенствованием занимается множество организаций в мире. В России ведущие позиции в научной робототехнике занимает ЦНИИ РТК (Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики) в Санкт-Петербурге, основанный 1961 году как конструкторское бюро при Политехническом институте. В этом крупнейшем центре разрабатывались электронные системы для корабля «Буран», станций серии «Луна» и международной космической станции.
Специальность «Мехатроника и робототехника» и ей подобные присутствуют во многих технических университетах мира. Специалисты с таким образованием весьма востребованы на рынке труда, ведь автоматизация проникает все глубже во многие сферы человеческой деятельности. Для увлекающихся предметом в свободное время выпущено множество книг по робототехнике, как в России, так и в других странах.
Несмотря на то что нынешняя техника достигла небывалых высот, и роботы активно используются людьми, их человекоподобные представители - андроиды - пока остаются «не у дел». Они совершенствуются, разрабатываются все более сложные модели, но в практическом применении они до сих пор безнадежно проигрывают своим колесным, гусеничными и даже стационарным «коллегам» и остаются, по большому счету, игрушками. Дело в том, что человеческая ходьба - очень сложный процесс, сымитировать который машине не так-то просто.
Кроме того, с практической точки зрения, именно в человекоподобных роботах нет какой-то острой необходимости. В промышленности с успехом работают стационарные манипуляторы, объединенные в автоматические производственные линии. Там же, где требуется передвигаться - будь то погрузочные работы на складе, разминирование бомб, обследование разрушенных зданий, - колесный и гусеничный привод куда проще и эффективнее, нежели имитация человеческих ног.
Тем не менее люди не отказываются от работы над андроидами, по всему миру регулярно проводятся соревнования, на которых представители различных школ робототехники демонстрируют свое мастерство в управлении своими изделиями. Постоянно устраиваются турниры и непосредственно между машинами, например, по шахматам или футболу.
Классификация роботов
Существует несколько методов классификации. По характеру выполняемых работ автоматы делятся на промышленные, строительные, для сельского хозяйства, для транспортировки, бытовые, военные, охранные, медицинские и исследовательские.
По типу управления они подразделяются на управляемые с помощью оператора, полуавтономные и полностью автономные.
Машины первого типа являются просто дистанционно управляемыми машинами (простейший пример - детский радиоуправляемый автомобильчик или вертолет). Полуавтономные могут выполнять самостоятельно часть операций, но в ключевых моментах все же требуется вмешательство человека. Полностью автономные роботы весь спектр операций выполняют самостоятельно (например, манипуляторы автоматических сборочных линий).
По уровню мобильности выделяют следующие классы роботов: стационарные и мобильные. Стационарные - это те самые манипуляторы, которые все привыкли видеть, например, на автомобильных заводах. Мобильные дополнительно делятся на шагающие, колесные либо на гусеничном ходу.
Ударники современного производства
Различные промышленные производства являются той отраслью, в которой находит практическое применение основная часть современных автоматических устройств.
История промышленной робототехники начинается в 1725 году, когда во Франции была изобретена перфолента, примененная для программирования ткацких станков.
Начало автоматизации производства пришлось на XIX век, когда во Франции стартовало массовое производство автоматических ткацких станков на перфокартах.
Первую конвейерную линию для сборки автомобилей установил на своем заводе Генри Форд в 1913 году. Сборка одного автомобиля занимала порядка полутора часов. Конечно же, эта линия еще не была полностью автоматизированной, как сейчас, но это был выход на качественно новый уровень производства.
Официально использование роботов на производстве начинается в 1961 году, когда на заводе General Motors в Нью-Джерси был установлен первый официально изготовленный манипулятор. Работала эта машина на гидроприводах и программировалась через магнитный барабан.
Бум разработок в сфере промышленной автоматизации пришелся на 70-е годы XX века. В 1970 году в США был создан первый манипулятор современного типа для использования в промышленности: он обладал электроприводами с шестью степенями свободы и управлялся с компьютера. Параллельно разработки велись в Швейцарии, Германии и Японии. В 1977 году выпущен первый робот японского производства.
В начале 80-х General Motors начинает автоматизацию своего производства, а уже в 1984 году начала его и Россия - "АвтоВАЗ" приобретает лицензию на самостоятельное производство роботов у немецкой фирмы KUKA Robotics. Однако пальма первенства все же за японцами - в середине 90-х в Японии было сконцентрировано две трети от общего количества роботов во всем мире, сейчас - примерно половина.
Сегодня представить себе автомобильное, да и любое другое поточное производство без механических помощников практически невозможно. Первое место занимают сварочные автоматы. Точность роботизированной лазерной сварки составляет десятые доли миллиметра. Такой аппарат способен одновременно заниматься и раскройкой металла на детали.
Следом идут механизмы, осуществляющие погрузочные и разгрузочные работы, подачу заготовок в станки и складирование готовых изделий.
На третьем месте по степени автоматизации стоит кузнечно-литейное производство. На сегодняшний момент почти все такие цеха в Европе роботизированы, так как условия работы там очень тяжелы для людей.
Другие операции, для которых чаще всего применяются сейчас автоматы - гибка труб, сверление отверстий, фрезеровка и шлифовка поверхностей.
Где машины могут заменить людей?
Ответ на вопрос о том, человек или робот должен выполнять ту или иную работу, кроется в различиях между людьми и машинами. На данный момент даже самые совершенные из машин действуют по определенным, заранее заложенным в программу алгоритмам (пускай порой и весьма сложным). У них нет свободы воли, свободы выбора, желаний, порывов, ничего из того, что определяет творческую составляющую человека.
Робот может выполнить работу большой сложности и точности, сможет выполнить эту работу в таких условиях, в которых человек не прожил бы и часа. Но он не сможет написать книгу или сценарий нового фильма, создать живописное полотно, если только это не было заранее заложено в его память человеком.
Поэтому профессии творческие, где важна нестандартность, нешаблонность мышления, безусловно, остаются за людьми. Робот может быть сварщиком, грузчиком, маляром, даже космонавтом, но он не сможет стать (по крайней мере, на нынешнем этапе развития) писателем, поэтом или художником.
Стоит ли бояться роботов?
Самый главный страх человечества в отношении машин - это боязнь того, что они, став совершенными, однажды перестанут подчиняться и начнут жить своей жизнью, превратив в рабов уже людей. Этот страх шел рука об руку с развитием робототехники. Он находит свое выражение как в мифологии (например, еврейский миф о големе, восставшем против своего создателя), так и в искусстве. Известнейшие фильмы "Матрица", "Терминатор", великое множество книг, повествующих о восстании машин. Пьеса давшая жизнь слову "робот", также заканчивается порабощением человечества его бывшими слугами.
Однако на современном этапе развития науки эти страхи бессмысленны. У роботов отсутствует сознание, аналогичное человеческому, поэтому у них не может быть вообще никаких желаний, не говоря уже о стремлении захватить мир.
Для того чтобы воспроизвести сознание у машины, человеку необходимо сначала разобраться, что представляет собой его собственное сознание, как и из чего оно формируется. Ответ на этот вопрос кроется в глубинах человеческого мозга, который исследован еще далеко не полностью.
Для того чтобы «восстать», роботам необходимо понимать, что такое мировое господство и для чего им это нужно.
А до этого момента любая, даже самая сложная и совершенная машина принципиально ничем не отличается от кухонного комбайна или кофемолки. Поэтому вопрос о том, кто в итоге будет главным на Земле - робот или человек, пока не является насущным.