Робототехника: все, что нужно знать о роботах. История робототехники: факты

04.05.2019Рубрика: Детский сад

Когда мы представляем робота, обычно мы думаем об электронных машинах в форме людей — таких как киборги или андроиды — или других компьютеризированных автономных устройствах, таких как Roomba. Но определение слова «Робот» охватывает более глубокое значение.

Робот — это любое машинное или механическое устройство, которое работает автоматически или полуавтоматически. Это означает, что "робот«не обязательно ограничивается только питанием электричеством.

На сегодняшний день наиболее распространенным применением современных роботов является производство. Они используются для того, чтобы сделать производство более эффективным для компании, дешевле для потребителя и безопаснее для сотрудников. Но откуда взялось это слово?

Происхождение слова «Робот».

Слово «Робот» было придумано в 1920 году Карелом Капеком и его братом Йозефом Капеком. Карел был чешским писателем, который придумывал слова для того, чтобы назвать искусственных существ в его пьесе. Недовольный словом laboři (или «рабочие» на латыни), его брат предложил roboti из латинского слова robota (что означает «крепостной труд»).

В 1944 году писатель-фантаст Исаак Азимов решил расширить его и придумал слово «робототехника » для использования в своем рассказе «Бегство». Позднее он стал повторять это словово многих своих книгах.Это помогло повысить популярность и увеличить использование слова.

Что было первым роботом в мире?

Если отвлечься от мифологических сказок, которые включают в себя механических слуг, построенных греческими богами, глиняные големы еврейской легенды и глиняные гиганты норвежской легенды, то первого реального документированного экземпляра робота придумал греческий математик Архит в 4 веке до н.э.. Он создал деревянную механическую паровую птицу, которую он назвал «Голубем».

Как полагают, птица была подвешена на конец поворотного стержня, а аппарат вращался под слоями сжатого воздуха и пара. Сведения о «Голуби» были найдены в трудах Герона Александрийского, который описал ее как «управляемую водой, вращающейся весом и паром». Он не только претендует на звание первого известного робота, но также является первой документированной записью ученого, пытающегося выяснить, как летают птицы.

Что же насчет современных роботов?

Роботы и робототехника развиваются все более быстрыми темпами. Мы отправили роботов в космос, чтобы исследовать планеты для нас, в ядерные реакторы и даже вместо солдат на войну с террором. Сама отрасль развивается непредсказуемыми, но захватывающими способами. Например, робот, показанный на видео ниже, представляет собой роботизированную «поп-звезду», которая поет и танцует для аудитории:

PS: первым человеком, которого убил робот, был Кэндзи Урада в 1981 году. Урада занимался ремонтом сломанного робота на заводе в Кавасаки в Японии. Не сумев полностью отключить его, робот толкнул его в шлифовальный станок, что привело его смерти.

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.

:: 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.

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

Человечество всегда максимально старалось облегчить повседневную жизнедеятельность и работу. И в ходе этой эволюции возник класс машин - роботов, а вместе с ним и целое направление - робототехника. Одной из стран, в которой эта дисциплина развита наиболее активно, является Япония. Разработчики планируют применять роботов не только , но и в бытовых условиях. Ученые надеются, что уже в ближайшие десятилетия станут таким же привычным явлением, как использование смартфонов.

Однако с чего начинались робкие шаги истории робототехники?

I-III вв. н.э.

Здесь берет начало история роботов. Первые статуи богов с движущимися конечностям и головой в Древнем Египте, Вавилоне, Китае. Автоматический шар, созданный Архимедом, с отражением небесных светил. Автоматические системы Герона Александрийского для продажи святой воды.

Средние века

Наиболее популярными тогда были автоматические часовые механизмы и человеческие фигуры, которые двигались.

В 1495 году - проект Леонардо да Винчи - механический человек.

В середине 1700-го часовщики Пьер-Жаке Дро и его сын Анри-Луи Дро развивали автоматические системы. От имени последнего и произошло слово «андроид».

К 1805 году возникают механизмы, дающие начало созданию автоматических станков.

Увидела свет пьеса Rossumovi univerzální roboti («Россумские универсальные роботы») чешского автора Карла Чапека, которая дала миру слово «роботы» - создания, механически и интеллектуально совершеннее человека.

Наиболее широко и значимо в литературе тема робототехники раскрылась в , в цикле рассказов «Я, робот». Сейчас, кажется, о трех законах робототехники знает даже далекий от этой сферы человек.

1928 г. - «Мистер Телевокс» (автор - инженер Дж. Уэнсли, США) - робот-гуманоид, выполняющий движения по команде. Еще один робот - «Естествоиспытатель» (доктор Нисимура Макота) - андроид, положивший начало японской истории роботостроения. Умел двигать конечностями и головой:

Технический прогресс в робототехнике двигался в направлении систем совершенствования управления. Развитая система сенсоров характерна для таких робототехнических систем: Unimate, Hitachi, Westinghouse.

Период с 1970-го по 2000-й характеризуется активным ростом и развитием отрасли: использованием новых контроллеров, развитием языков программирования, запуском первых роботов в космос и возникновением машин, создающих роботов.